一种新型井下语音报警系统的设计与应用

闫建晓

摘要：煤矿是高危行业，煤矿安全是煤矿生产过程中最重要的环节。井下的危险因素很多，如顶板、瓦斯、火灾、涌水、机电设备事故等。文章介绍了一种井下语音报警系统——BY8301语音报警系统，用于井下机电设备的安全监测。该系统制作简单、成本低廉，经过在井下试用，取得了较好的应用效果。

关键词：煤矿；报警系统；语音报警；机电设备；BY8301；安全监测 文献标识码：A

中图分类号：TD655 文章编号：1009-2374（2016）20-0010-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.20.005

1 概述

煤矿是高危行业，随着煤矿采掘区域机械化水平的不断提高，大中型机械化设备相继投入使用，许多设备厂家并未充分考虑井下施工环境而造成安全隐患，造成现场施工人员因司机操作设备未发出警告，而受到伤害。在掘进工作面由于环境嘈杂狭窄、生产过程粉尘较大能见度低，设备运行时也很容易造成机械伤人事故。有时候全靠眼睛或者耳朵，也不可避免地会出现一定的失误，这就是声光语音报警系统应用的必要性，来弥补设备的不足。目前井下使用的声光报警系统（如图1所示）还存在着许多不足，其中最明显的不足是报警回路少，且报警语音不好更换。报警语音转换不当，会造成设备报警声音不符或重复，产生错误的报警信号。错误报警信号对于安全生产的危害很大，经常发生错误报警，会使得警报响起的时候，井下工人搞不清楚到底是哪台设备触发了报警，不知道该如何躲避危险，老员工尚且如此，新人更是如此。

2 报警系统及电源介绍

要解决井下报警系统的不足、报警语音的不可更换性或者更换比较难的问题，目前有USB和SD卡的报警系统。SD卡的报警系统卡槽容易松，因为井下设备振动大所以不考虑，故而选择USB报警系统。

笔者设计的BY8301语音报警系统是二十一回路，就是把市面上的语音报警模块和电源模块组合起来的，在井下试验后，取得了很好的效果。

BY8301语音报警模块是深圳百为电子科技有限公司研发的一款小巧的新型高品质MP3模块，采用BY8301-SSOP24 MP3主控芯片，支持MP3、WAV格式双解码。模块内置SPI-FLASH作为存储介质，配有Microc USB接口，无需上位机软件，可以通过数据线连接电脑自由更换 FLASH的音频内容。并且内置3W功放，可直接驱动3W的扬声器，使用方便。

模块有六个触发IO口，最多支持21段按键一对一触发播放。可通过3个IO口经过3.3K电阻接地或不接来（3.3K接地为零，悬空为1）进行8种控制模式选择，适合多种应用场合。设置控制模式的电阻在模块正面，标有A、B、C字符，模块默认值010，可自行修改。笔者将其修改为101，“电平保持循环触发播放，按键一直按着循环播放，按键抬起停止播放”。语音报警模块的原理如图2所示：

井下用的本安电源电压有12VDC、24VDC，而报警模块的电压为3.6～5VDC，这就需要一个电源模块帮它降压DC-DC。在线路中笔者加了保险FU、D1、D2作为保护。其中D1、D2二极管是整流型的二极管，用来作防逆接保护，其中D2还有一定的降压保护（导通压降）。

语音模块电源为3.6V～5VDC，静态电流15mA区。

工作电流：按最大计算接2W/4Ω或1W/8Ω扬声器。

mA

按工作电流应该选用5V电源模块AMS1117-5V电源模块[输入：直流6～12V（输入电压必须比要输出电压高1V以上）；输出：5.0V（±0.05V误差），800mA（负载电流不能超过800mA）]。按道理额定电流小于其工作电流，应该满足条件，但实际工作中语音模块的内置3W功放直接驱动扬声器会引起电源模块的三端稳压管发烫，这是不应看到的现象。但是要是语音模块和扬声器之间再加一环节语音处理模块，就不会出现发热现象。其实语音处理模块就是语音的功率放大。

保守起见电源还是选用DC-DC3A降压电压模块输入电压7～28VDC，输出电压5VDC，输出电流3A（最大），长时间工作电流1.5A左右。原理如图3所示：

已默认设置为5V：

通过Micro USB数据线直接在电脑更新报警语音，方便、灵活。模块内部自带下载界面。无需供电直接插上数据线，其实数据线内部就有电源（电源正、负、DATA-、DATA+）。然后把电脑360软件、杀毒软件关了或者插USB后弹出窗口选允许程序运行。更新需要加载的报警语音，直到最后一个界面窗口显示“校验成功”，就代表更新完毕，直接关闭此窗口，拔掉USB线就可以了。

3 应用与连接

笔者刚开始是在皮带上试验的，所以有个皮带实验用，也就是说在皮带保护上也可以用，比如说用开关量的皮带保护触发，触发相应的报警，就可知道什么保护在动作，不过设置控制模式的为默认010，但不能两种以上保护一动作，因为有6个触发点要有21路报警，触点应是组合的，所以两种以上保护同时动作有可能是其他报警声音。笔者这里主要说的是在设备上的启动、运行、牵引等动作的应用，需要本安电源、语音处理模块、扬声器。本安电源12VDC或24VDC接电源口，语音处理模块接相应的接口，设备触发点接相应的触发。当设备动作时，反馈到报警系统出发点，发出相应报警声音，通过语音处理模块进行声音放大来驱动扬声器。也可将扬声器直接接在语音报警模块扬声器接口，本身自带3W的功放，但不足以驱动原装的扬声器5W8Ω，声音不会很大。

4 结语

煤矿安全是煤矿生产过程中最重要的环节。井下的危险因素很多，如顶板、瓦斯、火灾、涌水、机电设备事故等。本文介绍了笔者设计的一种井下语音报警系统，主要用于井下机电设备的安全监测，当机电设备出现故障或安全问题时及时报警，减少安全事故。试用表明，该报警系统效果很好，基本没有错误报警，比起我矿以前使用的声光报警系统，效果要好很多。同时该系统还具有制作简单、成本低廉等特点，具有一定的推广价值。

参考文献

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