CN103837844A - 矿井巷道灯寿命对比检测装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于一种灯具寿命检测装置，尤其涉及一种矿井巷道灯寿命对比检测的矿井巷道灯寿命对比检测装置及其控制方法，包括井下环境模拟箱、主电路和控制单元，主电路中的常亮类型巷道灯支路中熔断器串联灯座，主电路中的闪烁类型巷道灯支路中熔断器、灯座与控制单元的继电器开关模块串联，控制单元的电流检测模块设置在每条巷道灯支路上，各巷道灯支路并联后串联到主电路中，灯座设置在井下环境模拟箱中，控制单元为闪烁类型巷道灯支路提供开关信号，井下环境模拟箱内设置有传感器，检测井下环境模拟箱内的湿度、温度和瓦斯浓度，控制单元接受、分析信号，控制装置调整井下环境模拟箱的环境，发明为用户改进控制策略和选择巷道灯提供参考依据。

Description

矿井巷道灯寿命对比检测装置及其控制方法

技术领域

本发明属于一种灯具寿命检测装置，尤其涉及一种矿井巷道灯寿命对比检测的矿井巷道灯寿命对比检测装置及其控制方法。

背景技术

在采矿工业中，矿井巷道的照明非常重要，巷道灯的好坏直接影响井下作业人员的工作环境质量，因此需要对巷道灯的寿命有一个明确的掌握，以便及时更换，避免一些危险情况的发生。

其次，矿井巷道灯的价格一般比较贵，现在市场上没有专门针对巷道灯寿命检测的装置，因此无法分辨不同供应商提供的灯具质量好坏。

另外，矿井巷道灯都是采用常亮的工作方式，矿井巷道多、长度长，通常每10米左右安装一盏巷道灯，虽然单盏巷道灯的功率不大，但是将所有巷道灯的功率加起来，便是一个庞大的数字，这样就造成了大量的电能浪费。如果能根据矿井巷道人员分布情况，将巷道有人员存在部位的巷道灯自动开启，将巷道没有人员存在部位的巷道灯自动关闭，将能节约大量电能。然而巷道灯价格昂贵，而且没有对不同工作模式下巷道灯寿命的检测装置，所以实施节能控制策略会不会影响巷道灯寿命而增加企业的生产成本，这个问题也没有办法有效的评估。

现有的灯具寿命检测装置针对矿井特殊环境有以下缺点：第一，检测装置没有模拟矿井环境，检测得到的结果不能直接用于判断巷道灯的寿命长短；第二，检测装置没有进行不同工况下LED灯寿命检测，无法观测不同控制策略对LED灯寿命影响。

发明内容

本发明的目的在于针对不同巷道灯在不同工作模式下的寿命进行比较检测而设计的矿井巷道灯寿命对比检测装置及其控制方法。

本发明是这样实现的：一种矿井巷道灯寿命对比检测装置，包括井下环境模拟箱（18）、主电路和通过主电路与井下环境模拟箱（18）相连接的控制单元，其特征在于：

a、在井下环境模拟箱（18）内设置有湿度传感器（19）、温度传感器（20）、瓦斯浓度传感器（21）、空气加湿装置（22）、空调装置（23）和瓦斯装置（24）；其中，湿度传感器（19）、温度传感器（20）、瓦斯浓度传感器（21）分别与变送器（26）的输入端相连接，变送器（26）的输出端与A/D转换器（27）输入端相连接，A/D转换器（27）的输出端与控制器（28）的输入端相连接，控制器（28）的输出端分别与空气加湿装置（22）、空调装置（23）和瓦斯装置（24）相连接，并控制空气加湿装置（22）、空调装置（23）和瓦斯装置（24）工作。

湿度传感器（19）、温度传感器（20）和瓦斯浓度传感器（21）分别用来检测井下环境模拟箱（18）中的湿度、温度和瓦斯浓度，变送器（26）把采集到的信号变成标准电压或者标准电流信号，A/D转换器（27）把标准的电压或者电流信号转化为数字信号，以便控制器（28）处理，控制器（28）用于处理A/D转换器（27）传来的湿度、温度和瓦斯浓度信号，并根据这些信号控制空气加湿装置（22）、空调装置（23）和瓦斯装置（24）工作。

b、在主电路中，变压器（1）的输入端连接电网，输出端的一端连接开关SK的一端，变压器（1）将220V交流电变成主电路使用的127V交流电，开关SK的另一端连接熔断器FU1的一端，熔断器FU1的另一端连接四条巷道灯支路，四条巷道灯支路组成并联电路，并联电路的另一端连接变压器（1）输出端的另一端上；巷道灯支路分为常亮类型巷道灯支路和闪烁类型巷道灯支路，常亮类型巷道灯支路和闪烁类型巷道灯支路组成并联电路。

常亮类型巷道灯支路中设置有熔断器、与熔断器串联的灯座和控制单元中的电流检测模块的感应部位，电流检测模块的感应部位设置在常亮类型巷道灯支路的导线上；常亮类型的巷道灯支路中没有控制信号，只要主电路有电，该支路的灯就工作，该支路用来模拟目前矿井巷道灯采用的常亮的控制方式。

