專利名稱：礦用本質安全型智能語音播報裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于礦用語音報警裝置，涉及智能語音播報裝置，特別涉及礦用本質安全型 智能語音播報裝置。
背景技術：
目前煤礦報警主要有兩種 一種是采用蜂鳴器報警，此報警只能產生簡單的蜂鳴聲作為
報警提示音； 一種是煤礦語音報警裝置，是采用語音錄播的形式進行語音報警，例如采用ISD
系列、OKI系列等語音錄播芯片，此種芯片報警信息需要提前錄制，將預設狀況與報警信息
一一對應，然后再根據不同的狀況選取錄制好的語音信息進行報警通知。現有的煤礦語音報
警裝置特點或不足為，首先報警內容固定、清晰度差；其次，只能針對預設狀況單一報警， 只具備區域報警功能；不能在全礦范圍內聯網分布并進行綜合語音報警。原因是現有的煤礦 語音報警裝置包括本安外殼內以CPU控制電路為控制核心的語音錄播芯片、功放電路、LED 報警控制電路、電源電路、與監控系統接口構成。 發明內容
為了克服現有的煤礦語音報警裝置存在報警內容固定、清晰度差、只能對預設狀況單一 報警、不能在全礦范圍內聯網分布并進行綜合語音報警的不足，本實用新型提供一種礦用本 質安全型智能語音播報裝置，本實用新型可實現與監控系統聯網結合，當礦井發生災變時， 監控中心在對礦井下災情的分布地點、采集的實時數據和危害程度做出分析之后，制定出應 急救援信息、危險告警信息及具體安全撤離的路線等，通過地面中心站人工或專家決策軟件 以任意文字信息方式向該實用新型即時下達信息，由該實用新型分析、處理后再轉換為語音 信息進行有條件的播報，以便通知井下人員做出應急處理。報警內容靈活多變，可根據不同 區域不同狀況，靈活報警。
本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是包括本安外殼內為所有電路提供電源
的電源轉換電路，以CPU控制電路為核心,分別通過語音轉換電路控制功放電路,通過IC14實 現對LED報警控制電路的控制，在CAN通信電路中設有與監控系統接口,特別還包括CPU控制 電路分別通過IC14讀取地址碼設置電路中IC12的地址碼,通過IC13與CAN通信電路實現通 信,通過IC14與語音轉換電路的IC16、 IC17實現雙向通信。
其中電源轉換電路包括J1接基本分站本安電源輸出端主要由開關電源IC6、開關電源IC2 以及由CM0S管IC1、 Cl、 EC3、 R3構成的延時起動電路共同組成的初級電源轉換電路和主要 由低壓差穩壓電源IC3、三端穩壓電源IC4、 DC-DC電源IC5、低壓差穩壓電源IC7構成的次 級電源轉換電路。
其中CPU控制電路與主要由三態緩沖器IC16構成的語音轉換電路的連接通過對應的 PL 0、 P3. 2、 P3. 1、 P3. 0腳實現，單片機IC14通過通信協議的軟件編程控制CAN控制器IC13 及三態緩沖器IC16、語音模塊IC17。
其中與監控系統接口由CAN通信電路通過J2接CAN總線。其中語音轉換電路與功放電路通過line out腳通信由J3接揚聲器。 本實用新型的有益效果是，接受地面中心站監控主機的設置和操縱，當礦井發生災變狀 況時，監控中心在對礦井下災情的分布地點、采集的實時數據和危害程度做出分析之后，制 定出應急處理措施，通過該實用新型即時通知井下人員做出應急處理。報警內容靈活多變， 可根據不同區域不同狀況，靈活報警，報警準確，聲音清晰。
以下結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
