PIC單片機(jī)下的智能化瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測(cè)報(bào)警儀及其設(shè)計(jì)

文/郭曉霞 張少華

我國(guó)因?yàn)榻?jīng)濟(jì)迅速增長(zhǎng)，那么隨之能源消耗速度也越來越快，煤炭作為我國(guó)的重要能源，開采速度越來越快。但是當(dāng)前的煤炭行業(yè)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(xiàn)次數(shù)越來越多，所以加強(qiáng)瓦斯管理，已經(jīng)成為當(dāng)前煤礦瓦斯監(jiān)測(cè)工作的重要內(nèi)容。煤礦生產(chǎn)安全監(jiān)控系統(tǒng)，已經(jīng)是當(dāng)前瓦斯管理工作最為重要的手段，使用監(jiān)控系統(tǒng)能夠大大減少瓦斯事故發(fā)生率，據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)表明，煤礦生產(chǎn)安全監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)于井下工作安全有著非常大的幫助，能夠提升煤礦的生產(chǎn)率，提高煤礦自動(dòng)化運(yùn)行程度，提升煤礦行業(yè)的經(jīng)濟(jì)收益，提升煤礦市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力,基于PLC單片機(jī)下的瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測(cè)報(bào)警儀就能夠很好的解決這個(gè)問題。

1 PIC單片機(jī)下的智能化瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測(cè)報(bào)警儀總體設(shè)計(jì)方案

基于PLC單片機(jī)所設(shè)計(jì)的智能化瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測(cè)報(bào)警儀的構(gòu)成主要包括模板、數(shù)據(jù)收集和數(shù)據(jù)處理、通訊、顯示、報(bào)警等等模板所構(gòu)成。主要就是在工作時(shí)，利用型號(hào)為L(zhǎng)XK-3的瓦斯?jié)舛葌鞲衅?，以此?shí)時(shí)監(jiān)控礦井下的瓦斯?jié)舛龋⑶覍?duì)其進(jìn)行收集，將收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理，將處理過的數(shù)據(jù)直接輸入到單片機(jī)中，作為整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的發(fā)出信號(hào)，此輸入量需要和單片機(jī)內(nèi)部的所設(shè)定的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，如果發(fā)現(xiàn)輸入數(shù)據(jù)超出額定數(shù)據(jù)，就會(huì)及時(shí)作出報(bào)警信號(hào)，這樣工作人員就能夠及時(shí)安排井下人員進(jìn)行撤離，這種裝置能夠與井上設(shè)備進(jìn)行連接，方便井上人員及時(shí)配合疏散。

2 PIC單片機(jī)下的智能化瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測(cè)報(bào)警儀系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 單片機(jī)的選擇

在設(shè)計(jì)瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測(cè)報(bào)警儀時(shí)需要意識(shí)到單片機(jī)作為整個(gè)裝置的核心，就需要保證單片機(jī)的穩(wěn)定，這樣才能進(jìn)而保證瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測(cè)報(bào)警儀系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定。在設(shè)計(jì)時(shí)，需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)瓦斯?jié)舛葦?shù)據(jù)，然后通過無線傳輸?shù)姆绞綄?shù)據(jù)上傳，與此同時(shí)還需要能夠顯示出相應(yīng)數(shù)據(jù)和在一定數(shù)據(jù)下進(jìn)行及時(shí)報(bào)警。通過不同的單片機(jī)型號(hào)進(jìn)行對(duì)比，選擇適合煤礦工作的相應(yīng)單片機(jī)，保證單片機(jī)能夠具備數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，能夠根據(jù)指令精準(zhǔn)操作，自身的可靠性強(qiáng)，同時(shí)能夠適應(yīng)周圍環(huán)境，自帶定時(shí)器，并不需要過多的功耗，這樣才能夠適合煤礦瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測(cè)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(gòu)成，能夠穩(wěn)定的提供不同需求的電壓，在正常電壓經(jīng)過能夠及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，以便設(shè)備得到穩(wěn)定電壓，然后在利用電壓芯片的穩(wěn)定性來保證電壓輸出穩(wěn)定，這樣就能滿足礦井瓦斯?jié)舛葓?bào)警儀的電源需求，進(jìn)而保證整個(gè)系統(tǒng)都能夠穩(wěn)定運(yùn)行，自身的工作效率能夠達(dá)到相應(yīng)要求。

