PIC單片機下的智能化瓦斯濃度監測報警儀及其設計

文/郭曉霞 張少華

我國因為經濟迅速增長，那么隨之能源消耗速度也越來越快，煤炭作為我國的重要能源，開采速度越來越快。但是當前的煤炭行業存在一些安全隱患，直接影響到人們的安全。特別是在這其中的瓦斯爆炸事故出現次數越來越多，所以加強瓦斯管理，已經成為當前煤礦瓦斯監測工作的重要內容。煤礦生產安全監控系統，已經是當前瓦斯管理工作最為重要的手段，使用監控系統能夠大大減少瓦斯事故發生率，據相關數據表明，煤礦生產安全監控系統對于井下工作安全有著非常大的幫助，能夠提升煤礦的生產率，提高煤礦自動化運行程度，提升煤礦行業的經濟收益，提升煤礦市場的競爭力,基于PLC單片機下的瓦斯濃度監測報警儀就能夠很好的解決這個問題。

1 PIC單片機下的智能化瓦斯濃度監測報警儀總體設計方案

基于PLC單片機所設計的智能化瓦斯濃度監測報警儀的構成主要包括模板、數據收集和數據處理、通訊、顯示、報警等等模板所構成。主要就是在工作時，利用型號為LXK-3的瓦斯濃度傳感器，以此實時監控礦井下的瓦斯濃度，并且對其進行收集，將收集到的數據進行分析、處理，將處理過的數據直接輸入到單片機中，作為整個監測系統的發出信號，此輸入量需要和單片機內部的所設定的數據進行比對，如果發現輸入數據超出額定數據，就會及時作出報警信號，這樣工作人員就能夠及時安排井下人員進行撤離，這種裝置能夠與井上設備進行連接，方便井上人員及時配合疏散。

2 PIC單片機下的智能化瓦斯濃度監測報警儀系統硬件設計

2.1 單片機的選擇

在設計瓦斯濃度監測報警儀時需要意識到單片機作為整個裝置的核心，就需要保證單片機的穩定，這樣才能進而保證瓦斯濃度監測報警儀系統運行的穩定。在設計時，需要實時監測瓦斯濃度數據，然后通過無線傳輸的方式將數據上傳，與此同時還需要能夠顯示出相應數據和在一定數據下進行及時報警。通過不同的單片機型號進行對比，選擇適合煤礦工作的相應單片機，保證單片機能夠具備數據存儲功能，能夠根據指令精準操作，自身的可靠性強，同時能夠適應周圍環境，自帶定時器，并不需要過多的功耗，這樣才能夠適合煤礦瓦斯濃度監測裝置。

2.2 電源模板

這部分主要是由電源各單元、集成電路所構成，能夠穩定的提供不同需求的電壓，在正常電壓經過能夠及時進行調整，以便設備得到穩定電壓，然后在利用電壓芯片的穩定性來保證電壓輸出穩定，這樣就能滿足礦井瓦斯濃度報警儀的電源需求，進而保證整個系統都能夠穩定運行，自身的工作效率能夠達到相應要求。

2.3 數據采集和處理模板

數據采集主要包括傳感器和數據處理，這部分能夠保證實時監測在相應環境下的瓦斯濃度，通過電路線性處理來為系統提供相應的數據。傳感器主要是要保證能夠適應于多種可燃氣體，這樣才能準確監測出氣體的反應數據，傳感器主要是根據瓦斯在催化原件上所出現的氧化反應，進而影響到電阻反應，通過這樣的方法來檢查瓦斯濃度。這種方法的優點就是自身的成本較低，輸出信號較大，就以1%的氣體來說，輸出功率能夠達到15mV以上，保證瓦斯濃度成線型增長，在處理方面較為方便，而且保證反應速度較快，具有較高的精準度，更加容易實現自動檢測。對于數據處理主要就是對檢測信號利用集成精密儀器進行放大，這樣就能夠得到想要的直流電信號，然后利用轉化器轉化成數字的形態，在經過單片機進行處理。在設計時主要依靠熱催化式元件橋式電路原理進行設計，對于收集到的微弱信號使用集成電路，能夠放大電路，進而實現對電路數據的對稱性反饋，提高輸入信號的抗電阻性，這樣就能夠穩定工作點，利用放大差模模擬信號，具有很高的信號抗干擾能力。

