基于单片机的煤矿瓦斯报警系统分析

【摘 要】本文通过对矿井瓦斯灾害预警系统的技术现状和发展前景进行的详细的研究和分析，结合相关资料，对利用新型传感器采集数据、射频技术传输数据设计方案技术的可行性进行了分析。

【关键词】矿井；瓦斯；传感器；射频

矿井安全问题己成为影响煤炭工业生产，保持矿井持续、健康发展以至于影响社会稳定的重大问题。矿井安全问题中，瓦斯爆炸是最易发生、最危险的一项因素，所以研究矿井安全问题就不得不将瓦斯灾害作为首要研究对象。监测系统对井下的环境参量进行集中、自动和连续地监测，通过装置在井下的各种传感器搜集参数，再经传输线路传到地面中心站，显示环境参数，并进行记录和打印。出现险情，系统自动报警。由于矿井环境恶劣，灾害突出，故安全监测是系统的首要任务。此系统将瓦斯灾害作为重点研究对象，所以主要是对矿井内瓦斯、CO等相关数据进行监测从而实现安全报警的目的。

一、系统组成原理

（1）系统总体架。图1各矿井分站中MSP430F1232单片机在处理传感器群采集到相应数据后，经射频芯片nRF905将数据不断地发送至中心接收模块；中心接收模块中MSP430F149单片机通过同样的射频芯片接收到各分站的各种指标数据，若有危险数据则立即启动报警装置；然后发送至管理中心模块，图2为井下部分的原理框图这里我的研究主要是研究井下分站部分。（2）系统工作原理。由于在矿井内监测各种数据指标时，需要将测得的数据传输到矿井外的中心控制模块上，所以一般采取有线传输或其他线路的方式不但安装复杂，安装后监测的设施如传感器都只能固定在一处，不方便随处监测，而且经费也会比较昂贵。针对上述弊病，此文采取另一种数据传输方式，即无线传输。由于在一个大矿井中，存在多个小分矿，且相互之间距离都不远，所以先利用射频技术将各分矿的数据收集至一处，然后将数据传输至井上。井下分站部分要测的参数很多有些需要A/D转换有些不需要在本系统中只有温度传感器不需要所以可以直接接在单片机上。（3）瓦斯传感器选型与应用。TGS2442对CO十分敏感，所以非常适合CO检测。在CO存在的情况下，传感器的电导率随空气中气体浓度增加而增大，使用简单的脉冲电压电路，以1秒的循环驱动，就可以把与该气体浓度相对应的输出信号转换为电导率。TGS2442传感器的特点：低功耗，尺寸小，对CO选择性高，灵敏度高，抑制了对酒精的灵敏度，长寿命、低成本，受温度影响小。基本电路如图3所示。CO传感器数据采集电路如图4，将CO传感器的3、1脚分别接上电源和地，4脚通过一个PNP型三极管连到电源上，基极脉冲由单片机提供，2脚通过一个电阻RL（此处作为负载，选用10kΩ）和一个NPN型三极管连到地，基极脉冲同样由单片机提供，2脚为CO气体采样脚，将数据送入A/D转换器中，从而得到数字信号送入单片机中。

二、射频模块设计

（1）工作模式配置。RF905工作模式由TRX-CE，TX-EN，PWR-UP来设置，见表1。表中“X”表示任意电平。（2）射频模块天线设计。线是电磁波沿传输线路和在空间中进行传播的接口，是通信路径中非常重要的一部分。天线是无源器件，因此发射天线所辐射的功率不可能比来自发射机并进入天线的功率更大，实际上，由于损耗的存在，前者总是比后者要小。天线是互易器件，就是说，同一种设计既可以用作发射天线，也可以用作接收天线，性能都一样地好，在无线通信中，通常是同一天线既用作发射，也用作接收。从本质上来说，发射天线的任务是将沿着传输线传输的电能转换成在空间传播的电磁波，也就是将这些电磁场“发射”到空间中去。在接收端，空间中的电场和磁场引起天线中的导线产生电流，因此一些能量从这些电磁场中传播到与接收天线相连接的传输线中，并到达接收机。天线的设计是一个很精密的工作，一个良好的天线需要考虑频带、阻抗、增益等问题。

三、结论

（1）采用了较为先进的数据采集传感器，并在部分数据上做了校正处理如瓦斯调零技术，根据实际情况运用数字传感器与模拟传感器的结合来完成数据采集。（2）在数据处理上应用了模数转换器和数字滤波方式。实现16位无误码性能，以较低的成本获取极高的分辨率。（3）构建了从分站到中心接收器数据传输方式。（4）在矿井内数据传输上，采用了高性价比的射频设施，从而保障了数据采集工作的准确性、稳定性与可靠性。

参 考 文 献

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[4]李春华，徐益民，曹政才.矿井瓦斯单片机监控系统[J].煤炭技术.2001（5）

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