2.3 數(shù)據(jù)采集和處理模板

數(shù)據(jù)采集主要包括傳感器和數(shù)據(jù)處理，這部分能夠保證實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)在相應(yīng)環(huán)境下的瓦斯?jié)舛?，通過電路線性處理來為系統(tǒng)提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)。傳感器主要是要保證能夠適應(yīng)于多種可燃?xì)怏w，這樣才能準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)出氣體的反應(yīng)數(shù)據(jù)，傳感器主要是根據(jù)瓦斯在催化原件上所出現(xiàn)的氧化反應(yīng)，進(jìn)而影響到電阻反應(yīng)，通過這樣的方法來檢查瓦斯?jié)舛?。這種方法的優(yōu)點(diǎn)就是自身的成本較低，輸出信號(hào)較大，就以1%的氣體來說，輸出功率能夠達(dá)到15mV以上，保證瓦斯?jié)舛瘸删€型增長(zhǎng)，在處理方面較為方便，而且保證反應(yīng)速度較快，具有較高的精準(zhǔn)度，更加容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)。對(duì)于數(shù)據(jù)處理主要就是對(duì)檢測(cè)信號(hào)利用集成精密儀器進(jìn)行放大，這樣就能夠得到想要的直流電信號(hào)，然后利用轉(zhuǎn)化器轉(zhuǎn)化成數(shù)字的形態(tài)，在經(jīng)過單片機(jī)進(jìn)行處理。在設(shè)計(jì)時(shí)主要依靠熱催化式元件橋式電路原理進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)于收集到的微弱信號(hào)使用集成電路，能夠放大電路，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)電路數(shù)據(jù)的對(duì)稱性反饋，提高輸入信號(hào)的抗電阻性，這樣就能夠穩(wěn)定工作點(diǎn)，利用放大差模模擬信號(hào)，具有很高的信號(hào)抗干擾能力。

2.4 通信模塊

根據(jù)煤礦井下生產(chǎn)作業(yè)的環(huán)境較為復(fù)雜，就需要使用無線傳輸?shù)姆绞綄?duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，通過下位機(jī)將數(shù)據(jù)有效收集，然后將氣體濃度傳至給上位機(jī)，這樣地面工作人員就能夠有效對(duì)其進(jìn)行分析。根據(jù)煤礦行業(yè)自身的需要，選擇相應(yīng)的無線傳輸裝置，能夠有效實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的收發(fā)，保證自身的抗干擾能力較強(qiáng)，而且能夠方便和通信端口進(jìn)行連接。單片機(jī)在這樣的情況下，能夠和通訊芯片進(jìn)行連接，但需要保證連接之間有電阻裝置，如果在信號(hào)接收過程中DR1低電平時(shí)，單片機(jī)數(shù)據(jù)已經(jīng)收集完成，如果為高電平時(shí)，就說明單片機(jī)正在收集數(shù)據(jù)。為了能夠減少信號(hào)之間互相干擾，就需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的電阻，這樣就能夠保證通訊設(shè)備的穩(wěn)定，在設(shè)計(jì)外圍使用天線和穩(wěn)定性較高的電容。

