CN101300972B - 一种应用于国内机场安全防范的煤气驱鸟炮保护系统 - Google Patents

Abstract

一种应用于国内机场安全防范的煤气驱鸟炮保护系统属于通信电子类技术领域。本发明采用最新的微电子技术、通信技术和成熟的设计方法。增加了一套电磁阀并设计了相应的基于51单片机的控制软硬件，使由驱鸟炮保护器和原煤气驱鸟炮组成一个系统，整个系统为双电磁阀结构。通过相应的51软件的控制，实现当系统放炮时即煤气在腔体内与空气充分混合点火爆炸时，气源气路与腔体分离，从而保证了系统的安全性。本发明可以安装在国内机场正在使用的驱鸟炮的前端，解决煤气连续进气的问题，使煤气炮更安全地工作在机场领域。

Description

一种应用于国内机场安全防范的煤气驱鸟炮保护系统

技术领域

本发明属于通信电子类技术领域。

背景技术

煤气驱鸟炮是应用于机场的重要的驱鸟设备，对各种鸟类有着明显的驱除作用。它的结构包括炮管、炮架、电磁阀、点火器和逻辑控制电路，其特征是：煤气通过喷嘴进入炮膛里，与炮膛内空气混合，电子打火后发生爆炸，所产生的音频声音从炮管方向传出。而应用于国内机场的煤气驱鸟炮均采用时序控制逻辑技术，使用一个控制单元控制一个电磁阀的控制结构。其控制逻辑是首先开阀1秒附近，使煤气喷入，然后关闭电磁阀，最后电磁打火达到放炮的目的。驱鸟炮的控制技术90年代采用时序逻辑电路，如555定时电路，数字钟定时控制技术。2000年以后，由于单片机抗电磁干扰能力不断地增强，出现了采用单片机进行的逻辑控制。总体来说，如上的逻辑控制电路通过控制单个电磁阀的通断来控制煤气进入炮膛，通过延时控制放炮的间隔。这种逻辑控制如果其控制电路或者电磁阀出现故障，将导致煤气泄漏和持续燃烧，这是老式驱鸟炮的隐患和缺陷，尤其是对安全系数要求非常高的国内各大机场，更是存在重大的安全隐患。

发明内容

本发明的目的就是提供一种提高机场飞行区驱鸟炮的安全等级，在保证驱鸟效果的前提下，杜绝煤气炮的漏气和自燃的现象的应用于国内机场安全防范的煤气驱鸟炮保护系统。

本发明的技术解决方案是，采用基于单片机的嵌入式技术控制进气电磁阀的时序，并设计了电磁阀专用的双逻辑驱动电路。

这种高安全系数的驱鸟炮保护系统，安装在机场驱鸟炮的前端，且与之串联。

电磁阀11、电磁阀22和驱鸟炮炮膛3依次连接，保护系统逻辑控制单元4与电磁阀11连接，驱鸟炮逻辑控制单元5与电磁阀22连接；

本发明的结构是，以89S51单片机为核心微处理器组成驱鸟炮保护系统，进气电磁阀的开关时序均由89S51控制完成。该保护系统安装在煤气罐和驱鸟炮之间，根据驱鸟炮工作的时间间隔控制进气电磁阀的开与关，进而控制气源。这样整个系统就形成了双电磁阀结构。两个电磁阀分别由89S51单片机控制和原驱鸟炮控制系统控制，原驱鸟炮工作方式不变，按照自行设定的时序控制系统放气和打火。当系统放炮时即煤气在腔体内与空气充分混合点火爆炸时，保护系统的软硬件保证了气源气路与腔体完全分离，从而保证了系统的安全性。

