矿用电机车防撞系统的研究

2011年第5期 煤 矿 机 电 ·31· 矿用电机车防撞系统的研究 薛玮玮，胡伟，董冉 (河南理工大学 电气工程与自动化学院，河南 焦作 454000) 摘 要： 为进一步加快井下大巷运煤速度，采用以AT89S52单片机作为系统控制核心，红外 电路 模拟电路李宁答案12数字电路仿真实验电路与电子学第1章单片机复位电路图组合逻辑电路课后答案 作为检测手段， 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 了基于红外探测预警的智能防撞预警系统。此系统可提示司机采取相应的措 施，必要时该系统具有自动制动功能，有效地防止事故发生。 关键词： 矿井机车防撞；红外预警；语音报警；紧急制动 中图分类号：TD524； rP=277．31 文献标识码：A 文章编号：1001～0874(2011)05—0031—03 Research on Mining Electrical Locomotive Anti—Collision System XUE Wei-we ，HU We ，DONG Ran (College of Electrical and Automation Engineering，Henan Polytechnic University，Jiaozuo 454000，China) Abstract： In order to speed up the transport coal task at underground roadway，uses AT89 S52 microcontroller as the control core，make infrared as the testing device，the intelligent anti-collision warning system is designed based on infrared detection warning．This system can call drivers’attention to take appropriate measures，if necessary， the system has an automatic braking function that can prevent accidents effectively． Keywords： mine locomotive impact-collision；infrared early warning；voice alarm；emergency brake 1 系统原理及红外电路 1．1 工作原理 《煤矿安全规程》规定：“两机车或两列车在同 一 轨道同向行驶时，必须保持不少于100 m的距离， 井下最高限速直行道5 m／s，弯道 2 rn／s”。如果机 车采取紧急停车措施，机车在 10 m内停车，故预警 距离和紧急停车距离分别定为100 m和20 m，其中 间取一个 50 m作为再次提醒距离。系统框图如图 1所示。 红外接收单元I< = 主 -4语音提示单元 控 j 红外接收单元}== 兀 == 紧急停车单元 图 1 系统框 图 图1中红外电路主要发送 3种不同的距离信 号，并对应不同的地址通过红外处理芯片实现。主 控单元单片机采用AT89S52，它按收到的信号发出 相对应的命令：100 m信号为驱动语音芯片预报警， 50 m信号为再次驱动语音芯片报警，20 m信号为触 发紧急停车电路刹车。 1．2 红外电路 红外发射单元的核心电路采用专用红外调制芯 片gr2262一IR，它有 6位(DO—D5)数据端管脚，可组 合 31种数据码。该系统采用 3种发射距离不同的 红外线发射电路来完成测距功能，不需要软件计算 距离步骤，系统只需3种数据码，芯片完全满足系统 的要求，它采用 8位地址端管脚，4位数据端管脚。 红外发射单元的电路如图2所示。 ‘ 由图2看出，3种发射距离主要是对发射管选 型和调整放大器发射功率来实现，通过调整各自透 镜组的焦距，使光束射角满足在每个发射距离的临 界处光束直径都是l m，正好覆盖住电机车的端面， 不仅要保证接收的效果，而且要防止产生大范围的 干扰信号。这3种发射距离分别对应的是预警提 示，注意车距和紧急刹车，直接省去了软件的距离计 算，将各种预警信号相当于以开关量的形式传送，大 大简化了系统，使系统工作更稳定可靠。这3种数 据编码的发射电路是以轮换的方式工作，在不同时 间段，只要选通数控模拟开关电路的不同通道，便可 · 32· 煤 矿 机 电 2011年第5期 让3种发射电路依次工作，互不影响。 U4 图2 红外发射单元的电路图 红外接收单元的核心电路采用与红外发射编码 芯片Iri2262．IR对应的接收解码芯片／~2272一L4，主 要负责接收红外线的电路采用红外一体化接收头， 它是集红外接收、信号放大、带通滤波、比较输出等 为一体的模块，性能稳定可靠，可直接与解码芯片 ／：q'2272．L4相连。另外该芯片 自带输出锁存功能， 其主控芯片可以更好地处理解码信号，省去了输出 锁存电路，节省了成本。 图3为红外接收单元的电路图。其红外一体化 接收头将接收到的红外线信号经过一系列处理，输 出可被直接识别的电信号，送给PT2272-L4解码，由 于它自带输出锁存功能，可将解码得到的4位数据 直接送给主控芯片处理。 2 主控单元 主要是主控芯片的选择。本系统采用技术成 熟、应用广泛、工作稳定可靠的 AT89S52单片机作 为本系统的控制核心，完成对各种情况的协调处理 任务。主控单元的控制电路如图4所示。 红外接收电路对应单片机得 3个不同的地址引 脚，当单片机接收到100 m信号时，触动语音芯片报 警，当单片机接收到50 m信号时触动语音芯片再次 报警，单片机接收到20 m信号时触动刹车单元紧急 图3 红外接收单元的电路图 制动。 