基于單片機的煤礦瓦斯檢測傳感報警器的設(shè)計

童世華

摘 要：針對煤礦瓦斯爆炸事故頻發(fā)的問題，文章設(shè)計了一種以STC12C5A60S2單片機為核心的經(jīng)濟、實用的煤礦瓦斯檢測傳感報警器。該報警器系統(tǒng)主要包括氣體檢測模塊、報警模塊、顯示模塊、控制處理模塊。系統(tǒng)通過氣體檢測模塊來檢測瓦斯?jié)舛龋褭z測到的濃度信號送到單片機處理，當(dāng)檢測到瓦斯?jié)舛瘸^系統(tǒng)設(shè)置的上限值時，單片機就會控制相應(yīng)的報警電路使之發(fā)出聲光報警，并控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)動排風(fēng)來降低瓦斯氣體濃度，同時提醒井下礦工的撤離，以此避免人員傷亡。

關(guān)鍵詞：瓦斯爆炸；濃度監(jiān)測；傳感器；STC12C5A60S2

1 概述

隨著我國經(jīng)濟飛速發(fā)展，對煤炭的需求量不斷增加。因此，仍然存在著許多煤礦企業(yè)。由于煤礦企業(yè)發(fā)展不均衡，有的煤礦企業(yè)設(shè)備先進，有的煤礦企業(yè)設(shè)備較落后，導(dǎo)致礦難事故不斷發(fā)生。在礦難中，絕大部分都是由瓦斯爆炸而引起的，使得煤炭的開采面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)。

降低瓦斯爆炸事故的發(fā)生，除了加強礦井通風(fēng)管理外，還可以對煤礦瓦斯的濃度進行實時監(jiān)測。因此，設(shè)計出一種新型、易操作、經(jīng)濟、實用的智能瓦斯傳感報警器對于降低礦難事故的發(fā)生率來說顯得尤為必要。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

針對瓦斯監(jiān)測，本文提出了以單片機STC12C5A60S2為核心的煤礦瓦斯傳感報警器設(shè)計，通過對單片機進行軟件編程來實現(xiàn)對瓦斯?jié)舛鹊臋z測、報警、顯示和控制[1-2]。該報警器系統(tǒng)主要包括氣體檢測模塊、報警模塊、顯示模塊、控制處理模塊。系統(tǒng)通過氣體檢測模塊來檢測瓦斯?jié)舛龋褭z測到的濃度信號送到單片機處理，當(dāng)檢測到瓦斯?jié)舛瘸^系統(tǒng)設(shè)置的上限值時，單片機就會控制相應(yīng)的報警電路使之發(fā)出聲光報警，并控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)動排風(fēng)來降低瓦斯氣體濃度。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

整個報警系統(tǒng)采用5V的電源供電，該報警系統(tǒng)通過氣體傳感器MQ-2來實時檢測瓦斯的濃度，并把檢測到的瓦斯?jié)舛刃盘査偷絊TC12C5A60S2單片機進行處理。一方面，單片機把處理過的濃度信號送到LDE數(shù)碼管進行顯示；另一方面，單片機通過鍵盤按鍵來設(shè)置瓦斯的濃度上限值，同時對傳感器采集的瓦斯?jié)舛刃盘栠M行判斷，如果采集的瓦斯?jié)舛刃盘柛哂谙到y(tǒng)所設(shè)置的濃度上限值，那么單片機就會控制蜂鳴器進行報警，并控制電機轉(zhuǎn)動排風(fēng)來達到降低甲烷濃度的目的。硬件系統(tǒng)電路如圖2、3、4所示。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

軟件設(shè)計所要實現(xiàn)的功能是將系統(tǒng)所檢測到的瓦斯?jié)舛戎碉@示在數(shù)碼管上，同時將檢測到的濃度值與系統(tǒng)所設(shè)定的上限值進行比較，若超過上限值，單片機就控制報警電路進行聲光報警，同時控制控制電路的風(fēng)扇轉(zhuǎn)動來降低甲烷氣體濃度[3-4]。主程序流程圖如圖5所示。

當(dāng)系統(tǒng)接通電源啟動時，因為傳感器要正常工作需要預(yù)熱，在傳感器預(yù)熱的同時，通過鍵盤設(shè)定系統(tǒng)報警的瓦斯?jié)舛劝踩怠ＴO(shè)置好安全濃度值后通過單片機對定時器、A/D轉(zhuǎn)換模塊和傳感器進行初始化。初始化后，系統(tǒng)進入正常的工作狀態(tài)，進行瓦斯?jié)舛葦?shù)據(jù)采集、A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)送入顯示器進行實時顯示，并對采樣得到的數(shù)據(jù)與系統(tǒng)設(shè)定的數(shù)據(jù)進行比較，然后進行數(shù)據(jù)處理。

4 系統(tǒng)測試

在進行系統(tǒng)調(diào)試時，把Keil軟件生成的Hex文件燒進單片機，對硬件電路進行通電。同時，把打火機放到氣體傳感器附近，觀察程序運行時電路所出現(xiàn)的現(xiàn)象是否為我們所要實現(xiàn)的功能，如果不是，則對出現(xiàn)該現(xiàn)象的原因進行分析，然后找到問題所在并進行分析，這樣一步一步的去解決問題直到實現(xiàn)所要的功能為止。系統(tǒng)調(diào)試圖如圖6所示。

測試證明：系統(tǒng)實現(xiàn)了瓦斯實時檢測，氣體檢測模塊來檢測瓦斯?jié)舛龋褭z測到的濃度信號送到單片機處理，當(dāng)檢測到瓦斯?jié)舛瘸^系統(tǒng)設(shè)置的上限值時，單片機就會控制相應(yīng)的報警電路使之發(fā)出聲光報警，并控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)動排風(fēng)來降低瓦斯氣體濃度。

5 結(jié)束語

本文對煤礦瓦斯報警器的設(shè)計，實現(xiàn)對礦井甲烷濃度的實時監(jiān)測，如果濃度高于報警系統(tǒng)設(shè)置的安全值，單片機就控制報警電路進行聲光報警，同時控制風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動來降低甲烷的濃度，以此保證井下作業(yè)人員的安全。系統(tǒng)檢測準確、穩(wěn)定性好、經(jīng)濟、實用，有較強的應(yīng)用前景。

參考文獻

[1]劉西青.論國內(nèi)煤礦瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀與發(fā)展[J].山西科技，2006（3）：37-39.

[2]阮維國.TGS813型半導(dǎo)體氣敏傳感器及其在燃氣毒氣檢測中的應(yīng)用電路[J].現(xiàn)代科學(xué)儀器，2014（3）：1-2.

[3]堂賢遠，劉岐山.傳感器原理及應(yīng)用[M].西安：電子科技大學(xué)出版社，2015.

[4]劉愛華，滿寶元.傳感器原理與應(yīng)用技術(shù)[M].北京：人民郵電出版社，2014.