礦用電機車運輸位置提醒司機裝置的設計與應用

常愛軍

(潞安化工集團 王莊煤礦，山西 長治 046031)

窄軌電機車是礦山地面或井下運送材料和人員的主要運輸設備，然而，電機車司機在工作過程中因注意力不集中、疲勞駕駛引起的運輸事故時有發生。一旦發生事故，輕則撞車、脫軌，造成車輛、軌道或其它設施損壞，重則釀成人員傷亡。目前雖然部分特大型礦井使用了先進的 “信”“集”“閉”系統對電機車作業進行指揮，但都是利用信號燈對司機進行提示，作用不大。

1 項目設計

1) 在運輸巷道關鍵地段的巷道頂部安裝紅外發射裝置，全天候發出紅外信號。發射裝置的電源接取于巷道內照明燈具。

2) 在電機車駕駛室安裝紅外接收裝置，并將紅外接收裝置的接收探頭接至機車頂部，用于接收來自巷道的紅外信號。

3) 在電機車駕駛室安裝語音提示裝置，在裝置接收到紅外信號后，發出語音提醒。

4) 在司機座位上安裝振動座墊，在語音提醒的同時，進行振動提醒。

5) 司機得到提醒后，應手動按下紅外接受裝置上的“結束提醒”按鍵，終止提醒。若司機睡著或注意力不集中沒有及時按下“結束提醒”按鍵，接收裝置將在規定的時間內切斷電機車控制回路，并對其實施電氣制動。

2 技術方案

1) 從巷道照明引出127 V交流電，經降壓整流后，得到24 V直流電。為使紅外發射電路穩定工作，設計了專用的穩壓電路，如圖1(a)所示。本裝置穩壓電源設計為DC12～60 V寬電壓輸入，可保證在強干擾下正常工作。其中R22為82 V壓敏電阻，在系統進入82 V以上高壓時進行保護，D1為防反接保護二極管，E6、C15、C16為電源濾波電容。D4、Q7、Q6、Q5為30 V穩壓電路。(由于LM567的工作電壓不能超過35 V，因此選擇30 V作為保護電壓。)當電源電壓大于30 V時，穩壓管D4導通，D4導通使得Q7導通，Q7又使Q6導通，從而引起Q5從完全導通進入放大狀態，多余的壓降降到Q5上。使得進入系統的電壓不高于30 V。

LM2576為開關電源，效率很高，D3為開關的續流二極管，L1為開關電源所需電感，E5、C13、C14為濾波電容，用于濾除開關電源的高頻雜波。

2) 紅外發射電路原理如圖1(b)所示。Y1為晶振部分電路，為單片機工作提供12 M時鐘；R26/1K是STC89C52單片機的內部復位電路上電時所必須外接的下拉電阻。ISP下載口為下載程序接口；由于單片機在上電復位時各個管腳輸出為高電平，為使系統在出現異常復位時，不會通過紅外管發出干擾脈沖或出現死機現象燒毀紅外發射管，本設計選用PNP/2N5401三極管。由于紅外接收頭HS0038接受頻率為38 kHz，因此，紅外發射裝置采用了單片機內部定時器產生38 kHz載波信號，并對載波信號進行編碼處理，防止環境干擾致使接收裝置誤動作。

圖1 紅外發射單元控制電路原理圖

3) 紅外接收裝置設計如圖2所示。電源來自電機車內部直變器DC12 V或24 V，HS0038為紅外接收頭，紅外接收頭的OUT輸出端輸出為接收的紅外發射編碼信號。單片機在接收到紅外編碼信號后，將解析信號來源。若解析為正確的編碼信號，則開啟相應的控制端口，實現語音和振動雙重提醒。此時，若司機精神狀態良好，可按下接收裝置上的S1按鍵結束提醒。否則，單片機將在提醒后的8 s發出指令，使J帶電吸合，從而使電機車控制電路斷開，并接通電機車電氣制動回路，實施電氣制動。

圖2 紅外接收單元控制電路原理圖

4) 語音提醒和振動提醒電路設計：本設計與常用語音芯片一樣，只需提供5 V電源及外接喇叭即可，LM2576-5 V為語音芯片工作提供可控的DC5 V電源。在提醒時，單片機將語音控制信號置為“高電平”，語音芯片開始工作；結束提醒時，單片機將語音控制信號置為“低電平”，語音芯片停止工作，如圖3所示。

圖3 語音提醒單元電路原理圖

5) 在語音提醒的同時，單片機會同時將PWCON1置為高電平，使三極管2N5551導通，從而導通IRF9540，振動坐墊開始工作。IRF9540為P溝道MOSET，低電平導通，高電平截止；D9為反向保護二極管，防止外部高壓信號進入本系統。第二控制部分備用，見圖4。

3 實施效果

本裝置的人性化設計，有效預防了因電機車司機疲勞駕駛引起的重大事故，實際應用后可知：該裝置性能穩定可靠、靈敏度極高、故障率低，創造了很高的安全效益，值得在全煤行業推廣。

圖4 振動提醒單元電路原理圖

4 結 語

電機車運輸位置提醒司機裝置自投用以來，未發生過故障，也未發生過失靈或誤提醒現象。該裝置的設計合理可行，填補了礦井運輸領域的技術空白，具有很好的推廣前景和良好的社會效益。