闪烁类型巷道灯支路中设置有熔断器、灯座和控制单元中电流检测模块的感应部位和控制单元中继电器开关模块的继电器的电路触点，熔断器、灯座和继电器开关模块的继电器的电路触点串联，电流检测模块的感应部位设置在闪烁类型巷道灯支路导线上；闪烁类型巷道灯支路中巷道灯的开关控制信号由控制单元提供，控制信号产生的机理是通过采样矿井某巷道一段时间的人员通过情况，当有人员通过的时候就发出开灯信号，并维持一段时间，维持时间能保证人员可靠通过，然后再发出熄灯信号，闪烁类型巷道灯支路用来模拟下一步准备实施的节能控制方式，四条巷道灯支路中的灯座设置在井下环境模拟箱（18）中。

c、控制单元包括电源转换模块（10）、继电器开关模块（11）、电流检测模块（12）、A/D转换模块（13）、时钟模块（14）、存储器模块（15）、控制器模块（16）和显示模块（17），电源转换模块（10）与继电器开关模块（11）、电流检测模块（12）、A/D转换模块（13）、时钟模块（14）、存储器模块（15）、控制器模块（16）、显示模块（17）的输入端相连接并为它们供电，电流检测模块（12）的感应部分设置在巷道灯支路的导线上，输出连接A/D转换模块（13），A/D转换模块（13）、时钟模块（14）和存储器模块（15）的输出端分别连接控制器模块（16）的输入端，控制器模块（16）的输出端与显示模块（17）和继电器开关模块（11）的输入端相连接，控制显示模块（17）和继电器开关模块（11）工作，控制单元以AT89S52单片机为核心的控制电路组成，控制单元的输出端通过与继电器开关模块（11）相连为两条闪烁类型巷道灯支路提供开关控制信号。

在井下环境模拟箱（18）中，空气加湿装置（22）连接继电器KA3，继电器KA3连接控制器（28）的输出端，控制器（28）通过控制继电器KA3来空气加湿装置（22）的工作，空调装置（23）连接继电器KA4和控制器（28）的输出端，控制器（28）通过控制空调装置（23）和继电器KA4来控制空调装置（23）的工作，瓦斯装置（24）连接电磁阀（25），电磁阀（25）连接控制器（28）的输出端，控制器（28）通过控制电磁阀（25）来控制瓦斯装置（24），湿度传感器（19）、温度传感器（20）和瓦斯浓度传感器（21）采集到的井下环境模拟箱（18）中的湿度、温度和瓦斯浓度信号后，变送器（26）把采集到的该信号变成标准电压或者标准电流信号后通过A/D转换器（27）把标准的电压或者电流信号转化为数字信号送控制器处理，控制器（28）处理A/D转换器（27）传来的湿度、温度和瓦斯浓度信号后，根据这些信号进行控制工作。

当井下环境模拟箱（18）中的湿度低于规定值时，控制器（28）控制继电器KA3，让空气加湿装置（22）工作，给井下环境模拟箱（18）内的空气加湿，直到湿度满足要求，切断继电器KA3，停止工作；当井下环境模拟箱（18）中的温度低于规定值时，控制器（28）控制继电器KA4工作，让空调装置（23）工作，控制器同时发出加热控制信号，让空调装置给环境升温。相反，当井下环境模拟箱中的温度高于规定值时，控制器控制继电器KA4工作，让空调装置工作，控制器同时发出制冷控制信号，让空调装置给环境降温，当温度达到要求时，断开继电器KA4，空调装置停止工作；当井下环境模拟箱中的瓦斯浓度低于规定的要求时，控制器控制电磁阀（25）打开，瓦斯装置（24）工作，当浓度达到规定要求时切断电磁阀（25），瓦斯装置（24）停止工作。

所述的电源转换模块（10）由降压整流电路和直流降压电路构成；所述的降压整流电路由变压器、整流桥和外围电路串联组成，变压器输入端连接电源，变压器的两个输出端连接整流桥电路的两个处在对角线上的接线端，另外两个接线端，一个接线端接地，一个接线端是输出端；所述的直流降压电路由电源芯片和外围电路组成，电源芯片输入端连接降压整流电路的输出端，两个电容分别并联在电源芯片的输入端和接地端两端，另外两个电容分别并联在电源芯片的输出端和接地端两端，电阻与发光二极管串联后并联在电源芯片的输出端和接地两端，直流降压电路的输出端与继电器开关模块（11）、电流检测模块（12）、A/D转换模块（13）、时钟模块（14）、存储器模块（15）、控制器模块（16）和显示模块（17）连接。

所述的继电器开关模块（11）由继电器和三极管放大电路组成，继电器的两个常开触点的接线端串联到闪烁类型巷道灯支路中，继电器线圈的两个接线端分别连接电源和三极管放大电路，三极管放大电路同时连接控制器模块（16），实现对巷道灯进行节能控制。

所述的电流检测模块（12）由电流传感器和外围电路构成，每个巷道灯支路上均设置有电流传感器，输出端与A/D转换模块（13）的输入端相连接。

所述的A/D转换模块（13）由A/D转换芯片和外围电路构成，外围电路包括地线和电源，包括地线和电源连接A/D转换芯片对应的管脚，支持A/D转换芯片工作，A/D转换模块（13）输入端接电流检测模块（12）的输出信号，输出端与控制器模块（16）的输入端连接。

