基于单片机的煤矿瓦斯报警系统研究

科　科ｆ技｛论｝坛　高海林　基于单片机的煤矿瓦斯报警系统研究　（黑龙江技师学院电气工程系，黑龙江鸡西１５８１００）　摘要：矿井安全已成为影响矿业生产，保持矿井持续、健康发展的重大问题，这就对矿井安全的科研工作提出了更高的要求。需要进一步研究　矿井自然灾害的预防及控制技术。此文首先对矿井瓦斯灾害预警系统的技术现状和发展前景进行了详细的研究和分析后，近而提出了利用新型传　感器采集数据、射频技术传输数据的设计方案。该方案包括采集数据的传感器群（瓦斯、ＣＯ、粉尘、温度、风向风速传感器等），利用射频技术实现分站　与中心站之间的通信，通过无线传输将数据从中心站传送至管理中心等。其中重点研究了瓦斯、ＣＯ等传感器的数据采集及Ａ／Ｄ转换、数字滤波和两　种传输方式的设计。矿井瓦斯灾害预警系统中判断是否出现危险最直接的方法就是将传感器群采集到的各种数据与相应安全值相比较。　关键词：矿井：瓦斯：传感器；射频　器的３、ｌ脚分别接上电源和地，４　矿井安全问题己成为影响煤炭工业生产，保　脚通过一个ＰＮＰ型三极管连到电　持矿井持续　嘲蝴以至于影响社会稳定的重大　源上，基极脉冲由单片机提供，２脚　问题。矿井安全问题中，瓦斯爆炸是最易发生、最危　通过—个电阻ＲＬ（此处作为负载，　引言　表１工作模式表　险的—项因素，所以　选用１０ｋｌ１）和一个ＮＰＮ型三极管　瓦斯灾害作为首要研究对象。监测系统对井下的环　连到地，基极脉冲同样由单片机提　境参量进行集中、自动和连续地监测，通过装置在　供，２脚为ＣＯ气体采样脚，将数据　井下的各种传感器搜集参数，再经传输线路传到地　送人Ａ／Ｄ转换器中，从而得到数字　匝堕ｌ＿卜恒　堕堕雯　面中心站，显示环境参数，并进行记录和打印。出现　信号送人单片机中。　＾　分站２　险情，系统自动报警。由于矿井环境恶劣，灾害突　２射频模块设计　匿堕＿卜叵至］＿＿　堕塑　出，故安全监测是系统的首要任务。此系统将瓦斯　２１工作模式配置　分划　灾害作为重点研究对象，所以主要是对矿井内瓦　工作模式　匣　＿卜　垂　塑蔓　＿＿Ｊ　斯、ＣＯ等相关数据进行监测从而实现安全报警的　ＲＦｇ０５工作模式由ＴＲＸ—ＣＥ，　图１系统总体框图　目的。　ＴＸ－ＥＮ，ＰＷＲ—ＵＰ来设置，见表　１系统组成原理　１。表中‘Ｘ”表示任意电平。　１．１系统总体架构　２２射频模块天线设计　系统总体由传感器群、无线射癫　莫块、控制　线是电磁波沿传输线路和在　器、。图ｌ各矿井分站中ＭＳＰ４３０Ｆ１２３２单片机在　空间中进行传播的接口，是通信路　处理传感器群采集到相应数据后，经射频芯片　径中非常重要的一部分。天线是无　ｎＲＦ９０５将数据不断地发送至中心接收模块；中心　源器件，因此发射天线所辐射的功　接收模块中ＭＳＰ４３０ＦＩ４９单片机通过同样的射频　率不可能比来自发射机并进人天线　芯片接收到各分站的各种指标数据，若有危险数据　的功率更大，实际上，由于损耗的存　图２分站框图　则立即启动报警装置；然后发送至管理中心模块，　在，前　总是比旨者要小。天线是互　图２为井下部分的原理框图这里我的研究主要是　易器件，就是说，同一种设计既可以　］厂　研究井下分站部分。　用作发射天线，也可以用作接收天　１２系统工作原理　线，性能都一样地好，在无线通信　由于在矿井内监涣　各种数据指标时，需要将　中，通常是同一天线既用作发射，也　测得的　到　ｊ牛外的中心控制　；　块匕，所以　用作接收。　般采取有线传输或其他线路的方式不但安装复　从本质上来说，发射天线的任　杂，安装后监测的设施如传感器都只能固定在一　电能转换　处，不方便随处监测，而目经费也会比较昂贵。针对　成在空间传播的电磁波，也就是将　上述弊病，此文采取另一种数据传输方式，即无线　这些电磁场“发射”到空间中去。在　图４粉尘浓度传感器的　传输。由于在—个大矿井中，存在￣５＂ｔｌ、分矿，且相　接收端，空间中的电场和磁场引起　图３基本电路如　原理及应用　互之间距离都不远。所以　天线中的导线产生电流，因此—些　的数据收集至一处，然后将数据传输至井上。井下　能量从这些电磁场中传播到与接收天线相连接的　射频设施，从而保障了数据采集工作的准确性、稳　分站部分要测的参数很多有些需要ＭＤ转换有些　传输线中，并到达接收机。天线的没计是—个很精　定性与可靠性。　不需要在本系统中只有温度传感器不需要所以可　密的工作，—个良好的天线需要考虑频带、阻抗、增　参考文献　以直接接在单片机匕。　益等问题。　Ⅲ张生益－矿井监控系统的发展概况及其关键技术　１３瓦斯传感器选型与应用　３结论　测控技术，１９９４．１　ＴＧＳ２４４２对ＣＯ十分敏感，所以非常适合ＣＯ　３．１采用了较为先进的数据采集传感器，并在　『２１李春华，徐益民，曹政才．矿井瓦斯单片机监控系　检测。在ＣＯ存在的情况下，传感器的电导率Ｉ麓　统【Ｉｌ煤碳技术，２００１．５　部分数据上做了校正处理如瓦斯调零技术，根据实　气中气体浓度增加而增大，使用简单的脉冲电压电　际情况运用数字传感器与模拟传感器的结合来完　［３毋彩虹，李旭芳－矿井监测监控技术应用现状和发　路，以１秒的循环驱动，就可以把与该气体浓度相　成数据采集。　展趋势　中国￣．ｏｏｌ　对应的输出信号转换为电导率。ＴＧＳ２４４２传感器　３２在数据处理Ｅ应用了模数转换器和数字滤　【４１王自亮．粉尘浓度传感器的研制和应用Ⅱｌ：ｒ－ａｋ￣ｒ　的特点砥功耗，尺寸小，对ＣＯ选择性高，灵敏度　波方式。实现１６位无误码性能，以较低的成本获取　全与环保．２００６，４．　高，抑制了对酒精的灵敏度，长寿命、低成本，受温　极高的分辨率。　圈雷建龙．单总线数字温度传感器ＤＳ１８Ｂ２０在矿　度影响小。　３３构建了从分站到中心接收器数据传输方　井温度监测中的应用ｔＪ／－矿山机械，２００６．　基本电路如图３所示。　式。　ＣＯ传感器数据采集电路如图４，将ＣＯ传感　３．４在矿井内数据传输上，采用了高性价比的　，　Ｐｕｌ　匦　巫　一一６８一