附圖中101.CPU控制電路，102.電源轉換電路,103， LED報警控制電路，104.地址碼設 置電路，105.CAN通信電路，106.語音轉換電路，107.功放電路。 圖l本實用新型原理框圖； 圖2本實用新型初級電源轉換電路原理圖； 圖3本實用新型次級電源轉換電路原理圖； 圖4本實用新型功放電路原理圖； 圖5本實用新型CPU控制電路原理圖6本實用新型CAN通信電路原理圖7本實用新型語音轉換電路原理具體實施方式
參見
圖1所示， 一種礦用本質安全型智能語音播報裝置，包括本安外殼內為所有電路提
供電源的電源轉換電路102,以CPU控制電路101為核心，分別通過語音轉換電路106控制功 放電路107,通過IC14實現對LED報警控制電路103的控制,在CAN通信電路105中設有與監 控系統接口 J2，特別還包括CPU控制電路101分別通過IC14讀取地址碼設置電路104中IC12 的地址碼,通過IC13與CAN通信電路105實現通信，通過IC14與語音轉換電路106的IC16、 IC17實現雙向通信。
參見圖5，其中CPU控制電路101主要包括單片機IC14、 CAN控制器IC13間通過AD0~A07 的對應接口通信，CAN控制器IC13通過RD/E、 WR、 ALE/AS分別與單片機IC14對應的WR、 RD、 ALE/PROG引腳相連，CAN控制器IC13的INT接單片機IC14的INT1的腳實現的標準通信。地址 撥碼開關IC12與單片機IC14通過PO. 0、P0. 7實現的標準通信。
其中地址碼設置電路104選用與監控系統相同的地址碼設置電路。
特別參見圖2、圖3，其中電源轉換電路102包括J1接基本分站本安電源21V輸出端主 要由開關電源IC6、開關電源IC2以及由CMOS管IC1、 Cl、 EC3、 R3構成的延時起動電路共 同組成的初級電源轉換電路和主要由低壓差穩壓電源IC3、三端穩壓電源IC4、DC-DC電源IC5、 低壓差穩壓電源IC7構成的次級電源轉換電路。
特別參見圖5、圖7，其中CPU控制電路101與主要由三態緩沖器IC16構成的語音轉換 電路106的連接通過對應的Pl. 0、 P3. 2、 P3. 1、 P3. 0腳實現，單片機IC14通過通信協議的 軟件編程控制CAN控制器IC13及三態緩沖器IC16、語音模塊IC17。
特別參見圖6，其中與監控系統接口由CAN通信電路105通過J2接CAN總線。特別參見圖4，其中語音轉換電路106與功放電路107通過line out腳通信由J3接揚 聲器。
為更清楚起見，下面更詳細介紹本實用新型具體實施方式
的電路主要具體構成。 圖5所示，CPU控制電路101中主要芯片是單片機IC14選用P89V51RD2FN， CAN控制 器IC13選用SJA1000，地址撥碼開關IC12選用SW-DIP8，三極管Tl選用9014，有源晶振Yl 為8MHz,有源晶振Y2為11.0592MHz，濾波電容C16 C21、 EC18和EC19， D6 D14 二極管為 IN4007。CAN控制器IC13選用SJA1000的AD0 AD7連接到單片機IC14選用P89V51RD2FN的 P0 口， 5連接到單片機IC14選用P89V51RD2FN的P2. 7， P2. 7為低電平時，單片機IC14 選用P89V51RD2FN片外存貯器地址可選中CAN控制器IC13選用SJAIOOO，單片機IC14選用 P89V51RD2FN通過這些地址可對CAN控制器IC13選用SJAIOOO執行相應的讀寫操作。CAN控 制器IC13選用SJAIOOO的^5/E、ii、'ALE/AS分別與單片機IC14選用P89V51RD2FN對應的i^、 RD、 ALE/^引腳相連，CAN控制器IC13選用SJAIOOO的ISf接單片機IC14選用P89V51RD2FN 的fNT^腳實現的標準通信。通訊依靠中斷方式進行。單片機IC14選用P89V51RD2FN的P2. 0 腳通過R31接到Tl的基極，J4插頭接信號燈，兩端加21V電壓，通過對P2. 0 口置高電平導 通三極管D6來點亮信號燈，控制信號燈閃爍報警。WT2是單片機IC14選用P89V51RD2FN的 P0 口上拉電阻排。