2.5 顯示模塊

根據(jù)煤礦行業(yè)相關(guān)安全規(guī)定的要求，在回風(fēng)流中瓦斯的濃度不能夠超過1%，在對(duì)其巷道進(jìn)行維修時(shí)，瓦斯?jié)舛炔荒軌虺^1.5%，甚至在一些場(chǎng)所中瓦斯的濃度都不能夠超過0.5%，基于單片機(jī)下的瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測(cè)報(bào)警儀就符合該要求，當(dāng)瓦斯?jié)舛瘸瑯?biāo)時(shí)，就能夠及時(shí)對(duì)其進(jìn)行報(bào)警，并且顯示相應(yīng)的瓦斯?jié)舛戎?。所顯示瓦斯?jié)舛葦?shù)所使用的設(shè)備時(shí)利用LED并聯(lián)方式顯示，經(jīng)過電阻后驅(qū)動(dòng)所需要的字符，經(jīng)過對(duì)軟件的有效編程，對(duì)其數(shù)碼管進(jìn)行掃描，保證數(shù)據(jù)在LED中成動(dòng)態(tài)顯示。

2.6 報(bào)警模塊

如果礦井內(nèi)部的瓦斯?jié)舛瘸^規(guī)定安全值時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)及時(shí)啟動(dòng)報(bào)警裝置，并且在井下和井上同時(shí)報(bào)警，進(jìn)而提醒工作人員需要進(jìn)行撤離，為礦井下的工作人員提供安全保障。報(bào)警模塊是利用單片機(jī)的構(gòu)建對(duì)其具體情況進(jìn)行控制，如果煤礦井下的瓦斯?jié)舛忍幵谡Ｇ闆r下，那么單片機(jī)的端口就會(huì)自動(dòng)輸出高電平，使得電路中的信號(hào)顯示綠色，并且在這過程中一直保持著導(dǎo)通，如果井下的瓦斯?jié)舛瘸^設(shè)定值，就會(huì)使得輸出端口顯示低電平，同時(shí)紅色警報(bào)等亮起，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

3 PIC單片機(jī)下的智能化瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測(cè)報(bào)警儀系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

PIC單片機(jī)下的智能化瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測(cè)報(bào)警儀系統(tǒng)的軟件編程主要使用的是c語言，這樣才能夠充分的發(fā)揮PLC單片機(jī)的自身優(yōu)勢(shì)，同時(shí)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(tǒng)開發(fā)效率。所寫的程序主要有主程序和子程序所構(gòu)成，如果設(shè)備已經(jīng)開始，那么相應(yīng)的單元原件就會(huì)對(duì)其各部分的變量進(jìn)行設(shè)定額定數(shù)值，當(dāng)主程序進(jìn)入執(zhí)行環(huán)境，那么礦井瓦斯?jié)舛葯C(jī)會(huì)自動(dòng)收集，經(jīng)過電路處理和數(shù)據(jù)傳輸，進(jìn)而將收集到的信號(hào)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)的內(nèi)部，和額定數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，如果瓦斯?jié)舛冗^高，那么就會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，會(huì)提醒工作人員進(jìn)行注意，與此同時(shí)在相應(yīng)的顯示器上現(xiàn)實(shí)收集到的數(shù)據(jù)信號(hào)值，利用設(shè)備傳輸?shù)缴蠈?，保證對(duì)數(shù)據(jù)的有效儲(chǔ)存。

4 結(jié)語

總的來說，隨著煤炭行業(yè)的不斷發(fā)展，需要重視作業(yè)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(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。對(duì)其井下瓦斯監(jiān)控過程中，使用PLC單片機(jī)的智能化瓦斯監(jiān)測(cè)報(bào)警儀，就能夠有效實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦井下瓦斯?jié)舛鹊臏?zhǔn)確監(jiān)測(cè)，并且能夠有效控制瓦斯?jié)舛?，?shí)施分析瓦斯在井下的數(shù)據(jù)，還能夠通過無線傳輸?shù)姆绞綄?shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。這種設(shè)備自身較為可靠，精準(zhǔn)度高，而且具有很好的穩(wěn)定性，有效提升煤礦企業(yè)相關(guān)檢測(cè)部門的管理水平。