便携式矿用瓦斯检测系统的研究

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1、便携式矿用瓦斯检测系统的研究摘要：确保煤矿能够安全生产的一项主要措施就是对矿井里面的可燃危险气体进行检测。基于此项目标，木文设计出一种便携式矿用瓦斯检测系统，轻便小巧，方便对矿井里面的瓦斯浓度进行测量，发现问题及时报警。本文研究分析了便携式矿用乩斯监测系统的软件及硬件设计。关键词：便携式矿用瓦斯检测矿井瓦斯爆炸是一项主耍的影响煤矿安全的因素，预防瓦斯爆炸可以降低煤矿安全隐患，具有重大的经济、社会效益。发生瓦斯爆炸的两项因＞：①瓦斯浓度为5%-16%；②存在电火花、裸火、灼热导体等点火源，且温度大于650-750度【1】。为了确保煤矿的生产安全，需要对矿井里面的可燃危险气体

2、进行检测。以下分析一种利用单片机集成瓦斯传感器等器件的便携式矿用瓦斯检测系统。一、便携式矿用瓦斯检测系统1、系统的整体结构此项系统主要以单片机作核心进行设计，配置A/D转换电路以及瓦斯传感器，报警、按键电路等。2、系统工作原理信号采集器模块包括瓦斯传感器、温度传感器及信号调理电路等组成，利用瓦斯传感器对收集到的乩斯气体浓度进行转换，使其成为与之相应的模拟信号，利用A/D转换电路、信号放大电路进行放大转换，传输至主控制器的单片机里面处理，发现瓦斯气体浓度比预先设定的值高，就会立刻通过主控制器发出蜂鸣报警。二、系统软件设计系统软件包括了两部分内容：数据釆样处理子程序、系统主程

3、序。系统打开接入电源Z后，会先进行初始化设置，然后实施主循环扫描,查看是否有按键按下，发现需要按下的按键，将会设定出瓦斯浓度报警的上限值；如未发现需按下按键，会调用数据采样处理子程序先对数据实施采集、处理。调出数据釆样处理子程序之后会运行子系统，利用A/D转换电路将瓦斯传感器釆集到的数据进行转换，把转换后的数据信号传送至8位单片机进行零点修止和滤波，然后将瓦斯浓度计算出來，如果计算所得数值比设定的报警上限值大，自动报警，如果计算数值〈设定的报警上限值，关闭报警蜂鸣器返回。三、系统硕件电路设计1、系统主控电路的设计系统的主控电路整合了各功能的电路，主要进行信息数据的采集处理

4、及下达报警指令等。采用8片单片机，功耗低，具有可编程flash存储器,16位可编程计数器（3个），RAM（256字节），8位微控制器，屮断源（6个）以及看门狗定时器等，可满足设计的需求。2、A/D转换电路的设计采用LTC1865数模转换器，工作电源需5V,确保在-40°C至125°C的范I羽内均可以正常工作。各器件的最大采样率为250kS/s,电流最大不超过800uAo采样速率降低，供电电流随之减小。系统提供软件可编通道，可依据需求设置参考电压。3、信号采集模块设计瓦斯、温度传感器以及信号调理电路形成了信号采集模块。选用PtlOO型钳电阻作为测温元件，因为它的测温范围在-

5、200°C至850°C范围内，相对较为宽广，对矿井内的温度控制点检测较适用。瓦斯传感器选用MJC4/30L性催化元件，因为它能够依据催化燃烧效应，利用检测、补偿元件形成的电桥臂，应用补偿元件起到参比温度补偿作用。因为MJC4/30L输出电压不能满足系统主控电路的需求，因此需耍利用调整放人器将输出信号放大。采用LM324放大器，不但可以起到放大作用，还能滤波，以便检测信号能够完整的送入A/D转换电路进行转换。4、报警模块的电路设计采用蜂鸣器实现报警功能，将蜂鸣器的一端相接地，一端和发射机相连接，由发射极驱动使其完成报警工作。5、键盘模块的电路设计键盘主要设定瓦斯浓度报警值，

6、一共有3个按键，连接P2.0-P2.2口，并以此作为引脚将高电平输出，一旦按键按下之后，引脚就会变为低电平,查看引脚电平，可确定按键按下状况，从而选择子程序。6、电源管理模块的电路设计便携式仪表已经是目前仪表行业的发展趋势，可以将硬件看做完整单片机系统，存在各种输入输出，因此系统的电源是重要的一部分。由于便携式仪表一般情况下由一个处理器和外围器件组成，各模块电源要求不相同，电源模块就要将电池电源进行转换，使各系统模块能止常工作，应选择集成电源稳定压变换器件将外須电路简单化【2】。对于5V电源的实现，利用MAX756设计了一个便携的直流供电5V电源，MAX756的输入电压范

7、围相对较为宽广，能够在2.7-5.5V之间进行输出电压的调节，在便携式仪器的供电系统中应用极为方便。电源电路图如图1所示。图5便携式电源电路图四、试验结果及分析甲烷是瓦斯的主要成分，瓦斯爆炸界限为5%-16%,一旦空气中的瓦斯浓度达到这个范围，氧气浓度达到10%,就会发生瓦斯爆炸【3】。系统设定的瓦斯爆炸上限值为0.05,当浓度比0.05大时，蜂鸣器会报警。我们利用家用沼气实施模拟试验，把沼气炉放在纸箱中，纸箱底部设置一个操作口，按后接通沼气，持续8s断开沼气，实验装置贴近操作口，蜂鸣器开始报警，越接近沼气炉，蜂鸣器就不停止响