所述的时钟模块（14）由时钟芯片和外围晶振电路组成，外围晶振电路连接时钟芯片对应的管脚，时钟芯片相应的管脚与控制器模块（16）输入端连接。

所述的存储器模块（15）由储存芯片和外围电路组成，外围电路包括地线和电源，地线和电源连接储存芯片对应的功能管脚，支持储存芯片工作，储存芯片通讯端口与控制器模块（16）连接进行双向通讯，读写控制器模块（16）提供的计时数据。

所述的控制器模块（16）由单片机和外围电路组成，单片机和外围电路组成最小系统，单片机的输入端与A/D转换模块（13）、时钟模块（14）和存储器模块（16）连接，输出端与显示模块（17）和继电器开关模块（11）相连接。

所述的显示模块（17）由液晶显示器和外围电路构成，外围电路包括电源和地线，电源和地线连接液晶显示器对应的功能管脚，支持液晶显示器工作，显示模块（17）和单片机进行数据通信。

所述的直流降压电路共有两条电路，两条电路中电源芯片分别为LM7805芯片和LM7824芯片两种型号，LM7805芯片所在的直流降压电路与继电器开关模块（11）、A/D转换模块（13）、时钟模块（14）、存储器模块（15）、控制器模块（16）和显示模块（17）相连接并为它们供电；LM7824芯片所在的直流降压电路与电流检测模块（12）连接并为其供电。

所述的继电器的型号为SRD-05DC-SL-C，所述的电流传感器的型号为SXACV250，所述的A/D转换芯片的型号为ADC0809，所述的时钟芯片型号为DS1302，所述的储存芯片型号为24C02，所述的单片机型号为AT89S52，所述的液晶显示器型号为LCD1602。

一种矿井巷道灯寿命对比检测装置的控制方法，其特征在于：

（1）装置通电后，时钟模块从零开始单向计时，控制器模块读取此时时钟模块的计时信号，进行相应运算，然后将结果存入存储器模块，巷道灯的寿命开始计时。

（2）同时控制器模块输出根据采样井下巷道人员情况而生成的开关控制信号，控制闪烁类型巷道灯支路中的继电器开关模块动作，使闪烁类型巷道灯支路中的巷道灯不断的开通、关断，模拟井下巷道灯的节能控制工作状况，然后进入循环，不断的生成开关控制信号。

（3）当巷道灯工作时，其所在支路中有电流通过，电流传感器采集电流信号并将信号输出给A/D转换模块，A/D转换模块完成电流传感器采集的模拟量数据的模数转换，以便控制器模块对采集的信号进行进一步处理，通过采集不同巷道灯支路的电流信号，可以判断出该支路中巷道灯的工作情况。

（4）控制器模块对闪烁类型巷道灯支路发出的开灯信号后，进入中断检测程序，逐一检测各巷道灯支路的电流情况，并进行故障判断，当电流为零时，判断巷道灯为故障状态，则寿命时间停止累加，并在显示模块显示寿命时间值和当前电流值；若非故障，则寿命时间进行累加，并在显示模块显示寿命时间值和当前电流值，当完成各巷道灯支路的检测和判断后，继续返回。

本发明，具有如下优点：

采用本发明所提供的矿井巷道灯对比检测装置，可以对同一款巷道灯在不同的控制模式下的使用寿命进行对比，也可以对不同厂家的巷道灯在相同的控制模式进行使用寿命对比，为用户改进控制策略和选择巷道灯提供参考依据，同时，本装置还具有结构紧凑、稳定性强、控制简单、成本低的特点。

