電話自動監控瓦斯氧氣報警器的研究與開發

摘要：電話自動監控瓦斯氧氣報警器具有檢測瓦斯、氧氣濃度功能，在瓦斯濃度超限或缺氧超限時能進行聲光報警。並且自動撥通 煤礦 安全局主要負責人電話，使其對礦主、安檢員、某些礦的負責人進行監管，減少或杜絕人為因素造成瓦斯爆炸 02manbetx.com 再度發生。為 煤礦 安全生產和礦工生命 安全提供了更加有利的保障。文章介紹了電話自動監控瓦斯和氧氣報警器組成結構和工作原理，並對其電路進行了 03manbetx 。

關鍵詞：電話監控器；報警器；定時電路；電壓比較器

目前，在利益的驅使下，某些礦主或是領導利欲熏心，不顧礦工生命 安全，在瓦斯嚴重超限和氧氣缺乏時仍讓職工生產；還有某些安檢員責任心不強，擅自脫離崗位，瓦斯超限和氧氣缺乏時不報告，這些都成為當前瓦斯發生爆炸和影響礦工安全的最主要的人為因素。為避免人為因素造成爆炸 02manbetx.com 的發生，開發研製出電話自動監控瓦斯和氧氣報警器。它能在瓦斯超限時或在礦井中缺少氧氣並低於報警限時進行聲光報警，並且自動撥通 煤礦安全局主要負責人電話，告知井下瓦斯和氧氣超限的實際情況，使安全局主要負責人對礦主、安檢員、某些礦的負責人進行監管，督促他們認真貫徹 煤礦安全 01manbetx ，實現電話自動監管功能。該設備還具有強迫顯示報警參數和動態顯示節能功能，並能方便地觀測瓦斯和氧氣的含量。它是一種新型的煤礦安全監控設備。以下對它的組成結構和工作原理進行介紹、並對其電路進行 03manbetx 。

1 係統組成

圖1為該報警儀的組成框圖：它由直流穩壓電源、瓦斯傳感器、氧氣傳感器、信號放大器、電壓比較器、控製門電路、聲光報警電路、顯示選擇電路、數字顯示係統、電話自動監控電路組成。

圖1 電話自動監控瓦斯氧氣報警器組成框圖



2 電路原理 03manbetx

(1)圖2為直流穩壓電源電路。直流電源由變壓器、整流濾渡、穩壓電路和負電源變換電路組成。其工作原理是：變壓器把220V的交流電壓變為9V的交流電壓，經橋式整流、電容濾波、L7805集成穩壓器輸出5V的直流電壓。為其它各部分電路提供＋5V直流電源。另經穩壓管DW2穩壓電路輸出2.8V電壓為傳感器提供電源，還有一路穩壓DW1管輸出2.5V電壓為電壓比較器提供參考電壓。＋5V直流電源經負電源變換電路7660直接輸出-5V電壓，為數字顯示係統提供-5V電源。

圖2 直流穩壓電源電路原理圖



(2)如圖3所示。傳感器、信號放大器、電壓比較器、聲光報警電路工作原理：瓦斯傳感器的作用是把瓦斯濃度的變化變為電信號的變化。該瓦斯傳感器具有很高的靈敏度和測量範圍，測量誤差小。集成運算Al、A2和有關電阻組成兩級反相比例放大器作為瓦斯信號的放大器，放大倍數達千倍以上，A2的輸出加到電壓比較器A3的同相輸人端；RW1、R8組成分壓器，為電壓比較器提供參考電壓。參考電壓加在A3的反相輸入端，發光二極管D1(紅燈)、D2(綠燈)和R10、R11組成瓦斯燈光報警指示電路，當瓦斯濃度未超過報警限時，電壓比較器A3輸出的低電平，使發光二極管D2(綠燈)亮，表示瓦斯濃度未超限。當采礦區瓦斯濃度超限時，電壓比較器A3輸出高電平，使紅燈亮，表示瓦斯濃度超過報警限。同理氧氣濃度的超限報警電路與瓦斯支路相同。

圖3 瓦斯傳感器、信號放大器、數字顯示係統、電壓比較器、聲光報警電路原理圖



二極管D5、D6組成控製門電路，電壓比較器A3和電壓比較器9 7 3 12 3 4 8 : 來源：湖北安全生產信息網

A6隻要有一個輸出高電平，二極管D5、D6組成的或門就輸出高電平，驅動V1三極管導通，使蜂鳴器發聲進行聲報警。而且或門輸出的高電平經反相器到達電話控製電路的F接線端，啟動電話控製電路。從A2放大器輸出的瓦斯電信號和A5放大器輸出的氧氣電信號除進入電壓比較器外，還有一路信號進入信號選擇電路。再進入數字顯示係統。為使報警儀顯示清晰的數字而采用數碼管顯示，我們使用了集A/D轉換、計數、譯碼驅動於一身的大規模集成電路CC7107直接驅動數碼管。2.5V電源電壓經R28和R29分壓，為CC7107內部電路提供基準電壓。電容C2、C3和電阻R25為CC7107時鍾的定時元件。