圖2、圖3構成電源轉換電路102，圖2所示，初級電源轉換電路為本質安全型，輸入為 21V，輸出一路12V、另一路VCC電壓5V。主要芯片CMOS管IC1選用IRFD9120, CMOS管IC1、 Cl、 EC3、 R3構成的延時起動電路，開關電源IC2和IC6選用MC34063，穩壓二極管D2和D3 選用IN5819， L1 L4為濾波電感，C2、 C4控制開關電源的開關頻率，限流電阻R2、 CMOS管 IC1所組成的電路起到限流緩沖的作用，降低開機脈沖電流。開關電源IC2、IC6選用MC34063 芯片，IC6將21V轉換成12V，直接給功放電路107供電，開關電源IC2將21V轉換成VCC 電壓5V，為CAN通信電路105和其它電路提供電源，這樣做可以提高電源的利用效率，同 時減少電源之間的相互干擾。圖3所示，次級電源轉換電路為本質安全型，參見圖2，主要 芯片有低壓差穩壓電源IC3選用SP29300，三端穩壓電源IC4選用AMS3117， DC-DC電源IC5 選用B0505LS_1W，低壓差穩壓電源IC7選用SP6201。將輸入的VCC電壓5V通過兩路不同的 轉換電路，一路產生隔離的Vdd電壓5V為CAN通信電路105提供隔離電源，另一路輸出3.3V 為語音轉換電路106提供電源。
圖4所示，功放電路107，采用12V電源供電，主要芯片功率放大器IC8選用LM386_4, 電位器WT1選用W103， R15、 C5組成濾波電路，在進入+INP腳前再加入R14和C6組成的 濾波電路抑制高頻信號干擾，R12和EC13調節功放電路107的放大倍數，R13接-INP腳起 到平衡正負兩極輸入的作用，接BPASS腳的旁路電容EC14直接接地。來自語音轉換電路106 的音頻信號Line out進入C7經過濾波處理進入IC8，功率放大后經過插頭J3接至揚聲器。
圖6所示，CAN通信電路105，參見圖5，主要芯片CAN接收器IC9選用PCA82C250, 光耦ICIO、 IC11選用6N137,齊納二極管D4、 D5選用P6KE6. 8，起到過壓雙重保護作用，防 止過電壓竄入非安全場所，電阻R17為CAN總線匹配電阻，電容CIO、 Cll可以起到濾除總線上的高頻干擾和一定的防電磁輻射的能力，通過J2接CAN總線。正向接收由J2接收CAN信 息,輸出到CAN控制器IC13的SJA1、 SJA2、 SJA3,反向發送由CAN控制器IC13的SJA1、 SJA2、 SJA3輸回至CAN通信電路。
圖7所示，語音轉換電路106，參見圖5，主要芯片三態緩沖器IC16選用MC74HC244， 接線端子IC17,復位芯片IC15選用SP813,發光二極管T3、 T4、 T5,通過上拉電阻分別與通信 線相連，顯示通信時的三種狀態"READY/BUSY、 TXD、 RXD",接線端子IC17， Y—TXD表示串行 數據輸出，Y—RST表示復位腳，Y一RXD表示串行數據輸入，Y—BSY表示工作狀態，Line out表 示信號輸出。其中CPU控制電路101與主要由選用74HC244的三態緩沖器IC16構成的語音轉 換電路106的連接通過對應的P1.0、 P3.2、 P3.1、 P3.0腳實現，使選用P89V51RD2FN的單片 機IC14通過通信協議的軟件編程控制選用SJAIOOO的CAN控制器IC13及選用MC74HC244的 三態緩沖器IC16、語音模塊IC17。