2.4 通信模塊

根據煤礦井下生產作業的環境較為復雜，就需要使用無線傳輸的方式對其數據進行傳輸，通過下位機將數據有效收集，然后將氣體濃度傳至給上位機，這樣地面工作人員就能夠有效對其進行分析。根據煤礦行業自身的需要，選擇相應的無線傳輸裝置，能夠有效實現數據的收發，保證自身的抗干擾能力較強，而且能夠方便和通信端口進行連接。單片機在這樣的情況下，能夠和通訊芯片進行連接，但需要保證連接之間有電阻裝置，如果在信號接收過程中DR1低電平時，單片機數據已經收集完成，如果為高電平時，就說明單片機正在收集數據。為了能夠減少信號之間互相干擾，就需要設計相應的電阻，這樣就能夠保證通訊設備的穩定，在設計外圍使用天線和穩定性較高的電容。

2.5 顯示模塊

根據煤礦行業相關安全規定的要求，在回風流中瓦斯的濃度不能夠超過1%，在對其巷道進行維修時，瓦斯濃度不能夠超過1.5%，甚至在一些場所中瓦斯的濃度都不能夠超過0.5%，基于單片機下的瓦斯濃度監測報警儀就符合該要求，當瓦斯濃度超標時，就能夠及時對其進行報警，并且顯示相應的瓦斯濃度值。所顯示瓦斯濃度數所使用的設備時利用LED并聯方式顯示，經過電阻后驅動所需要的字符，經過對軟件的有效編程，對其數碼管進行掃描，保證數據在LED中成動態顯示。

2.6 報警模塊

如果礦井內部的瓦斯濃度超過規定安全值時，系統就會及時啟動報警裝置，并且在井下和井上同時報警，進而提醒工作人員需要進行撤離，為礦井下的工作人員提供安全保障。報警模塊是利用單片機的構建對其具體情況進行控制，如果煤礦井下的瓦斯濃度處在正常情況下，那么單片機的端口就會自動輸出高電平，使得電路中的信號顯示綠色，并且在這過程中一直保持著導通，如果井下的瓦斯濃度超過設定值，就會使得輸出端口顯示低電平，同時紅色警報等亮起，發出報警信號。

3 PIC單片機下的智能化瓦斯濃度監測報警儀系統的軟件設計

PIC單片機下的智能化瓦斯濃度監測報警儀系統的軟件編程主要使用的是c語言，這樣才能夠充分的發揮PLC單片機的自身優勢，同時使用c語言所寫的程序自身的可讀性較高，能夠有效的提升系統開發效率。所寫的程序主要有主程序和子程序所構成，如果設備已經開始，那么相應的單元原件就會對其各部分的變量進行設定額定數值，當主程序進入執行環境，那么礦井瓦斯濃度機會自動收集，經過電路處理和數據傳輸，進而將收集到的信號傳輸到單片機的內部，和額定數據進行比較，如果瓦斯濃度過高，那么就會發出報警信號，會提醒工作人員進行注意，與此同時在相應的顯示器上現實收集到的數據信號值，利用設備傳輸到上層，保證對數據的有效儲存。

4 結語

總的來說，隨著煤炭行業的不斷發展，需要重視作業安全性，保障工作人員的人身安全，這樣才能夠減少煤炭行業的穩定發展。對其井下瓦斯監控過程中，使用PLC單片機的智能化瓦斯監測報警儀，就能夠有效實現對煤礦井下瓦斯濃度的準確監測，并且能夠有效控制瓦斯濃度，實施分析瓦斯在井下的數據，還能夠通過無線傳輸的方式實現遠程監控。這種設備自身較為可靠，精準度高，而且具有很好的穩定性，有效提升煤礦企業相關檢測部門的管理水平。