矿井用灭火机器人的硬件电路设计与应用
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摘 要：我国为了完成矿井火灾的救援研制出了一种利用矿井灭火机器人的方法，很好的帮助了矿井火灾事故的处理。其中矿井灭火机器人主要由这几部分构成;cpu主板控制器，火焰传感器，语音警报系统等，灭火机器人功能强大，可以在有火灾时，自动进行灭火，并且使用无线电设备将矿井中的灾情第一时间发送给控制总台，为接下来的工作提供准确的消息。本文就根据矿井中灭火机器人的设计和使用问题进行了探究。
关键词：矿井;灭火机器人;火灾
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.17.044
在我国现阶段下矿井工作中出现火灾疫情的情况时有发生，是目前危害我国矿井工作的主要危害之一，火灾的突发常常伴随着一些其他的次生危害，例如瓦斯含量超标，碳含量超标，超高温等情况。最近这些年来，矿井发生火灾的情况很多，在矿井出现火灾疫情之后，也不能及时快速的进行处理，因此给我们国家的经济资源带来了非常严重的损害，与此同时，矿井发生火灾之后进行组织救援的过程中，常有人员伤害，为了防止之上所说的这些情况的发生，必须要研制一种新型的灭火方式，因此灭火机器人就此产生。
1 灭火机器人的总体设计
为了有效解决我国矿井火灾疫情的问题处理，我国自主研发了一种专业化的矿井灭火机器人，使用了能耗较低的A9处理芯片，能够清晰感知的火苗的存在方位，具体的火源点以及进行采取自动灭火行为，并且还配备了一定的无线电通讯动能，对矿井灭火机器人的设计电路，采用了ds185sa系统作为灭火机器人的火焰感知器，用躲避感知器hs380进行一些障碍物的躲避，采用hc-pk-400的电机驱动。
1.1 电源模板电路设计
设备上的电源按钮是一个设备持续稳定运行的最基础条件，为了能够保证灭火机器人的正常工作，发动机采用独立供电的方式，并且还在一定程度上充分考虑了电源是否具备一定的兼容性。因为核心的控制元件是采用的具有低能耗的A9处理芯片，对其使用的电源是DC4.3V的电压供应，火焰传感器，无线电通报还有语音警报系统是使用的DC5v的电压供电;如果想要使得灭火机器人内部各系统都能得到良好的使用，其中发动机的运行电压必须要到达12v的电压供电，所以对与矿井灭火机器人的电源控制手段上，可以使用三段低压芯片。虽然采用三端低压芯片，其中内部具体设置有过电流，过热流以及还有电路保护设施，通过对电路设计过程中其输入电容与输出电容之间进行合理选择，一般情况下，矿井灭火机器人的输入电容都要比一般的输出电容大一些，其主要防止出现在断电情况下出现输出电流向输入电流进行反方向充电的情况，对于芯片的保护具有着一定的作用。
1.2 电动机电路设计
电机驱动装置内部组合体为光电晶体离合器，其一般安装在电源序控器以及输入、输出接口的交接部位。这种光电晶体离合器适合投入使用在双驱动晶体管和对电动机防逆变使用元件上。较为明显的优势部分是不需要增添任何放大器，在稳定及最大电压状态下其电流能直接进入功率组件中。这种光电晶体离合器CMR的固定值保持在1.5kv下，LED使其能够保持在输入上，在输出阶段的晶体管进行疏通，关掉LED，各个功率元件的电压都能够保持在稳定的状态上。将LED器件打开运行后，关掉晶体管，并且在输出阶段中可连接另外一个晶体管。
2 灭火机器人的内部电路设计
在矿井灭火机器人中使用的是hs380躲避传感器，其中躲避传感器就是一台微型的红外线接受仪器，它最大的优势特点就是具有一定的传输运行代码，光线检测仪器能够和放大器在一起存放，其中内部可以收集成PNM高频过滤器，改良屏蔽电磁场，对于一些外界因素的抗干扰能力突出。红外线接收仪器存在两个设备组成环节，其中分别是发出和接收部分，发出端是使用单压将未传达的信号编码调整成一些脉冲信号，并且经过红外线发射进行发出。红外线接收组件来完成红外线信号的接收、检测工作。为了能够有效降低干扰的成分，可以使用一些经济实惠的一体化接收感应头，这种红外线接收感应头能够接受的红外信号编码为39赫兹，它能够进行红外线信号的放大。红外线发出管能够将进行调整后的外红线信号进行发出，如果遇到前方没有障碍物的情况，相应的接收器就不会收到反射的红外光线，因此如果当前方出现了障碍物，接收器就会能收到反射的红外光线，根据这样的工作原理，矿井灭火机器人就可以很好的对路况进行一个了解，以此来决定是否再进行工作。
2.1 火焰传感器电路设计
因为考虑到矿井中发生火灾疫情具有一定的特殊性，因为我们可以选择使用紫外线型火焰传感器，以此来进行矿井中火焰的检测工作。采用紫外线火焰传感器具有一定的优势地方，紫外线火焰传感器具有反应灵敏度高，反应时间少，抗击干扰能力突出，对一些火焰的感知能力强，能够在火灾发生时，及时进行了检測。常说的紫外线是一种看不见的光源，其中具有大量的光子能量。可以使用光电管最为敏感测试的器件，以此来对感应紫外线的大小，最终使得电路达到良好的控制，完成自己检测报警。对于紫外线火焰传感器的电路设计原理，可以采用光电效应原理，其中在经过一定的放大处理程序，如果出现了火线发出的紫外线到了检测的最低值，火焰传感器就会发出报警。另外，紫外线的光谱能够控制在灵敏的范围之内，能够对辐射出的紫外线进行一个快速的反应行为。最后，一般情况下，温度的大小对光电管的影响作用不大，能够在一定程度上增加了火线传感器的使用性。
2.2 声音警报器
声音警报器的电路设计原理就是，在额定电压输出较低的情况下即低于三极管的最初电压，二极管会开始停止，此时状态下的光源二极管与扬声器会因为二极管的停止而进行不工作。在输出的电压为较高的时候，就是比三极管的最初开始的电压大的时候，其中输出的电压会使得二极管连通，这个状态下的光源二极管和扬声器就会连接成功，最终会产生警报声音。
3 结束语
本篇文章对本次研究的课题进行了充分的研究和探讨，通过对矿井用灭火机器人的硬件电路分析，展示出了具体的电路设计原理，可以使用在具体的煤矿中，为我国矿产资源的发展做出有力的贡献。
参考文献：
[1]石梓含.火灾智能机器人在侦查、灭火和救援上的现状与发展[J].通讯世界，2018（10）：302-303.
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