基于单片机的煤矿瓦斯检测传感报警器的设计

摘 要：针对煤矿瓦斯爆炸事故频发的问题，文章设计了一种以STC12C5A60S2纹机为核心的经济、实用的煤矿瓦斯检测传感报警器。该报警器系统主要包括气体检测模块、报警模块、显示模块、控制处理模块。系统通过气体检测模块来检测瓦斯浓度，并把检测到的浓度信号送到单片机处理，当检测到瓦斯浓度超过系统设置的上限值时，单片机就会控制相应的报警电路使之发出声光报警，并控制风扇转动排风来降低瓦斯气体浓度，同时提醒井下矿工的撤离，以此避免人员伤亡。

关键词：瓦斯爆炸；浓度监测；传感器；STC12C5A60S2

1 概述

随着我国经济飞速发展，对煤炭的需求量不断增加。因此，仍然存在着许多煤矿企业。由于煤矿企业发展不均衡，有的煤矿企业设备先进，有的煤矿企业设备较落后，导致矿难事故不断发生。在矿难中，绝大部分都是由瓦斯爆炸而引起的，使得煤炭的开采面临着严峻的挑战。

降低瓦斯爆炸事故的发生，除了加强矿井通风管理外，还可以对煤矿瓦斯的浓度进行实时监测。因此，设计出一种新型、易操作、经济、实用的智能瓦斯传感报警器对于降低矿难事故的发生率来说显得尤为必要。

2 系统硬件设计

针对瓦斯监测，本文提出了以单片机STC12C5A60S2为核心的煤矿瓦斯传感报警器设计，通过对单片机进行软件编程来实现对瓦斯浓度的检测、报警、显示和控制[1-2]。该报警器系统主要包括气体检测模块、报警模块、显示模块、控制处理模块。系统通过气体检测模块来检测瓦斯浓度，并把检测到的浓度信号送到单片机处理，当检测到瓦斯浓度超过系统设置的上限值时，单片机就会控制相应的报警电路使之发出声光报警，并控制风扇转动排风来降低瓦斯气体浓度。系统框图如图1所示。

整个报警系统采用5V的电源供电，该报警系统通过气体传感器MQ-2来实时检测瓦斯的浓度，并把检测到的瓦斯浓度信号送到STC12C5A60S2单片机进行处理。一方面，单片机把处理过的浓度信号送到LDE数码管进行显示；另一方面，单片机通过键盘按键来设置瓦斯的浓度上限值，同时对传感器采集的瓦斯浓度信号进行判断，如果采集的瓦斯浓度信号高于系统所设置的浓度上限值，那么单片机就会控制蜂鸣器进行报警，并控制电机转动排风来达到降低甲烷浓度的目的。硬件系统电路如图2、3、4所示。

3 系统软件设计

软件设计所要实现的功能是将系统所检测到的瓦斯浓度值显示在数码管上，同时将检测到的浓度值与系统所设定的上限值进行比较，若超过上限值，单片机就控制报警电路进行声光报警，同时控制控制电路的风扇转动来降低甲烷气体浓度[3-4]。主程序流程图如图5所示。

当系统接通电源启动时，因为传感器要正常工作需要预热，在传感器预热的同时，通过键盘设定系统报警的瓦斯浓度安全值。设置好安全浓度值后通过单片机对定时器、A/D转换模块和传感器进行初始化。初始化后，系统进入正常的工作状态，进行瓦斯浓度数据采集、A/D转换，转换后的数据送入显示器进行实时显示，并对采样得到的数据与系统设定的数据进行比较，然后进行数据处理。

4 系统测试

在进行系统调试时，把Keil软件生成的Hex文件烧进单片机，对硬件电路进行通电。同时，把打火机放到气体传感器附近，观察程序运行时电路所出现的现象是否为我们所要实现的功能，如果不是，则对出现该现象的原因进行分析，然后找到问题所在并进行分析，这样一步一步的去解决问题直到实现所要的功能为止。系统调试图如图6所示。

测试证明：系统实现了瓦斯实时检测，气体检测模块来检测瓦斯浓度，并把检测到的浓度信号送到单片机处理，当检测到瓦斯浓度超过系统设置的上限值时，单片机就会控制相应的报警电路使之发出声光报警，并控制风扇转动排风来降低瓦斯气体浓度。

5 结束语

本文对煤矿瓦斯报警器的设计，实现对矿井甲烷浓度的实时监测，如果浓度高于报警系统设置的安全值，单片机就控制报警电路进行声光报警，同时控制风扇的转动来降低甲烷的浓度，以此保证井下作业人员的安全。系统检测准确、稳定性好、经济、实用，有较强的应用前景。

参考文献

[1]刘西青.论国内煤矿瓦斯监控系统现状与发展[J].山西科技，2006（3）：37-39.

[2]阮维国.TGS813型半导体气敏传感器及其在燃气毒气检测中的应用电路[J].现代科学仪器，2014（3）：1-2.

[3]堂贤远，刘岐山.传感器原理及应用[M].西安：电子科技大学出版社，2015.

[4]刘爱华，满宝元.传感器原理与应用技术[M].北京：人民邮电出版社，2014.