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摘要：基于電力載波通信設計了噴霧降塵控制系統。以ATmega88單片機作為主控制器，根據采煤機和支架工作產生煤塵的狀況自動調節噴霧模式。該系統具有LED照明功能，耗電低，壽命長，耗水少，降塵效果明顯。 引言 煤礦粉塵主要存在于采煤、掘進、運輸等作業場所，其中采煤工作面產塵量約占45%～80%，是粉塵濃度最高的場所。隨著采煤機械化程度的提高，產塵量也在增大。煤礦粉塵濃度高容易引起火災和爆炸，造成安全事故。另外，粉塵對礦工身體健康危害很大，使礦工患上職業塵肺病。傳統的噴霧降塵方法是采用人工控制或固定模式液控來實現，該方法降塵效果不好，耗水量大，影響作業環境。 近年來，電力載波通信技術和LED井下照明技術發展迅速。本文利用這些技術，根據礦井實際環境的各種要求，設計了一套實用有效的自動噴霧降塵控制系統。 1 噴霧降塵控制系統總體設計 
基于電力載波通信的煤礦噴霧降塵控制系統總體結構如圖1所示。系統有若干個噴霧降塵控制器和執行電磁閥組成。每個控制器控制兩個電磁閥，控制器之間通過電力載波通信�？刂破饕来伟惭b在采煤工作面支架上，當采煤機運行時，安裝在采煤機上的紅外定位裝置發射定位信號，接收到采煤信號的控制器作為主控制器控制其他控制器動作，電磁閥完成噴霧降塵任務。 2 噴霧降塵控制系統硬件設計 2.1 噴霧降塵控制器硬件結構
如圖2所示，噴霧降塵控制器包括電源模塊、電力載波通信模塊、噴霧時間設定模塊、控制器地址設定模塊、移架和放煤信號接收模塊、采煤機塵源跟蹤紅外定位信號接收模塊、LED照明、電磁閥驅動控制模塊等。電源模塊給單片機、電磁閥和大功率LED供電。通信模塊負責將主控制器的控制信號發送給其他控制器，通過電力線載波來實現。控制器上的定位信號接收模塊負責接收來自采煤機、支架和放煤手柄上的信號，并做出相應的動作，開啟電磁閥實施噴霧作業。 2.2 噴霧降塵控制器硬件電路
噴霧降塵控制器硬件電路圖如圖3所示�？刂破鬟x用AVR系列高性能、低功耗的8位AVR微控制器ATmega88。它具有先進的RISC結構和8 KB系統內可編程的Flash，數據吞吐率高達1 MIPS/MHz，可以緩解系統功耗和處理速度之間的矛盾;工作溫度范圍比較寬(-40～85℃，完全滿足井下環境要求;控制器電路具有地址設定和噴霧模式設定模塊。
電力載波通信模塊硬件電路如圖4所示。采用載波信號調制解調器BWP08。它是一款單相電力線載波調制解調器，采用5～12 V寬電壓設計，載波波特率為100～600 bps可調;有多種按口方式可供選擇，包括UART、SPI等接口，可以方便地與單片機連接進行數據通信。模塊采用擴頻編碼方式，抗干擾能力強，數據傳輸可靠，通信距離在200 m內�？刂菩盘枏膯纹瑱C的串口發送給調制解調器，調制后的信號通過功率放大，然后輸出耦合到電力線上;電力線上的載波信號通過輸入耦合、濾波、放大后，經過調制解調器解調后送至單片機的串口。
紅外定位信號發射電路如圖5所示。當采煤機運行時，通過安裝在采煤機上的紅外定位裝置發射紅外定位信號，控制器上的接收部分接收到信號后即可確定采煤機的位置。接收到采煤機信號的控制器作為主控制器，控制位于采煤工作面下風向的控制器實施噴霧降塵作業。紅外定位電路選用了Silicon Labs公司的C8051F330單片機、紅外發射二極管和一體化接收頭，功耗低，工作穩定且信號方向性好。 礦井下的照明情況關系到煤礦的安全生產，LED燈屬節能、隔爆兼本安型，與礦井傳統照明方式相比，具有明顯優勢。照明電路選擇1 W的大功率LED，采用降壓型恒流驅動電路驅動。驅動芯片SD42524效率高，可達96%以上，在輸入/輸出電壓變化時全電壓范圍輸出電流變化控制在±1%之內;內置溫度保護電路、限流電路、PWM調光電路。SD42524采用電流模式控制，能提供快速的瞬態響應，且環路穩定性設計簡單。LED照明驅動電路如圖6所示。 液壓支架移架、放煤觸發電路采用紅外感應控制設計。當移動支架、放煤手柄的時候，熱釋電紅外傳感器能夠檢測到人體發出的紅外輻射，將其轉化為電信號，經過放大后送給窗口比較器。若信號幅度超過窗口比較器的上下限，則系統輸出高電平信號，否則輸出低電平信號，控制器接收到信號后采取相應的動作。熱釋電紅外傳感器選用BISS0001，它是一款具有較高性能的傳感信號處理集成電路，配以少量外接元器件構成被動式的熱釋電紅外開關。 電源模塊采用低功耗的開關型穩壓器，選用LM2576系列中的LM2576-12和LM2576-ADJ。該系列是美國國家半導體公司生產的3 A電流輸出降壓開關型集成穩壓電路，內含固定頻率振蕩器和基準穩壓器;具有完善的保護電路(包括電流限制及熱關斷電路等)，利用該器件只需極少的外圍器件便可構成高效穩壓電路;具有可靠的工作性能、較高的工作效率和較強的輸出電流驅動能力，可為MCU的穩定、可靠工作提供強有力的保證。 3 噴霧降塵控制系統軟件設計 系統上電開始工作后，進入中斷等待狀態，當接收到采煤機信號或移架、放煤信號時產生中斷，進入中斷處理程序。安裝在支架上的控制器工作時每三個一組，當一個控制器接收到采煤機信號時，位于下風向的兩個控制器也開始工作�？刂破魇紫茸x取自己的地址，當接收到電力線上傳來的其他控制器發送的地址時，與自己的地址進行比較，如果相同就開啟電磁閥噴霧。程序流程如圖7所示。
結語 本設計是基于電力線載波通信的自動噴霧降塵控制系統。該系統布線簡單，降塵效果良好，適用于采煤工作面;同時，LED照明功能大大改善了井下照明環境。 |
