基于單片機(jī)的煤礦瓦斯檢測(cè)傳感報(bào)警器的設(shè)計(jì)

童世華

摘 要：針對(duì)煤礦瓦斯爆炸事故頻發(fā)的問(wèn)題，文章設(shè)計(jì)了一種以STC12C5A60S2單片機(jī)為核心的經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的煤礦瓦斯檢測(cè)傳感報(bào)警器。該報(bào)警器系統(tǒng)主要包括氣體檢測(cè)模塊、報(bào)警模塊、顯示模塊、控制處理模塊。系統(tǒng)通過(guò)氣體檢測(cè)模塊來(lái)檢測(cè)瓦斯?jié)舛?，并把檢測(cè)到的濃度信號(hào)送到單片機(jī)處理，當(dāng)檢測(cè)到瓦斯?jié)舛瘸^(guò)系統(tǒng)設(shè)置的上限值時(shí)，單片機(jī)就會(huì)控制相應(yīng)的報(bào)警電路使之發(fā)出聲光報(bào)警，并控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)排風(fēng)來(lái)降低瓦斯氣體濃度，同時(shí)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(cè)；傳感器；STC12C5A60S2

1 概述

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，對(duì)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(jìn)，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(yán)峻的挑戰(zhàn)。

降低瓦斯爆炸事故的發(fā)生，除了加強(qiáng)礦井通風(fēng)管理外，還可以對(duì)煤礦瓦斯的濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。因此，設(shè)計(jì)出一種新型、易操作、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的智能瓦斯傳感報(bào)警器對(duì)于降低礦難事故的發(fā)生率來(lái)說(shuō)顯得尤為必要。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

針對(duì)瓦斯監(jiān)測(cè)，本文提出了以單片機(jī)STC12C5A60S2為核心的煤礦瓦斯傳感報(bào)警器設(shè)計(jì)，通過(guò)對(duì)單片機(jī)進(jìn)行軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)瓦斯?jié)舛鹊臋z測(cè)、報(bào)警、顯示和控制[1-2]。該報(bào)警器系統(tǒng)主要包括氣體檢測(cè)模塊、報(bào)警模塊、顯示模塊、控制處理模塊。系統(tǒng)通過(guò)氣體檢測(cè)模塊來(lái)檢測(cè)瓦斯?jié)舛龋褭z測(cè)到的濃度信號(hào)送到單片機(jī)處理，當(dāng)檢測(cè)到瓦斯?jié)舛瘸^(guò)系統(tǒng)設(shè)置的上限值時(shí)，單片機(jī)就會(huì)控制相應(yīng)的報(bào)警電路使之發(fā)出聲光報(bào)警，并控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)排風(fēng)來(lái)降低瓦斯氣體濃度。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

整個(gè)報(bào)警系統(tǒng)采用5V的電源供電，該報(bào)警系統(tǒng)通過(guò)氣體傳感器MQ-2來(lái)實(shí)時(shí)檢測(cè)瓦斯的濃度，并把檢測(cè)到的瓦斯?jié)舛刃盘?hào)送到STC12C5A60S2單片機(jī)進(jìn)行處理。一方面，單片機(jī)把處理過(guò)的濃度信號(hào)送到LDE數(shù)碼管進(jìn)行顯示；另一方面，單片機(jī)通過(guò)鍵盤按鍵來(lái)設(shè)置瓦斯的濃度上限值，同時(shí)對(duì)傳感器采集的瓦斯?jié)舛刃盘?hào)進(jìn)行判斷，如果采集的瓦斯?jié)舛刃盘?hào)高于系統(tǒng)所設(shè)置的濃度上限值，那么單片機(jī)就會(huì)控制蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警，并控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)排風(fēng)來(lái)達(dá)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(jì)

軟件設(shè)計(jì)所要實(shí)現(xiàn)的功能是將系統(tǒng)所檢測(cè)到的瓦斯?jié)舛戎碉@示在數(shù)碼管上，同時(shí)將檢測(cè)到的濃度值與系統(tǒng)所設(shè)定的上限值進(jìn)行比較，若超過(guò)上限值，單片機(jī)就控制報(bào)警電路進(jìn)行聲光報(bào)警，同時(shí)控制控制電路的風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)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(dòng)時(shí)，因?yàn)閭鞲衅饕９ぷ餍枰A(yù)熱，在傳感器預(yù)熱的同時(shí)，通過(guò)鍵盤設(shè)定系統(tǒng)報(bào)警的瓦斯?jié)舛劝踩?。設(shè)置好安全濃度值后通過(guò)單片機(jī)對(duì)定時(shí)器、A/D轉(zhuǎn)換模塊和傳感器進(jìn)行初始化。初始化后，系統(tǒng)進(jìn)入正常的工作狀態(tài)，進(jìn)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(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，并對(duì)采樣得到的數(shù)據(jù)與系統(tǒng)設(shè)定的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

4 系統(tǒng)測(cè)試

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

測(cè)試證明：系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了瓦斯實(shí)時(shí)檢測(cè)，氣體檢測(cè)模塊來(lái)檢測(cè)瓦斯?jié)舛?，并把檢測(cè)到的濃度信號(hào)送到單片機(jī)處理，當(dāng)檢測(cè)到瓦斯?jié)舛瘸^(guò)系統(tǒng)設(shè)置的上限值時(shí)，單片機(jī)就會(huì)控制相應(yīng)的報(bào)警電路使之發(fā)出聲光報(bào)警，并控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)排風(fēng)來(lái)降低瓦斯氣體濃度。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)煤礦瓦斯報(bào)警器的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)礦井甲烷濃度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，如果濃度高于報(bào)警系統(tǒng)設(shè)置的安全值，單片機(jī)就控制報(bào)警電路進(jìn)行聲光報(bào)警，同時(shí)控制風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)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(cè)準(zhǔn)確、穩(wěn)定性好、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用，有較強(qiáng)的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1]劉西青.論國(guó)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(guó).TGS813型半導(dǎo)體氣敏傳感器及其在燃?xì)舛練鈾z測(cè)中的應(yīng)用電路[J].現(xiàn)代科學(xué)儀器，2014（3）：1-2.

[3]堂賢遠(yuǎn)，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.