3 语音单元与紧急制动单元 语音提示单元采用专用的语音芯片，先将需要 提示的内容录到语音芯片里面，如“前方 100 m有 车，请注意”，“前方50 m有车，请注意车距”，“前 方20 m有车，紧急停车”，然后当接收电路接收到 不同发射距离的发射电路所发出的红外信号以后， 由主控芯片来控制语音芯片发出对应的语音提示， 提醒司机保持安全车距，如果司机因为没有注意，或 者因过弯道看不见前车等原因造成两车距离小于最 小安全距离，此时主控芯片将直接发出停车信号，切 断机车电源，确保机车安全。紧急停车单元主要由 1个继电器组成，在检测到两车距离小于最小安全 距离20 m时，主控芯片立即发出紧急停车信号，经 由继电器切断机车电源。 4 结语 以AT89S52单片机作为系统的控制核心，采用 红外电路作为检测装置，电机车防撞预警系统，可以 最大限度地保障轨道运输安全，避免电机车追尾等 事故的发生，保护矿工安全，促进煤矿安全生产。 _ ，'l，，'，，’'l'l'l'，’''lll'l'，，，'l，l'’'，，'，， 'll，l''，，'lll，'’1)，，，l'，''，'l，，，' ，'l，'ll，l'、 ^ ¨ 欢迎订阅《煤矿机电》杂志 ^ ¨ ^ i 本刊邮发代号：4-783。 地址：上海天钥桥路1号(煤科大厦18楼)， 邮编：200030 ； 电话：(o21)64388764、64388739 -t·Il‘‘I‘I‘I《I‘IIII·t‘IIIIII‘IIIII·II‘III‘III‘t·I‘‘It‘IIIIl‘IIIIIlt‘III‘ItIII‘IIIII‘t·II‘ 2011年第5期 煤 矿 机 电 ·33· D0 1 D1 2 D2 3 D3 4 A 5 B 6 C 7 relay 8 13 VT 12 22 pF 22 pFl VCC lll059 2 M f 1 JI"1 J 2 J 15 14 。 一 31 _ — — 19 18 罐1 k．O R [=]_——_．——一 ^， U1 P1．0(T2) P1．I(T2EX) P1．2 P1_3 P1．4 P1．5(MOSI) P1．6(MISO) PI．7(SCK) P3．3(INT1) P3．2(INT0) P3．5(T1) P3．4(T0) EA，VPP XTAL1 XTAL2 RST P3．7( P3．6(WR) (AD0)P0．0 (AD1)P0．1 (AD2)P0．2 (AD3)P0．3 fAD4)po．4 (AD5)P0．5 (AD6)P0．6 (AD7)P0．7 (A8)P2．0 (A9)P2．1 fA10)P2．2 fAl 1)P2．3 (A12)P2．4 (Al3)P2．5 (A14)P2．6 (A1 5)P2．7 VCC GND (RXD)P3．0 (TXQj堕： ALE／PROG PSEN AT89S52 图4 主控单元的控制电路图 参考文献： [1] 贾世胜．矿井轨道运输监控系统的研究与设计[D]．山东：山 东科技大学，2007． [2] 张敏．矿井轨道运输事故防范及安全管理浅议 [J]．煤炭技术 ， 2003(9)． [3] 钟勇，姚剑峰．现代汽车的四种测距方法 [J]．汽车工业研究 ， 2001(2)． [4] 刘文学，方漪．智能车辆测距技术[J]．科技信息，2006(4)． 40 20 10 l1 3O 29 DO0 Dll D22 D33 VCC ： 104F [5] 刘舒棋，施国梁．基于热释电红外传感器的报警系统[J]．国外 电子元器件，2005(3)． [6] 梁军，段丽华 ，汪玉凤 ，等．矿井机车定位跟踪系统探讨[J]．煤 矿机电，2008(4)． 作者简介：薛玮玮(1986一)，男，在读硕士研究生。研究方向为智能 控制与信息处理技术。 (收稿日期：2011—04—28；责任编辑：姚克) (上接第30页) 通过对 SRM驱动系统的分析，搭建如下仿真结 构。首先，选择 3相 6／4开关磁阻电机作为研究对 象，同时驱动电路采用不对称桥式电路，母线电压为 240 V，负载转矩为 4 N·m，给定转速设定为 800 r／min，每相的导通和关断角分别为5。、40。。调速结 果如图5所示。 图5 速度仿真结果 3 结语 通过对开关磁阻电机的基本运行特性分析，结 合 Matlab仿真软件提出了调速系统，给出了仿真结 果。Matlab仿真采用实际测量数据，建立了关键的 非线性数据 表格 关于规范使用各类表格的通知入职表格免费下载关于主播时间做一个表格详细英语字母大小写表格下载简历表格模板下载 ，仿真过程中该模型参数设置灵活， 精确度高，可替代线性和非线性模型，其运行稳定， 是研究开关磁阻电机的一种实用的理论工具。 参考文献： [1] 王宏华．开关型磁阻电动机调速控制技术[M]．北京：机械工 业出版社 ，1995． [2] Iqbal Husain，et a1．Torque ripple minimization in switched reluc— tance motor drives by PWM current contro1．IEEE transactions on industry applications，1996，11(1)． [3] 洪乃刚．电力 电子 和电力 拖动控制系统 的 MATLAB仿真 [M]．北京：机械工业出版社 ，2006． [4] 张志远．采用模糊控制技术的开关磁阻电机调速系统[J]．微 特电机，2004(1)． 作者简介：程勇(1979一)，男，讲师。主要从事控制理论和电机控制 技术方面的研究。 (收稿日期 ：2011—06—24；责任编辑：姚克) 一 一"一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一勰