(3)信號顯示選擇電路：該監測報警儀能監測甲烷和氧氣兩個參數，並能方便地觀察甲烷、氧氣含量的功能，而且具備強迫選擇顯示突然超過報警限參數的功能。該電路主要由圖3中的電子開關CD4053、包含二D觸發器的CC4013、四二輸入與非門CC4011和按鈕AN、C1、R24、等組成的信號選擇電路工作原理分為兩部分。①手動信號選擇電路工作原理：通過按按扭AN可以非常方便地選擇甲烷、氧氣含量。由圖3得知，CC4013中的觸發器構成了一個二進製計數器。沒按信號選擇按扭AN之前，CC4013腳輸出低電壓，經CC4011內的一個與非門反相後輸出高電平，此高電平加到CD4053，使CD4053的一腳輸出端選擇甲烷信號進入CC7107數顯電路進行顯示，而且CD4053的一腳輸出低電平控製數碼管的甲烷的小數點顯示，使氧氣的小數點不顯示；如需要進行氧氣含量顯示，按一下顯示選擇按扭AN，給雙CC4013的觸發器一個脈衝時鍾信號，使CC4013的一腳翻轉輸出高電平，經CC4011的與非門反相輸出低電平，此低電平加到CD4053，這時CD4053的另一腳控製氧氣信號輸入到CC7107的信號的輸入端，進行A/D轉換，數碼顯示。②自動強迫顯示報警參數功能；該報警儀若正在顯示氧氣含量時，甲烷含量濃度突然超過報警限，監測報警儀會由顯示氧氣含量轉換為顯示甲烷含量；反之，正在顯示甲烷含量，氧氣濃度突然低於報警限，報警儀轉換為顯示氧氣含量，這種功能是利用甲烷比較器輸出信號加到CC4013觸發器的異步複位輸入端，氧氣電壓比較器輸出的信號加到觸發器異步置位端實現的。當氧氣濃度低於報警限時，氧氣電壓比較器輸出的高電平信號加到觸發置位端，此高電平強製顯示氧氣；同樣若正在顯示氧氣信號時，甲烷含量濃度突然超過報警限，甲烷比較器輸出高電平信號使觸發器複位，輸出低電平，強迫轉換為顯示甲烷含量。③節能顯示技術：該報警器采用動態顯示代替靜態顯示，動態顯示電路是由CC4011內的兩個與非門和電阻R31、電容C6共同組成RC多諧振蕩器，其輸出的方波經R30和三極管T驅動數碼管進行動態顯示，由驅動管T、數碼管等元件組成的顯示電路減少近一半的電能損耗。

(4)電話監控原理圖：它包括輸入控製電路、自動撥號電路、音頻譯碼、忙音及振鈴回音識別電路、告急信號產生電路、鈴流接收及譯碼定時電路、控製電路組成，如圖4所示。

圖4 電話監控自動報警器電路圖



3 整機工作過程

瓦斯傳感器和氧氣傳感器分別把瓦斯濃度的變化及氧氣濃度的變化變為電信號，經各自放大器放大，兩放大器輸出的電信號一路進入信號選擇電路和數字顯示係統，顯示瓦斯或氧氣的含量。另一路信號分別進入各自的電壓比較器，與參考電壓進行比較，當瓦斯濃度低於報警限或氧氣濃度高於報警限時，兩電壓比較器輸出低電平，使未超限發光二極管D2、D4(綠燈)亮，蜂鳴器不響，電話自動監控電路不動作；采礦區當瓦斯濃度超過報警限或氧氣濃度低於報警限時，電壓比較器輸出高電平，二9 7 3 1 23 4 8 : 來源：湖北安全生產信息網

極管D1、D3(紅燈)亮，並驅動V1三極管導通，使蜂嗚器發聲進行聲報警；而且電壓比較器輸出的高電平由F接線端到達電話控製電路，啟動電話監控電路工作，自動撥打煤礦安全局長電話號碼。若煤礦安全局長電話忙，則忙音識別及電路定時器l動作，電話控製電路會每3min重撥1次，直至接通為止，若煤礦安全局長電話已接通，則振鈴回音識別電路和定時器2動作，電話控製電路會每6min重撥1次，並發出30s的告急信號。若煤礦安全局長已經接聽告急電話，則鈴流接收及音頻譯碼器2和定時器3動作，呼叫頻次改為1h呼叫1次，進一步保證呼叫局長的可靠性。9 7 3 1 2 34 8 : 來源：湖北安全生產信息網

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