為更清楚本實用新型的技術方案，參見圖5、圖7，介紹一下礦用本質安全型智能語音播 報裝置的工作原理，本實用新型突出特點在于將CAN通信技術和語音轉換技術相結合應用于 煤礦報警，實現了全礦范圍的綜合報警。
地面監控中心裝有語音播報控制軟件，通過軟件可以査詢所處區域播報裝置的工作狀態。 當煤礦井下發生災變時，監控人員通過對監控系統采集的數據分析處理后，制定相應的處理 措施，通過監控軟件傳輸給礦用本質安全型智能語音播報裝置，控制礦用本質安全型智能語 音播報裝置報警或者播報提示信息。通過軟件可以實現"開始、停止、暫停、恢復"等控制 功能，還可以設置播報的語速和重復次數。
語音播報裝置上電工作后，單片機首先讀入撥碼開關設定的地址，然后將地址信息讀入 給C認控制器IC13選用SJAIOOO。當總線上有信息時，CAN控制器IC13選用SJAIOOO通過濾 波器中設定的地址信息判斷是否為為自身地址，當讀入相應的地址信息后，CAN控制器IC13 選用SJAIOOO向單片機IC14選用P89V51RD2FN申請中斷，并傳輸信息，單片機IC14選用 P89V51RD2FN接收完信息后，判斷信息類型，如果為數據幀則存儲數據信息到固定的地址， 如果為狀態査詢幀，直接返回狀態信息。在存儲好數據信息以后，單片機IC14選用 P89V51RD2FN判斷數據信息的內容，做出相應的處理。單片機IC14選用P89V51RD2FN將存儲 的數據信息重新包裝后，以串行通信方式通過三態緩沖器IC16選用74HC244與語音芯片通信， 單片機IC14選用P89V51RD2FN和語音芯片有四根連接線，分別為Y—TXD、 Y—RXD、 Y—BSY和 Y一RST,其中Y—TXD表示URAT串行輸出；Y—RXD表示URAT串行輸入；Y—BSY是工作狀態指示輸 出，表示語音轉換電路的工作狀態，低電平時表示READY狀態，發光二極管T3發光為紅色， 高電平時表示BUSY狀態，發光二極管T3不點亮；Y—RST表示外部復位信號輸入，低電平復 位。為了更顯著的反應通訊狀態，在Y—TXD、 Y一RXD、 Y—BSY三條通信線接入上拉電阻并串接 不同顏色的發光二極管，這樣可以直觀的看出單片機同語音轉換電路之間的通信狀態，Y_BSY 指示兩種工作狀態(READY、 BUSY),低電平時發光二極管T3發光為紅色表示READY即空閑狀 態，，高電平時發光二極管T3不點亮表示BUSY即繁忙狀態。當有報警輸出時，單片機IC14 選用P89V51RD2FN給P2. 0腳交替的置高和置低，控制三極管Tl的導通，報警指示燈閃爍報警。
為更有效了解本實用新型，下面介紹一下其相關參數。 功能特點-
*性能穩定、工作可靠、操作簡潔、維護方便。 *播報內容由監控人員任意制定，響應即時、準確。 *具有開始、停止、暫停、恢復、重復的控制功能。 *具有報警歷史記錄功能
*高性能開放式CAN總線數據傳輸，5k/s可以達到10km。 環境條件
像環境溫度0。C 4(TC *濕度《95% (25。C時) *大氣壓力80 106 kPa *環境噪音《50分貝
性能指標
工作電壓15V 25V (DC) 工作電流《120mA (DC)
傳輸介質:礦用阻燃通信信號電纜MHYVR，電纜直流電阻《13 Q/km，電纜分布電容《0. 06 uF/km，電纜分布電感《0.8mH/km。
傳輸距離與電源間的最大距離《1.5km;
與地面監控中心連接電纜最大長度10km。 通信參數電壓有效值1.8V，峰峰值6V，電流0. llmA。 本安參數Ui: DC22V， Ii: 115mA; Ci: 436nF， Ii: OmH。