附图说明

图1为本发明主体结构示意图。

图2为本发明控制单元的降压整流电路电路图。

图3为本发明控制单元中电源芯片型号为LM7805直流降压电路电路图。

图4为本发明控制单元中电源芯片型号为LM7824直流降压电路电路图。

图5和图6为本发明控制单元的继电器开关模块两个工作单元的电路图。

图7、图8、图9和图10为本发明控制单元的电流检测模块四个工作单元的电路图。

图11为本发明控制单元的A/D转换模块电路图。

图12为本发明控制单元的时钟模块电路图。

图13为本发明控制单元的存储器模块电路图。

图14为本发明的控制器模块引脚接线图。

图15为本发明控制单元的显示模块电路图。

图16为本发明井下环境模拟箱和井下环境模拟箱内四条巷道灯支路的示意图。

图17为本发明的控制单元结构原理图。

图18为本发明控制单元的主程序流程图。

图19为本发明控制单元的中断检测程序流程图。

具体实施方案

下面结合具体的实施例对本发明作进一步的描述。

如图1、16、17所示，矿井巷道灯寿命对比检测装置，包括井下环境模拟箱18、主电路和通过主电路与井下环境模拟箱18相连接的控制单元。

如图1所示，主电路中变压器1的输入端连接电网，输出端的一端连接开关SK的一端，将220V交流电变成主电路使用的127V交流电，开关SK的另一端连接熔断器FU1的一端，熔断器FU1的另一端连接四条巷道灯支路2、3、4和5，四条巷道灯支路2、3、4和5组成并联电路，并联电路的另一端连接变压器1输出端的另一端上。巷道灯支路2和5为常亮类型巷道灯支路，巷道灯支路3和4为闪烁类型巷道灯支路：常亮类型巷道灯支路2中包括熔断器FU2、灯座6和和控制单元中电流检测模块的感应部位H4，熔断器FU2与灯座6串联，电流检测模块的感应部位H4设置在常亮类型巷道灯支路2导线上，常亮类型巷道灯支路5中包括熔断器FU4、灯座9和和控制单元中电流检测模块的感应部位H1，熔断器FU4与灯座9串联，电流检测模块的感应部位H1设置在常亮类型巷道灯支路5导线上，常亮类型的巷道灯支路中没有控制信号，只要主电路有电，该支路的灯就工作，该支路用来模拟目前矿井巷道灯采用的常亮的控制方式；闪烁类型巷道灯支路3中包括熔断器FU3、灯座7、控制单元中继电器开关模块的继电器KA2的电路触点H5和控制单元中电流检测模块12的感应部位H3，熔断器FU3、灯座7和继电器开关模块的继电器KA2的电路触点H5串联，电流检测模块12的感应部位H3设置在闪烁类型巷道灯支路3导线上，闪烁类型巷道灯支路4中包括熔断器FU5、灯座8、控制单元中继电器开关模块的继电器KA1的电路触点H6和控制单元中电流检测模块12的感应部位H2，熔断器FU5、灯座8和控制单元中继电器开关模块11的继电器KA1的电路触点H6串联，电流检测模块12的感应部位H2设置在闪烁类型巷道灯支路4导线上，闪烁类型巷道灯支路中巷道灯的开关控制信号由控制单元提供，控制信号产生的机理是通过采样矿井某巷道一段时间的人员通过情况，当有人员通过的时候就发出开灯信号，并维持一段时间，维持时间能保证人员可靠通过，然后再发出熄灯信号，闪烁类型巷道灯支路用来模拟下一步准备实施的节能控制方式，四条巷道灯支路2、3、4和5中的灯座6、7、8和9设置在井下环境模拟箱中。

如图1和图17所示，控制单元包括电源转换模块10、继电器开关模块11、电流检测模块12、A/D转换模块13、时钟模块14、存储器模块15、控制器模块16和显示模块17。控制单元以AT89S52单片机为核心的控制电路组成，控制单元的输出端通过与继电器开关模块11相连为两条闪烁类型巷道灯支路3和4提供开关控制信号，电源转换模块10与继电器开关模块11、电流检测模块12、A/D转换模块13、时钟模块14、存储器模块15、控制器模块16、显示模块17相连接并为它们供电，电流检测模块12的感应部分设置巷道灯支路，另一端连接A/D转换模块13，A/D转换模块13、时钟模块14和存储器模块15分别连接控制器模块16的输入端，控制器模块16的输出端与显示模块17和继电器开关模块11相连接，控制显示模块17和继电器开关模块11工作。

如图2、3、4所示，所述的电源转换模块5由220V降36V降压整流电路、36V降5V直流降压电路和36V降24V直流降压电路构成；

如图2所示，所述的220V降36V降压整流电路由变压器T1、整流桥D1和外围电路串联组成，变压器T1输入电源为220V交流市电，变压器T1的两个输出端连接整流桥D1电路的两个处在对角线上的接线端，另外两个接线端，一个接线端接地，一个接线端是输出端，经过变压器T1降压和整流桥D1整流，整流桥D1输出电压为36V，220V降36V降压整流电路为36V降5V直流降压电路和36V降24V直流降压电路供电；

如图3所示，所述的36V降5V直流降压电路由LM7805芯片U1和外围电路组成，LM7805芯片U1的输入端接220V降36V降压整流电路的输出端，两个电容C1、C2分别并联在LM7805芯片U1的输入端S1和接地两端，另外两个电容C3、C4分别并联在LM7805芯片U1的输出端Vcc1和接地两端，电阻R1与发光二极管DS1串联后并联在LM7805芯片U1的输出端Vcc1和接地两端，经过LM7805芯片U1和外围电路降压整流，输出端Vcc1为5V，与继电器开关模块11、A/D转换模块13、时钟模块14、存储器模块15、控制器模块16、显示模块17相连接并为它们供电；

如图4所示，所述的36V降24V直流降压电路由LM7824芯片U2和外围电路组成，LM7824芯片的输入端接220V降36V降压整流电路的输出端S1，两个电容C5、C6分别并联在LM7824芯片U2的输入端S1和接地两端，另外两个电容C7、C8分别并联在LM7824芯片U2的输出端Vcc2和接地两端，电阻R2与发光二极管DS2串联后并联在LM7824芯片U2的输出端Vcc2和接地两端，经过LM7824芯片U2和外围电路降压整流，输出端Vcc2为24V直流电，与电流检测模块12连接并为其供电。