本发明的控制单元的电路原理是，89S51单片机是时下最流行和使用频率较高的一种单片机，可以采用多种晶振，内嵌FLASH性能稳定可靠，广泛应用到工业场合。可以使用汇编或C语言编程，有两个16位定时器供选用，输入输出口可以直接驱动MOS门电路，故可以达到驱鸟炮保护系统的时序控制要求。为了避免电磁干扰所产生的单片机死机的可能，外接看门狗电路，当单片机死机的时候，看门狗电路自动复位，保证单片机的工作正常和进气电磁阀的工作正常。驱动电路采用两个MOS开关管串联驱动进气电磁阀，驱动电平由89S51的I/O口输出，一个经非门电路取反接MOS开关管的栅极，另一个直接与第二个MOS开关管的栅极相连。这种设计方法从两个方面提高了驱鸟炮保护系统的安全系数，减小放气电磁阀误操作的可能性。看门狗电路采用MAX813，其输入端与89S51一I/O相连，89S51定时向看门狗电路提供喂狗信号。其输出与89S51复位端直接相连，当89S51出现故障不能及时提供喂狗信号时，看门狗电路输出复位信号使89S51电路可靠复位，保护系统进入正常工作状态。

反向双逻辑双开光管的电磁阀控制驱动电路是由两个串联的IRF630。

开关管组成，当两个管子同时导通的时候，12V电压被接入，电磁阀闭合。89S51的两个输出端，一端直接与IRF630开关管连接，另一端通过非门后与另一个IRF630开关管相连接。这样的设计有两个特点，第一、如果单片机故障或者复位，由于非门的作用，两个IRF630被加入了相反的电平，不会同时导通。这时电磁阀不会打开，这样就避免了电磁阀持续放气的可能。第二、双开关管结构的采用，避免了由于单个IRF630被击穿或损坏造成的电磁阀持续放气的可能。

本发明的有益效果是：第一、本发明可以方便的安装在原驱鸟炮的前端，增加了一个电磁阀及其控制系统，在不改变原驱鸟器的电路和气路的情况下提高原驱鸟炮的安全等级；第二、89S51单元电路可以替代原驱鸟炮的逻辑控制单元，提供对电磁阀的双逻辑控制。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

图1是本发明的结构图。

图2是本发明的控制单元的电路原理图。

图3是本发明的系统软件流程框图。

图中，1.电磁阀1，2.电磁阀2，3.驱鸟炮炮膛，4.保护系统逻辑控制单元，5.驱鸟炮逻辑控制单元。

具体实施方式

1.保护系统与原驱鸟炮组成的双电磁阀的系统结构：驱鸟炮保护系统的进气电磁阀和原驱鸟炮的煤气阀组成了双阀的系统结构，双阀的工作方式有两种：同步方式和异步方式。同步工作方式是先打开进气电磁阀，2秒后打开放气电磁阀，放1秒的煤气到炮膛，后关闭放气电磁阀，延迟1秒使空气煤气充分混合，接通电子打火，点燃煤气。延迟1秒，关闭进气电磁阀，从而完成一次放炮。从这个工作流程可以看出，如果发生驱鸟炮电路故障导致放气电磁阀连续的放气，由于进气电磁阀的开启时间只有5秒，限定了故障时间不会超过5秒，从而避免了煤气的持续燃烧所可能引起的事故。异步方式是进气电磁阀和放气电磁阀不同时开启，进气电磁阀隔3分钟放气一次，煤气存储在保护系统和驱鸟炮之间的管路之中。驱鸟炮放炮的煤气来自管路中的存量气体，从而实现了气路和气源的完全隔离。根据本发明的计算和实际测量，煤气管路长度大于3米，存量煤气可以达到理想的声音质量。

2.系统电路的设计，软件流程

看门狗采用电源监控芯片MAX813芯片，其主要特点如下

(1)系统上电、掉电以及供电电压降低时，第7脚产生复位输出，复位脉冲宽度的典型值为200ms，高电平有效，复位门限为4.65V。

(2)如果在1.6s内没有触发该电路(即第6路无脉冲输入)，则第8脚输出一个低电平信号，即看门狗电路输出信号。

(3)手动复位输入，低电平有效，即第1脚输入一个低电平，则第7脚产生复位输出。

(4)具有1.25V门限值检测器，第4脚为输入，第5脚为输出。

在电路图中，将MAX813第1脚与第8脚相连，第7脚接CPU的复位脚(89S51的第9脚)，第6脚与CPU的P1.0相连。在单片机运行过程中，P1.0不断输出1s脉冲信号。如果因某种原因CPU进入死循环，则P1.0无脉冲输出。于是1.6秒后在MAX813的第8脚输出低电平，该低电平加到第1脚，使MAX813产生复位输出，使CPU有效复位，摆脱死循环的困境。另外，当电源电压低于门限值4.65V时，MAX813也产生复位信号输出，CPU处于复位状态，不执行任何指令，直到电源电压恢复正常，因此可有效防止因电源电压较低时CPU产生错误的动作。

