礦井用滅火機器人的硬件電路設計與應用

程鵬飛

摘 要：我國為了完成礦井火災的救援研制出了一種利用礦井滅火機器人的方法，很好的幫助了礦井火災事故的處理。其中礦井滅火機器人主要由這幾部分構成;cpu主板控制器，火焰傳感器，語音警報系統等，滅火機器人功能強大，可以在有火災時，自動進行滅火，并且使用無線電設備將礦井中的災情第一時間發送給控制總臺，為接下來的工作提供準確的消息。本文就根據礦井中滅火機器人的設計和使用問題進行了探究。

關鍵詞：礦井;滅火機器人;火災

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.17.044

在我國現階段下礦井工作中出現火災疫情的情況時有發生，是目前危害我國礦井工作的主要危害之一，火災的突發常常伴隨著一些其他的次生危害，例如瓦斯含量超標，碳含量超標，超高溫等情況。最近這些年來，礦井發生火災的情況很多，在礦井出現火災疫情之后，也不能及時快速的進行處理，因此給我們國家的經濟資源帶來了非常嚴重的損害，與此同時，礦井發生火災之后進行組織救援的過程中，常有人員傷害，為了防止之上所說的這些情況的發生，必須要研制一種新型的滅火方式，因此滅火機器人就此產生。

1 滅火機器人的總體設計

為了有效解決我國礦井火災疫情的問題處理，我國自主研發了一種專業化的礦井滅火機器人，使用了能耗較低的A9處理芯片，能夠清晰感知的火苗的存在方位，具體的火源點以及進行采取自動滅火行為，并且還配備了一定的無線電通訊動能，對礦井滅火機器人的設計電路，采用了ds185sa系統作為滅火機器人的火焰感知器，用躲避感知器hs380進行一些障礙物的躲避，采用hc-pk-400的電機驅動。

1.1 電源模板電路設計

設備上的電源按鈕是一個設備持續穩定運行的最基礎條件，為了能夠保證滅火機器人的正常工作，發動機采用獨立供電的方式，并且還在一定程度上充分考慮了電源是否具備一定的兼容性。因為核心的控制元件是采用的具有低能耗的A9處理芯片，對其使用的電源是DC4.3V的電壓供應，火焰傳感器，無線電通報還有語音警報系統是使用的DC5v的電壓供電;如果想要使得滅火機器人內部各系統都能得到良好的使用，其中發動機的運行電壓必須要到達12v的電壓供電，所以對與礦井滅火機器人的電源控制手段上，可以使用三段低壓芯片。雖然采用三端低壓芯片，其中內部具體設置有過電流，過熱流以及還有電路保護設施，通過對電路設計過程中其輸入電容與輸出電容之間進行合理選擇，一般情況下，礦井滅火機器人的輸入電容都要比一般的輸出電容大一些，其主要防止出現在斷電情況下出現輸出電流向輸入電流進行反方向充電的情況，對于芯片的保護具有著一定的作用。

1.2 電動機電路設計

電機驅動裝置內部組合體為光電晶體離合器，其一般安裝在電源序控器以及輸入、輸出接口的交接部位。這種光電晶體離合器適合投入使用在雙驅動晶體管和對電動機防逆變使用元件上。較為明顯的優勢部分是不需要增添任何放大器，在穩定及最大電壓狀態下其電流能直接進入功率組件中。這種光電晶體離合器CMR的固定值保持在1.5kv下，LED使其能夠保持在輸入上，在輸出階段的晶體管進行疏通，關掉LED，各個功率元件的電壓都能夠保持在穩定的狀態上。將LED器件打開運行后，關掉晶體管，并且在輸出階段中可連接另外一個晶體管。

2 滅火機器人的內部電路設計

在礦井滅火機器人中使用的是hs380躲避傳感器，其中躲避傳感器就是一臺微型的紅外線接受儀器，它最大的優勢特點就是具有一定的傳輸運行代碼，光線檢測儀器能夠和放大器在一起存放，其中內部可以收集成PNM高頻過濾器，改良屏蔽電磁場，對于一些外界因素的抗干擾能力突出。紅外線接收儀器存在兩個設備組成環節，其中分別是發出和接收部分，發出端是使用單壓將未傳達的信號編碼調整成一些脈沖信號，并且經過紅外線發射進行發出。紅外線接收組件來完成紅外線信號的接收、檢測工作。為了能夠有效降低干擾的成分，可以使用一些經濟實惠的一體化接收感應頭，這種紅外線接收感應頭能夠接受的紅外信號編碼為39赫茲，它能夠進行紅外線信號的放大。紅外線發出管能夠將進行調整后的外紅線信號進行發出，如果遇到前方沒有障礙物的情況，相應的接收器就不會收到反射的紅外光線，因此如果當前方出現了障礙物，接收器就會能收到反射的紅外光線，根據這樣的工作原理，礦井滅火機器人就可以很好的對路況進行一個了解，以此來決定是否再進行工作。

2.1 火焰傳感器電路設計

因為考慮到礦井中發生火災疫情具有一定的特殊性，因為我們可以選擇使用紫外線型火焰傳感器，以此來進行礦井中火焰的檢測工作。采用紫外線火焰傳感器具有一定的優勢地方，紫外線火焰傳感器具有反應靈敏度高，反應時間少，抗擊干擾能力突出，對一些火焰的感知能力強，能夠在火災發生時，及時進行了檢測。常說的紫外線是一種看不見的光源，其中具有大量的光子能量。可以使用光電管最為敏感測試的器件，以此來對感應紫外線的大小，最終使得電路達到良好的控制，完成自己檢測報警。對于紫外線火焰傳感器的電路設計原理，可以采用光電效應原理，其中在經過一定的放大處理程序，如果出現了火線發出的紫外線到了檢測的最低值，火焰傳感器就會發出報警。另外，紫外線的光譜能夠控制在靈敏的范圍之內，能夠對輻射出的紫外線進行一個快速的反應行為。最后，一般情況下，溫度的大小對光電管的影響作用不大，能夠在一定程度上增加了火線傳感器的使用性。

2.2 聲音警報器

聲音警報器的電路設計原理就是，在額定電壓輸出較低的情況下即低于三極管的最初電壓，二極管會開始停止，此時狀態下的光源二極管與揚聲器會因為二極管的停止而進行不工作。在輸出的電壓為較高的時候，就是比三極管的最初開始的電壓大的時候，其中輸出的電壓會使得二極管連通，這個狀態下的光源二極管和揚聲器就會連接成功，最終會產生警報聲音。

3 結束語

本篇文章對本次研究的課題進行了充分的研究和探討，通過對礦井用滅火機器人的硬件電路分析，展示出了具體的電路設計原理，可以使用在具體的煤礦中，為我國礦產資源的發展做出有力的貢獻。

參考文獻：

[1]石梓含.火災智能機器人在偵查、滅火和救援上的現狀與發展[J].通訊世界，2018（10）：302-303.