如图5和图6所示，所述的继电器开关模块11中包括两套相互独立的工作单元，这两套工作单元中元器件规格、元器件组成和元器件连接关系完全相同，图5中工作单元由SRD-05DC-SL-C继电器KA1与继电器配合外围电路组成，SRD-05DC-SL-C继电器KA1的1、5两端分别连接触点端子H6的1、2端，触点端子H6的1、2端同时串连到常亮类型巷道灯支路4中，SRD-05DC-SL-C继电器KA1的4端接接Vcc1 5V电源，SRD-05DC-SL-C继电器K1 的2端接三极管Q1的发射极，三极管Q1的集电极接地，三极管Q1的基极接电阻R5，电阻R5的另一端连接控制器模块16中AT89S52单片机的输出管脚P13，反向连接的二极管D1并联在SRD-05DC-SL-C继电器KA1的 2、4两端，电阻R3串联发光二极管DS3然后并联在SRD-05DC-SL-C继电器KA1的2、4两端，控制器模块16中AT89S52单片机的P13引脚提供驱动信号，由控制器模块16中AT89S52单片机的引脚通过三极管Q1放大电路控制继电器开关模块11的继电器，实现对巷道灯进行节能控制的功能，同时测试经常随机开关巷道灯对其寿命的影响；图6中工作单元由SRD-05DC-SL-C继电器KA2与继电器配合外围电路组成，SRD-05DC-SL-C继电器KA2的1、5两端分别连接触点端子H5的1、2端，接线端子H5的1、2端同时串连到常亮类型巷道灯支路3中，SRD-05DC-SL-C继电器KA2的4端接接Vcc1 5V电源，SRD-05DC-SL-C继电器K2的2端接三极管Q2的发射极，三极管Q2的集电极接地，三极管Q2的基极接电阻R6，电阻R6的另一端连接控制器模块16中AT89S52单片机的输出管脚P14，反向连接的二极管D2并联在SRD-05DC-SL-C继电器KA2的 2、4两端，电阻R4串联发光二极管DS4然后并联在SRD-05DC-SL-C继电器KA2的2、4两端，控制器模块16中AT89S52单片机的P14引脚提供驱动信号，由控制器模块16中AT89S52单片机的引脚通过三极管Q2放大电路控制继电器开关模块11中的继电器，实现对巷道灯进行节能控制的功能，同时测试经常随机开关巷道灯对其寿命的影响。

如图7、8、9和10所示，所述的电流检测模块12包括四套相互独立的工作单元，这四套工作单元中元器件规格、元器件组成和元器件连接关系完全相同，如图7所示，其中设置在巷道灯支路5上的工作单元由电流传感器U4和外围电路构成，电流传感器U4型号为SXACV250，电流传感器U4的引脚1连接36V降24V直流降压电路中的Vcc2，引脚2分别与本图中的DATA0连接，引脚3、4接地，电流传感器U4感应部位H1设置在巷道灯支路5的导线上，通过电磁感应原理检测该巷道灯支路中的电流状况，感应电流信号通过引脚5，6输入，经电流传感器U4芯片处理变为电压信号，通过引脚2与A/D转换模块13的输入端相连接。当巷道灯工作时，其所在支路中有电流通过，电流传感器U4采集电流信号并将信号输出给A/D转换模块13，通过采集该巷道灯支路的电流信号，可以判断出该巷道灯支路的工作情况，其他三组工作单元分别设置在剩下三条巷道灯支路上。

如图11所示，所述的A/D转换模块13由ADC0809芯片和外围电路构成，A/D转换模块13的引脚11、12与36V降5V直流降压电路中的Vcc1相连，引脚13、16接地，DATA0~3分别连接电流检测模块中4路电流传感器U4、U5、U6、U7的引脚2，引脚2、3、4、5置空，其余引脚分别与控制器模块16中引脚对应连接，其中，D0~D7为数据通道，分别与控制器模块16的P20~P27相连，A、B、C为通道地址选择端，分别与控制器模块16的P30~P32相连，控制器模块中的AT89S52单片机对采集的信号进行进一步处理。

如图12所示，所述的时钟模块14由DS1302芯片和外围晶振电路组成，时钟模块芯片的引脚VCC1接3V电池，引脚VCC2接36V降5V直流降压电路中的Vcc1，X1、X2接振荡电路，GND接地，SCLK、IO、CE分别与控制器模块16中AT89S52单片机的P15~17引脚相连，负责向控制器模块16提供准确的时钟信号，为准确的矿灯计时提供时钟参考。时钟模块14通电后从零开始单向计时，当巷道灯所在巷道灯支路开始或停止工作时，控制器模块中的AT89S52单片机开始或停止计算该巷道灯支路工作的时间，并将计算结果输出给显示模块17。

如图13所示，所述的存储器模块15由24C02芯片和外围电路组成，24C02芯片的A0、 A1 、A2、HOLD、GND端口接地，引脚Vcc接36V降5V直流降压电路中的Vcc1，CLK、DATA端口连接控制器模块16中的P37、P12，负责储存计时数据，输入输出端口共用，可以与控制器模块16进行双向通讯，读写控制器模块16提供的计时数据。

如图14所示，所述的控制器模块16由AT89S52单片机和外围电路组成，外围电路与AT89S52单片机组成最小系统，控制器模块16中的AT89S52单片机的XTAL1、XTAL2引脚接时钟模块14，RST引脚接复位电路，EA和VCC引脚与36V降5V直流降压电路中的Vcc1相连，GND引脚接地，引脚P00-P07接排阻，其余引脚分别与继电器开关模块11、A/D转换模块13、存储器模块15、和显示模块17中对应引脚相连。控制器模块11完成以下功能：功能1、生成开关控制信号，由端口P13、P14输出；功能2、改变端口P30-P32的输出信号，选择不同的模数转换通道，从而选择不同的巷道灯支路；功能3、识别端口P20-P27的输入信号，根据A/D转换模块13的输出信号，判断对应巷道灯支路的工作情况；功能4、接收时钟模块14的计时信号，进行相应运算后，将结果存入存储器模块15中；功能5、从存储器模块15中读取不同巷道灯支路巷道灯的工作计时信号，并将其输出给显示模块17。

