[实用新型]单片机甲烷警报矿灯

说明书

本实用新型涉及一种煤矿井下照明和瓦斯监测的安全装置，尤其是单片机控制的甲烷警报矿灯。

目前，公知的甲烷警报矿灯是由报警电路、传感器件与灯头、电缆、蓄电池所组成。专利号为96212457.5的通用型整体式甲烷警报矿灯，在同类产品中具有领先水平。其警报电路采用国产专用集成片和继电器等元件，虽然有高度集成和宽电源稳压等优点，也存在集成片引脚及外围元件多，成本高，维修难和可靠性差的缺点，影响了经济效益和市场竟争力。

本实用新型的目的是提供一种甲烷警报矿灯，它采用单片机、场效应管等新器件优化设计，不仅能保持原有功能特点，而且简化了结构和电路，克服了上述不足。

本实用新型的目的是这样实现的：灯头、电缆和蓄电池连成一体，灯头内的照明与检测装置为一体双腔。电池电源通过灯泡和场效应管构成光报警回路，通过蜂鸣器和三极管构成声报警回路。电池正极通过稳压电源，负极通过保险电阻接地，为单片机、双运放和检测电桥提供工作电压。单片机一个输出口与场效应管栅极连接；另一个输出口通过一电阻与三极管基极连接，并对地接下拉电阻；输入口接双运放输出端，并对地接下拉电阻和滤波电容；其它I/O口分别经上拉电阻接稳压电源。双运放之一与外围电阻构成差动放大器，其输入端连接检测电桥的输出；输出端连到另一运放与电阻组成的施密特触发器输入端，触发器的给定电位器一端接地，另一端经分压电阻接稳压电源。

由于采取上述方案，就由通用件代替了专用件，并实现了智能处理和无触点控制，使电路灵活可靠成本低，整机外形小、耗电省，安装方便，维护容易。

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明。

图1是第一个实施例—碱性(也可用于酸性)甲烷警报矿灯电路。

图2是第二个实施例—酸性甲烷警报矿灯电路图。

图中，A₁是双运放集成片，可用LM358等型号，采用单电源供电。由热催化元件H、B和R₁、W₁、R₂组成惠氏电桥检测甲烷气体浓度的变化，并在H元件上端输出与之成比例的电信号，通过R₄加到一运放的同相输入端，B元件起温度补偿作用，电位器W₁通过R₃接反相输入端，起调零作用。经过放大的信号，一路通过R₇形成负反馈，另一路通过R₅接到另一运放组成的施密特触发器同相输入端，作为报警信号，接在触发器反相输入端的电位器W₂可改变翻转电压的给定值，用来设置报警点。R₈为正反馈电阻，C₁为抗干扰电容。触发器输出接至A₂的输入端口。A₂为OTP型八位单片机，可用PIC12C508/509，其内部产生4MC的RC振荡，由程序分频并确定在7脚为高电平即报警状态：从5脚输出频率为1H_z占空比为1∶1的脉冲信号，通过场效应管T₄控制灯光闪烁16次；同时从6脚输出频率为800H_z，并受到频率为1H_z，占空比1∶2的低频调制脉冲信号，通过R₁₅和T₃基极控制蜂鸣器产生断续警报音响。图中R_10-12为上拉电阻，R_13-14为下拉电阻。当A₂₇脚为低电平即非报警输入时，通过程序控制可使单片机处于低功耗睡眠状态，该功能可由输入口的电平变化唤醒。

在图1中，由集成块A₃、电感L、电容C₂、C₃及电阻R₁₉组成了通用型稳压电源A₃是一种开关型DC-DC转换稳压器，如采用MAX778L可输出3V固定电压。电源由2、7脚引入，3、4脚接地，5脚接电感L，由6脚输出稳定电压，C₃为输入滤波、C2为输出滤波电容，1脚接的R₁₉电阻对输出电流起限制作用，以防止过流和短路，保险电阻R₁₈是短路过流的后备保护。如采用MAX779L，则通过外接分压器，可使6脚输出电压在2.5-6V之间可调，分压器的接法是在6、8脚之间和8脚对地各接一电阻。该电路的特点是输入电压范围宽，达1.8-6V，能够升压输出，特别适合碱性矿灯使用，但目前价格较贵。

在图2中，由基准稳压源D₂、二极管D₁、三极管T₁、T₂和电阻R_16-19组成一种串联型稳压电源。T₁为电压调整管，T₂为误差放大管，R₁₈为保险电阻，D₁的作用是在正常情况下为R₁₆、R17组成的分压器提供输出电压检测回路，而在故障状态时能防止R₁₆对R₁₇分流。如稳压电源输出侧发生短路时，过电流在R₁₈和T₂电流在R₁₇的电压降增加，使T₂发射极电位降低，由于T₂基极电位稳定不变，所以T₂基极电流减少→T₂集电极电流减少→T₁基极电流减少→T₁集电极电流即输出电流减少，从而自动限制了短路电流的增加，当故障消除后，又能自动恢复正常输出。该稳压电源在输入3.2-6V的变化范围内能稳定输出3V左右电压，具有成本低、效率高、精度好，调整管压降小和电路简单、保护可靠的特点，特别适合酸性甲烷警报矿灯采用。