報警功能具有聲光報警功能。報警聲級強度在距其lm遠的聲響信號的平均聲壓級應不 小于85dB(A);光信號應能在20m處清晰可見。
權利要求1.一種礦用本質安全型智能語音播報裝置，包括本安外殼內為所有電路提供電源的電源轉換電路，以CPU控制電路為核心，分別通過語音轉換電路控制功放電路，通過IC14實現對LED報警控制電路的控制，在CAN通信電路中設有與監控系統接口，其特征是還包括CPU控制電路分別通過IC14讀取地址碼設置電路中IC12的地址碼，通過IC13與CAN通信電路實現通信，通過IC14與語音轉換電路的IC16、IC17實現雙向通信。
2. 根據權利要求1所述的一種礦用本質安全型智能語音播報裝置，其特征是其中電源 轉換電路包括Jl接基本分站本安電源輸出端主要由開關電源IC6、開關電源IC2以及由CMOS 管ICl、 Cl、 EC3、 R3構成的延時起動電路共同組成的初級電源轉換電路和主要由低壓差穩壓 電源IC3、三端穩壓電源IC4、 DC-DC電源IC5、低壓差穩壓電源IC7構成的次級電源轉換電 路。
3. 根據權利要求2所述的一種礦用本質安全型智能語音播報裝置，其特征是其中CPU 控制電路與主要由三態緩沖器IC16構成的語音轉換電路的連接通過對應的PI. 0、P3. 2、P3.1、 P3. 0腳實現，單片機IC14通過通信協議的軟件編程控制CAN控制器IC13及三態緩沖器IC16、 語音模塊IC17。
4. 根據權利要求3所述的一種礦用本質安全型智能語音播報裝置，其特征是其中與監 控系統接口由CAN通信電路通過J2接CAN總線。
5. 根據權利要求4所述的一種礦用本質安全型智能語音播報裝置，其特征是其中語音 轉換電路與功放電路通過line out腳通信由J3接揚聲器。
6. 根據權利要求1所述的一種礦用本質安全型智能語音播報裝置，其特征是其中CPU 控制電路與主要由三態緩沖器IC16構成的語音轉換電路的連接通過對應的PI. 0、P3. 2、P3. 1、 P3. 0腳實現，單片機IC14通過通信協議的軟件編程控制CAN控制器IC13及三態緩沖器IC16、 語音模塊IC17。
7. 根據權利要求6所述的一種礦用本質安全型智能語音播報裝置，其特征是其中與監 控系統接口由CAN通信電路通過J2接CAN總線。
8. 根據權利要求7所述的一種礦用本質安全型智能語音播報裝置，其特征是其中語音 轉換電路與功放電路通過line out腳通信由J3接揚聲器。
9. 根據權利要求2所述的一種礦用本質安全型智能語音播報裝置，其特征是其中與監 控系統接口由CAN通信電路通過J2接CAN總線。
10. 根據權利要求9所述的一種礦用本質安全型智能語音播報裝置，其特征是其中語 音轉換電路與功放電路通過line out腳通信由J3接揚聲器。
專利摘要本實用新型涉及一種礦用本質安全型智能語音播報裝置，包括本安外殼內為所有電路提供電源的電源轉換電路，以CPU控制電路為核心，分別通過語音轉換電路控制功放電路，通過IC14實現對LED報警控制電路的控制，在CAN通信電路中設有與監控系統接口，特別還包括CPU控制電路分別通過IC14讀取地址碼設置電路中IC12的地址碼，通過IC13與CAN通信電路實現通信，通過IC14與語音轉換電路的IC16、IC17實現雙向通信。通過該實用新型即時通知井下人員做出應急處理。報警內容靈活多變，可根據不同區域不同狀況，靈活報警，報警準確，聲音清晰。
文檔編號G08B27/00GK201149723SQ20072001610
公開日2008年11月12日 申請日期2007年11月23日 優先權日2007年11月23日
發明者偉 曾, 李長錄, 凱 王, 健 許 申請人:煤炭科學研究總院撫順分院