如图15所示，所述的显示模块17由LCD1602显示器和外围电路构成，引脚1、5、16接地，引脚2接36V降5V直流降压电路中的Vcc1，引脚3接VR1的一端，VR1的另外两端一端接地另一端接Vcc1，引脚4接AT89S52单片机的引脚P11，引脚6连接单片机AT89S52单片机的引脚P10，引脚7—14顺次连接单片机AT89S52单片机的引脚P00—P07进行数据通信，引脚15连接电阻R9，R9接地，可以显示不同巷道灯的寿命时间和当前电流值。

如图16所示，井下环境模拟箱18包括湿度传感器19、温度传感器20、瓦斯浓度传感器21、空气加湿装置22、空调装置23、瓦斯装置24、继电器KA3、继电器KA4、电磁阀25、变送器26、AD转换器27和控制器28，井下环境模拟箱18内设置有湿度传感器19、温度传感器20、瓦斯浓度传感器21、空气加湿装置22、空调装置23和瓦斯装置24，其他装置均设置在井下环境模拟箱18外，湿度传感器19、温度传感器20、瓦斯浓度传感器21分别与变送器26的输入端相连接，变送器26的输出端与A/D转换器27输入端相连接，A/D转换器27的输出端与控制器28的输入端相连接，空气加湿装置22连接继电器KA3，继电器KA3连接控制器28的输出端，控制器28通过控制继电器KA3来空气加湿装置22的工作，空调装置23连接继电器KA4和控制器28的输出端，控制器28通过控制空调装置23和继电器KA4来控制空调装置23的工作，瓦斯装置24连接电磁阀25，电磁阀25连接控制器28的输出端，控制器28通过控制电磁阀25来控制瓦斯装置24。湿度传感器19、温度传感器20和瓦斯浓度传感器21分别用来检测井下环境模拟箱18中的湿度、温度和瓦斯浓度，变送器26把采集到的信号变成标准电压或者标准电流信号，A/D转换器27把标准的电压或者电流信号转化为数字信号，以便控制器28处理，控制器28用于处理A/D转换器27传来的湿度、温度和瓦斯浓度信号，并根据这些信号进行控制工作。当井下环境模拟箱18中的湿度低于规定值时，控制器28控制继电器KA3，让空气加湿装置22工作，给环井下环境模拟箱18内的空气加湿，直到湿度满足要求，切断继电器KA3，停止工作；当井下环境模拟箱18中的温度低于规定值时，控制器28控制继电器KA4工作，让空调装置23工作，控制器28同时发出加热控制信号，让空调装置28给环境升温。相反，当井下环境模拟箱18中的温度高于规定值时，控制器28控制继电器KA4工作，让空调装置23工作，控制器28同时发出制冷控制信号，让空调装置23给环境降温，当温度达到要求时，断开继电器KA4，空调装置23停止工作；当井下环境模拟箱18中的瓦斯浓度低于规定的要求时，控制器28控制电磁阀25打开，瓦斯装置工作，当浓度达到规定要求时切断电磁阀25，瓦斯装置停止工作。

如图18和图19所示，图18为主程序流程图，图19为中断检测程序流程图：

主程序主要完成测试闪烁类型巷道灯支路3和4开关控制信号的生成任务，其工作过程为：当装置通电之后，时钟模块14开始计时，表示所有巷道灯支路巷道灯的寿命开始计时，同时控制器模块16由AT89S52单片机输出根据采样矿井巷道人员情况而生成的开关控制信号，控制闪烁类型巷道灯支路3和4中的继电器开关模块11动作，使闪烁类型巷道灯支路3和4中的巷道灯不断的开通、关断，模拟巷道灯的节能控制工作状况，然后进入循环，不断的生成开关控制信号。

当巷道灯工作时，其所在巷道灯支路2、3、4、5中有电流通过，电流检测模块12采集电流信号并将信号输出给A/D转换模块13，A/D转换模块13完成对电流检测模块12采集的模拟量数据的模数转换，以便控制器模块16中的AT89S52单片机对采集的信号进行进一步处理。中断检测程序主要完成所有巷道灯支路电流的检测，并进行巷道灯的故障判断和参数显示任务。

中断检测程序的触发条件是控制器模块16中的AT89S52单片机对闪烁类型巷道灯支路3和4发出的开灯信号，因为只有当开灯信号使能，即闪烁类型巷道灯支路跟常亮类型巷道灯支路2、5一样都处于通电工作状态，如果这时检测到有巷道灯支路电流为零，才能判断巷道灯为故障状态。中断检测程序的工作过程为：进入中断后，逐一检测所有巷道灯支路的电流情况，并进行故障判断：若为故障，则寿命时间停止累加，并显示寿命时间值和当前电流值，当前电流值为0；若非故障，则寿命时间进行累加，并显示寿命时间值和当前电流值。当完成所有巷道灯支路的检测和判断后，退出中断并返回主程序。

Claims (6)

1.一种矿井巷道灯寿命对比检测装置，包括井下环境模拟箱（18）、主电路和通过主电路与井下环境模拟箱（18）相连接的控制单元，其特征在于：

a、在井下环境模拟箱（18）内设置有湿度传感器（19）、温度传感器（20）、瓦斯浓度传感器（21）、空气加湿装置（22）、空调装置（23）和瓦斯装置（24）；其中，湿度传感器（19）、温度传感器（20）、瓦斯浓度传感器（21）分别与变送器（26）的输入端相连接，变送器（26）的输出端与A/D转换器（27）输入端相连接，A/D转换器（27）的输出端与控制器（28）的输入端相连接，控制器（28）的输出端分别与空气加湿装置（22）、空调装置（23）和瓦斯装置（24）相连接，并控制空气加湿装置（22）、空调装置（23）和瓦斯装置（24）工作；

