基于DSP 的帶式輸送機(jī)乘人越位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張 濤 王 磊

（淮南聯(lián)合大學(xué)校企合作創(chuàng)新研發(fā)中心，安徽 淮南232038）

帶式輸送機(jī)（簡(jiǎn)稱皮帶機(jī)）是煤礦井下最重要的輸送設(shè)備，傳動(dòng)裝置作為輸送機(jī)的中樞神經(jīng)，其運(yùn)行狀況的好壞直接決定了煤礦的效益。可乘人鋼絲繩芯帶式輸送機(jī)解決了當(dāng)前我國(guó)煤礦大多數(shù)主斜井的乘人問(wèn)題，擴(kuò)展了帶式輸送機(jī)的使用范圍，減少了專門(mén)的運(yùn)人設(shè)備，有效的提高了經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。鋼絲繩芯帶式輸送機(jī)的人員安全主要依靠礦工自覺(jué)遵循規(guī)程來(lái)保證，缺少必要的可靠的安全保護(hù)措施，一旦礦工由于打盹等原因進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域，很容易發(fā)生安全事故。我國(guó)大多數(shù)主斜井都存在類似安全隱患，亟待解決。為有效解決這個(gè)現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，保障曠工的人身安全，設(shè)計(jì)了一套專用的基于DSP 的乘人越位監(jiān)控保護(hù)系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

硬件電路設(shè)計(jì)方面，充分考慮了井下實(shí)際應(yīng)用環(huán)境的復(fù)雜性，對(duì)于設(shè)備的穩(wěn)定性有著更高的要求，并且要具有防爆能力。該乘人越位監(jiān)控系統(tǒng)電路主要有以下幾個(gè)部分：DSP 處理器、攝像頭模塊、紅外傳感器、行程開(kāi)關(guān)、急停繼電器、報(bào)警電路、電源模塊、時(shí)鐘/復(fù)位電路以及JTAG 接口電路，如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)硬件框圖

其中，DSP 處理器采用TI 公司的一款具有浮點(diǎn)功能、性價(jià)比高、可靠性好、處理速度快、專用于圖像處理的6000 系列全新處理器TMS320C6748；攝像頭模塊選用Micron 公司的1/3 英寸寬范圍VGA、全局曝光功能、適用于煤礦井下光線較暗的環(huán)境的數(shù)字圖像觸感器MT9V032，通過(guò)16 并口將采集的數(shù)據(jù)傳給DSP 處理器；行程開(kāi)關(guān)選用有觸點(diǎn)的礦用隔爆的行程開(kāi)關(guān)，用于檢測(cè)人員是否進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域，一旦有人碰觸行程開(kāi)關(guān)立刻輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)量信號(hào)；紅外傳感器選用熱釋電紅外傳感器，為增強(qiáng)靈敏度覆蓋特殊菲涅爾濾光透鏡，其與DSP 處理器之間設(shè)有光耦隔離器；電源模塊采用廣州金升陽(yáng)的開(kāi)關(guān)電源，輸入127VAC，輸出5VDC 和12VDC 電壓信號(hào)，分別用于給DSP和繼電器供電，同時(shí)輔助以穩(wěn)壓變壓電路給其他模塊供電。其中圖像處理包括去噪預(yù)處理和特征檢測(cè)，其中特征檢測(cè)主要是根據(jù)礦燈、輪廓進(jìn)行判斷識(shí)別。

DSP 處理器主要作用是綜合利用圖像處理、紅外傳感器以及行程開(kāi)關(guān)來(lái)檢測(cè)皮帶機(jī)的危險(xiǎn)區(qū)域是否有人進(jìn)入，一旦三個(gè)檢測(cè)裝置都判斷有人，則斷定皮帶機(jī)的危險(xiǎn)區(qū)域有人進(jìn)入，立刻輸出開(kāi)關(guān)量信號(hào)控制皮帶機(jī)的急停繼電器，起到保護(hù)乘人的作用。攝像頭模塊主要作用是采集皮帶機(jī)上的數(shù)字圖像，并將數(shù)據(jù)通過(guò)并口發(fā)送給DSP 處理器，由處理器對(duì)圖像進(jìn)行處理，將處理結(jié)果作為判斷是否有人的條件之一。行程開(kāi)關(guān)檢測(cè)皮帶機(jī)危險(xiǎn)區(qū)域是否有人進(jìn)入，只要行程開(kāi)關(guān)有動(dòng)作，則作危險(xiǎn)區(qū)有人的三個(gè)條件之一。紅外傳感器檢測(cè)皮帶機(jī)危險(xiǎn)區(qū)域是否有人進(jìn)入，只要有傳感器有輸出，則作危險(xiǎn)區(qū)有人的三個(gè)條件之一。急停繼電器主要作用是如果輸送帶上有人，則進(jìn)行急停操作停止輸送帶運(yùn)行，保護(hù)輸送帶上違規(guī)爬乘人員。報(bào)警電路主要作用是當(dāng)DSP 處理器檢測(cè)到皮帶機(jī)上有人時(shí)，輸出控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)報(bào)警器進(jìn)行報(bào)警。電源模塊主要作用是為各個(gè)模塊提供穩(wěn)定合適的電壓。時(shí)鐘/復(fù)位電路主要作用是實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位和保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。JTAG 接口電路主要作用是用于下載、調(diào)試程序，便于系統(tǒng)的升級(jí)改造。

2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

除了硬件部分有著高品質(zhì)的要求以外，軟件系統(tǒng)要更加的穩(wěn)定、流暢，不能出現(xiàn)死機(jī)現(xiàn)象。該系統(tǒng)具體工作原理是利用攝像頭模塊、行程開(kāi)關(guān)以及紅外傳感器來(lái)分別檢測(cè)皮帶機(jī)的危險(xiǎn)區(qū)域是否有人進(jìn)入，一旦三個(gè)檢測(cè)裝置都判斷有人，則斷定皮帶機(jī)的危險(xiǎn)區(qū)域有人進(jìn)入，立刻輸出開(kāi)關(guān)量信號(hào)控制皮帶機(jī)的急停繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)皮帶機(jī)電機(jī)的急停，同時(shí)輸出控制信號(hào)到報(bào)警電路進(jìn)行報(bào)警，最終起到保護(hù)乘人的作用；否則均認(rèn)為是干擾信號(hào)，危險(xiǎn)區(qū)域沒(méi)有人（圖2）。

3 運(yùn)行分析與總結(jié)

針對(duì)目前帶式輸送機(jī)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)存在的缺陷和不足，在此基礎(chǔ)上提出了一種綜合利用視頻監(jiān)控、紅外傳感器和行程開(kāi)關(guān)的皮帶機(jī)乘人越位智能監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。綜合利用視頻監(jiān)控、紅外傳感器和行程開(kāi)關(guān)三種方法檢測(cè)輸送帶危險(xiǎn)區(qū)域是否有人，進(jìn)行報(bào)警以及急停，可有效的預(yù)防違章越位人員掉入煤倉(cāng)的事故發(fā)生。該系統(tǒng)經(jīng)過(guò)實(shí)地測(cè)試，具有實(shí)時(shí)性好，檢測(cè)精度高、誤報(bào)率低、安全可靠，便于安裝維護(hù)的特點(diǎn)，具備實(shí)際推廣應(yīng)用價(jià)值。

圖2 系統(tǒng)功能流程圖