系统上电后89S51的P1.1口输出高电平信号，P2.0口输出低电平信号，其中P1.1口输出的高电平信号经过与其连接的74HC04非门电路后变成低电平的信号，这两个低电平信号使控制电磁阀的两个开关管都不导通，从而使电磁阀处于关闭状态。同时P1.4口输出低电平信号，点亮指示灯LED2，调用10秒延时子程序。接着P1.4口输出高电平信号，关闭指示灯LED2，调用10秒延时子程序。然后进入循环程序OPEN中，89S51的P1.1输出低电平信号，P2.0口输出高电平信号，其中P1.1口输出的高电平信号经过与其连接的74HC04非门电路后变成高电平信号，这两个信号的电平使两个开关管同时处于导通状态，导致电磁阀接入电路，使煤气进入炮膛。同时P1.3口输出低电平信号，点亮指示灯LED1，调用5秒延时子程序。接着89S51的P2.0口输出低电平信号，使两个开关管不同时导通，电磁阀处于关闭状态。同时P1.3口输出高电平信号，关闭指示灯LED1，调用3分钟延时子程序。返回循环程序OPEN，如此循环下去。

89S51定时向看门狗电路提供喂狗信号即P1.0口不断输出1s脉冲信号。这个脉冲信号是在1s的延时函数中实现的。即P1.0口输出低电平信号，延时510ms，P1.0口输出高电平信号，延时490ms，P1.0输出低电平信号。5s和10s延时函数分别通过5次和10次调用1s的延时函数实现的。6次调用10s的延时函数组成60s的延时函数，3min的延时函数是3次调用60s延时函数而实现的。

3.驱动电路的双逻辑控制电路的实施

电路图中的两个IRF630开关管串联使用，分别使用两个信号电平控制，同时两个信号电平为如图所示的电平并使得两个IRF630电平同时为高电平逻辑时，两个IRF630开关管才会同时导通，导致电磁阀接入电路，即打开电磁阀放煤气进入炮膛。

使用双逻辑控制的意义在于当单片机电路故障的时候，或一个IRF630故障时保证电磁阀的断电，煤气不会连续放气，从而提高控制逻辑的安全性。

附表1为控制单元芯片参数列表

Claims (1)

1.一种应用于国内机场安全防范的煤气驱鸟炮保护系统，其特征在于，采用基于单片机的嵌入式技术控制进气电磁阀，即电磁阀1(1)的时序，并设计了电磁阀专用的双逻辑驱动电路，电磁阀1(1)，即驱鸟炮保护器的电磁阀，电磁阀2(2)，即原煤气炮电磁阀和驱鸟炮炮膛(3)依次连接，驱鸟炮保护器控制单元(4)与电磁阀1(1)连接，原煤气炮时序控制单元(5)与电磁阀2(2)连接，电磁阀1(1)与电磁阀2(2)的整体组成一个反向双逻辑双开关管的电磁阀控制驱动电路，电磁阀1(1)的开关时序由89S51单片机控制完成；

a.机场用驱鸟炮的双电磁阀供气结构是，电磁阀1(1)与电磁阀2(2)属于串联结构，分别由驱鸟炮保护器控制单元和原煤气炮时序控制单元控制；设一个电磁阀的故障率10^-5，则两个电磁阀同时故障的故障率为10^-10，上电后，保护器延迟10秒，打开电磁阀1(1)，煤气流入两个电磁阀之间的管路，然后关闭电磁阀1(1)，煤气炮经3分钟的延迟，打开电磁阀2(2)，放气1秒，然后关闭电磁阀2(2)，点火，完成放炮的工作，之后系统重复上述流程，直到电源关闭或原系统光敏电路测试为黑天，停止工作，

b.反向双逻辑双开关管的电磁阀控制驱动电路是由两个串联的IRF630开关管组成，当两个管子同时导通的时候，12V电压被接入，电磁阀1(1)闭合，89S51的两个输出端，一端直接与IRF630开关管连接，另一端通过非门后与另一个IRF630开关管相连接。

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