湿度传感器（19）、温度传感器（20）和瓦斯浓度传感器（21）分别用来检测井下环境模拟箱（18）中的湿度、温度和瓦斯浓度，变送器（26）把采集到的信号变成标准电压或者标准电流信号，A/D转换器（27）把标准的电压或者电流信号转化为数字信号，以便控制器（28）处理，控制器（28）用于处理A/D转换器（27）传来的湿度、温度和瓦斯浓度信号，并根据这些信号控制空气加湿装置（22）、空调装置（23）和瓦斯装置（24）工作；

b、在主电路中，变压器（1）的输入端连接电网，输出端的一端连接开关SK的一端，变压器（1）将220V交流电变成主电路使用的127V交流电，开关SK的另一端连接熔断器FU1的一端，熔断器FU1的另一端连接四条巷道灯支路，四条巷道灯支路组成并联电路，并联电路的另一端连接变压器（1）输出端的另一端上；巷道灯支路分为常亮类型巷道灯支路和闪烁类型巷道灯支路，常亮类型巷道灯支路和闪烁类型巷道灯支路组成并联电路；

常亮类型巷道灯支路中设置有熔断器、与熔断器串联的灯座和控制单元中的电流检测模块的感应部位，电流检测模块的感应部位设置在常亮类型巷道灯支路的导线上；常亮类型的巷道灯支路中没有控制信号，只要主电路有电，该支路的灯就工作，该支路用来模拟目前矿井巷道灯采用的常亮的控制方式；

闪烁类型巷道灯支路中设置有熔断器、灯座和控制单元中电流检测模块的感应部位和控制单元中继电器开关模块的继电器的电路触点，熔断器、灯座和继电器开关模块的继电器的电路触点串联，电流检测模块的感应部位设置在闪烁类型巷道灯支路导线上；闪烁类型巷道灯支路中巷道灯的开关控制信号由控制单元提供，控制信号产生的机理是通过采样矿井某巷道一段时间的人员通过情况，当有人员通过的时候就发出开灯信号，并维持一段时间，维持时间能保证人员可靠通过，然后再发出熄灯信号，闪烁类型巷道灯支路用来模拟下一步准备实施的节能控制方式，四条巷道灯支路中的灯座设置在井下环境模拟箱（18）中；

c、控制单元包括电源转换模块（10）、继电器开关模块（11）、电流检测模块（12）、A/D转换模块（13）、时钟模块（14）、存储器模块（15）、控制器模块（16）和显示模块（17），电源转换模块（10）与继电器开关模块（11）、电流检测模块（12）、A/D转换模块（13）、时钟模块（14）、存储器模块（15）、控制器模块（16）、显示模块（17）的输入端相连接并为它们供电，电流检测模块（12）的感应部分一端设置在巷道灯支路的导线上，另一端连接A/D转换模块（13），A/D转换模块（13）、时钟模块（14）和存储器模块（15）的输出端分别连接控制器模块（16）的输入端，控制器模块（16）的输出端与显示模块（17）和继电器开关模块（11）的输入端相连接，控制显示模块（17）和继电器开关模块（11）工作，控制单元以AT89S52单片机为核心的控制电路组成，控制单元的输出端通过与继电器开关模块（11）相连为两条闪烁类型巷道灯支路提供开关控制信号。

2. 根据权利要求1所述的矿井巷道灯寿命对比检测装置，其特征在于：在井下环境模拟箱（18）中，空气加湿装置（22）连接继电器KA3，继电器KA3连接控制器（28）的输出端，控制器（28）通过控制继电器KA3来空气加湿装置（22）的工作，空调装置（23）连接继电器KA4和控制器（28）的输出端，控制器（28）通过控制空调装置（23）和继电器KA4来控制空调装置（23）的工作，瓦斯装置（24）连接电磁阀（25），电磁阀（25）连接控制器（28）的输出端，控制器（28）通过控制电磁阀（25）来控制瓦斯装置（24），湿度传感器（19）、温度传感器（20）和瓦斯浓度传感器（21）采集到的井下环境模拟箱（18）中的湿度、温度和瓦斯浓度信号后，变送器（26）把采集到的该信号变成标准电压或者标准电流信号后通过A/D转换器（27）把标准的电压或者电流信号转化为数字信号送控制器处理，控制器（28）处理A/D转换器（27）传来的湿度、温度和瓦斯浓度信号后，根据这些信号进行控制工作；

当井下环境模拟箱（18）中的湿度低于规定值时，控制器（28）控制继电器KA3，让空气加湿装置（22）工作，给井下环境模拟箱（18）内的空气加湿，直到湿度满足要求，切断继电器KA3，停止工作；当井下环境模拟箱（18）中的温度低于规定值时，控制器（28）控制继电器KA4工作，让空调装置（23）工作，控制器同时发出加热控制信号，让空调装置给环境升温；

