基于單片機的煤礦瓦斯報警系統分析

【摘 要】本文通過對礦井瓦斯災害預警系統的技術現狀和發展前景進行的詳細的研究和分析，結合相關資料，對利用新型傳感器采集數據、射頻技術傳輸數據設計方案技術的可行性進行了分析。

【關鍵詞】礦井；瓦斯；傳感器；射頻

礦井安全問題己成為影響煤炭工業生產，保持礦井持續、健康發展以至于影響社會穩定的重大問題。礦井安全問題中，瓦斯爆炸是最易發生、最危險的一項因素，所以研究礦井安全問題就不得不將瓦斯災害作為首要研究對象。監測系統對井下的環境參量進行集中、自動和連續地監測，通過裝置在井下的各種傳感器搜集參數，再經傳輸線路傳到地面中心站，顯示環境參數，并進行記錄和打印。出現險情，系統自動報警。由于礦井環境惡劣，災害突出，故安全監測是系統的首要任務。此系統將瓦斯災害作為重點研究對象，所以主要是對礦井內瓦斯、CO等相關數據進行監測從而實現安全報警的目的。

一、系統組成原理

（1）系統總體架。圖1各礦井分站中MSP430F1232單片機在處理傳感器群采集到相應數據后，經射頻芯片nRF905將數據不斷地發送至中心接收模塊；中心接收模塊中MSP430F149單片機通過同樣的射頻芯片接收到各分站的各種指標數據，若有危險數據則立即啟動報警裝置；然后發送至管理中心模塊，圖2為井下部分的原理框圖這里我的研究主要是研究井下分站部分。（2）系統工作原理。由于在礦井內監測各種數據指標時，需要將測得的數據傳輸到礦井外的中心控制模塊上，所以一般采取有線傳輸或其他線路的方式不但安裝復雜，安裝后監測的設施如傳感器都只能固定在一處，不方便隨處監測，而且經費也會比較昂貴。針對上述弊病，此文采取另一種數據傳輸方式，即無線傳輸。由于在一個大礦井中，存在多個小分礦，且相互之間距離都不遠，所以先利用射頻技術將各分礦的數據收集至一處，然后將數據傳輸至井上。井下分站部分要測的參數很多有些需要A/D轉換有些不需要在本系統中只有溫度傳感器不需要所以可以直接接在單片機上。（3）瓦斯傳感器選型與應用。TGS2442對CO十分敏感，所以非常適合CO檢測。在CO存在的情況下，傳感器的電導率隨空氣中氣體濃度增加而增大，使用簡單的脈沖電壓電路，以1秒的循環驅動，就可以把與該氣體濃度相對應的輸出信號轉換為電導率。TGS2442傳感器的特點：低功耗，尺寸小，對CO選擇性高，靈敏度高，抑制了對酒精的靈敏度，長壽命、低成本，受溫度影響小。基本電路如圖3所示。CO傳感器數據采集電路如圖4，將CO傳感器的3、1腳分別接上電源和地，4腳通過一個PNP型三極管連到電源上，基極脈沖由單片機提供，2腳通過一個電阻RL（此處作為負載，選用10kΩ）和一個NPN型三極管連到地，基極脈沖同樣由單片機提供，2腳為CO氣體采樣腳，將數據送入A/D轉換器中，從而得到數字信號送入單片機中。

二、射頻模塊設計

（1）工作模式配置。RF905工作模式由TRX-CE，TX-EN，PWR-UP來設置，見表1。表中“X”表示任意電平。（2）射頻模塊天線設計。線是電磁波沿傳輸線路和在空間中進行傳播的接口，是通信路徑中非常重要的一部分。天線是無源器件，因此發射天線所輻射的功率不可能比來自發射機并進入天線的功率更大，實際上，由于損耗的存在，前者總是比后者要小。天線是互易器件，就是說，同一種設計既可以用作發射天線，也可以用作接收天線，性能都一樣地好，在無線通信中，通常是同一天線既用作發射，也用作接收。從本質上來說，發射天線的任務是將沿著傳輸線傳輸的電能轉換成在空間傳播的電磁波，也就是將這些電磁場“發射”到空間中去。在接收端，空間中的電場和磁場引起天線中的導線產生電流，因此一些能量從這些電磁場中傳播到與接收天線相連接的傳輸線中，并到達接收機。天線的設計是一個很精密的工作，一個良好的天線需要考慮頻帶、阻抗、增益等問題。

三、結論

（1）采用了較為先進的數據采集傳感器，并在部分數據上做了校正處理如瓦斯調零技術，根據實際情況運用數字傳感器與模擬傳感器的結合來完成數據采集。（2）在數據處理上應用了模數轉換器和數字濾波方式。實現16位無誤碼性能，以較低的成本獲取極高的分辨率。（3）構建了從分站到中心接收器數據傳輸方式。（4）在礦井內數據傳輸上，采用了高性價比的射頻設施，從而保障了數據采集工作的準確性、穩定性與可靠性。

參 考 文 獻

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