相反，当井下环境模拟箱中的温度高于规定值时，控制器控制继电器KA4工作，让空调装置工作，控制器同时发出制冷控制信号，让空调装置给环境降温，当温度达到要求时，断开继电器KA4，空调装置停止工作；当井下环境模拟箱中的瓦斯浓度低于规定的要求时，控制器控制电磁阀（25）打开，瓦斯装置（24）工作，当浓度达到规定要求时切断电磁阀（25），瓦斯装置（24）停止工作。

3.根据权利要求1所述的矿井巷道灯寿命对比检测装置，其特征在于：

所述的电源转换模块（10）由降压整流电路和直流降压电路构成；所述的降压整流电路由变压器、整流桥和外围电路串联组成，变压器输入端连接电源，变压器的两个输出端连接整流桥电路的两个处在对角线上的接线端，另外两个接线端，一个接线端接地，一个接线端是输出端；所述的直流降压电路由电源芯片和外围电路组成，电源芯片输入端连接降压整流电路的输出端，两个电容分别并联在电源芯片的输入端和接地端两端，另外两个电容分别并联在电源芯片的输出端和接地端两端，电阻与发光二极管串联后并联在电源芯片的输出端和接地两端，直流降压电路的输出端与继电器开关模块（11）、电流检测模块（12）、A/D转换模块（13）、时钟模块（14）、存储器模块（15）、控制器模块（16）和显示模块（17）连接；

所述的继电器开关模块（11）由继电器和三极管放大电路组成，继电器的两个常开触点的接线端串联到闪烁类型巷道灯支路中，继电器线圈的两个接线端分别连接电源和三极管放大电路，三极管放大电路同时连接控制器模块（16），实现对巷道灯进行节能控制；

所述的电流检测模块（12）由电流传感器和外围电路构成，每个巷道灯支路上均设置有电流传感器，输出端与A/D转换模块（13）的输入端相连接，实现对巷道灯支路的电流情况检测；

所述的A/D转换模块（13）由A/D转换芯片和外围电路构成，外围电路包括地线和电源，包括地线和电源连接A/D转换芯片对应的管脚，支持A/D转换芯片工作，A/D转换模块（13）输入端接电流检测模块（12）的输出信号，输出端与控制器模块（16）的输入端连接；

所述的时钟模块（14）由时钟芯片和外围晶振电路组成，外围晶振电路连接时钟芯片对应的管脚，时钟芯片相应的管脚与控制器模块（16）输入端连接；

所述的存储器模块（15）由储存芯片和外围电路组成，外围电路包括地线和电源，地线和电源连接储存芯片对应的功能管脚，支持储存芯片工作，储存芯片通讯端口与控制器模块（16）连接进行双向通讯，读写控制器模块（16）提供的计时数据；

所述的控制器模块（16）由单片机和外围电路组成，单片机和外围电路组成最小系统，单片机的输入端与A/D转换模块（13）、时钟模块（14）和存储器模块（16）连接，输出端与显示模块（17）和继电器开关模块（11）相连接；

所述的显示模块（17）由液晶显示器和外围电路构成，外围电路包括电源和地线，电源和地线连接液晶显示器对应的功能管脚，支持液晶显示器工作，显示模块（17）和单片机进行数据通信。

4.根据权利要求3所述的矿井巷道灯寿命对比检测装置，其特征在于：所述的直流降压电路共有两条电路，两条电路中电源芯片分别为LM7805芯片和LM7824芯片两种型号，LM7805芯片所在的直流降压电路与继电器开关模块（11）、A/D转换模块（13）、时钟模块（14）、存储器模块（15）、控制器模块（16）和显示模块（17）相连接并为它们供电；LM7824芯片所在的直流降压电路与电流检测模块（12）连接并为其供电。

5.根据权利要求1所述的矿井巷道灯寿命对比检测装置，其特征在于：所述的继电器的型号为SRD-05DC-SL-C，所述的电流传感器的型号为SXACV250，

所述的A/D转换芯片的型号为ADC0809，所述的时钟芯片型号为DS1302，所述的储存芯片型号为24C02，所述的单片机型号为AT89S52，所述的液晶显示器型号为LCD1602。

6.一种矿井巷道灯寿命对比检测装置的控制方法，其特征在于：

（1）装置通电后，时钟模块从零开始单向计时，控制器模块读取此时时钟模块的计时信号，进行相应运算，然后将结果存入存储器模块，巷道灯的寿命开始计时；

（2）同时控制器模块输出根据采样井下巷道人员情况而生成的开关控制信号，控制闪烁类型巷道灯支路中的继电器开关模块动作，使闪烁类型巷道灯支路中的巷道灯不断的开通、关断，模拟井下巷道灯的节能控制工作状况，然后进入循环，不断的生成开关控制信号；

（3）当巷道灯工作时，其所在支路中有电流通过，电流传感器采集电流信号并将信号输出给A/D转换模块，A/D转换模块完成电流传感器采集的模拟量数据的模数转换，以便控制器模块对采集的信号进行进一步处理，通过采集不同巷道灯支路的电流信号，可以判断出该支路中巷道灯的工作情况；

（4）控制器模块对闪烁类型巷道灯支路发出的开灯信号后，进入中断检测程序，逐一检测各巷道灯支路的电流情况，并进行故障判断，当电流为零时，判断巷道灯为故障状态，则寿命时间停止累加，并在显示模块显示寿命时间值和当前电流值；若非故障，则寿命时间进行累加，并在显示模块显示寿命时间值和当前电流值，当完成各巷道灯支路的检测和判断后，继续返回。

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