童世華
摘 要:針對煤礦瓦斯爆炸事故頻發(fā)的問題,文章設(shè)計了一種以STC12C5A60S2單片機為核心的經(jīng)濟、實用的煤礦瓦斯檢測傳感報警器。該報警器系統(tǒng)主要包括氣體檢測模塊、報警模塊、顯示模塊、控制處理模塊。系統(tǒng)通過氣體檢測模塊來檢測瓦斯?jié)舛?,并把檢測到的濃度信號送到單片機處理,當(dāng)檢測到瓦斯?jié)舛瘸^系統(tǒng)設(shè)置的上限值時,單片機就會控制相應(yīng)的報警電路使之發(fā)出聲光報警,并控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)動排風(fēng)來降低瓦斯氣體濃度,同時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;傳感器;STC12C5A60S2
1 概述
隨著我國經(jīng)濟飛速發(fā)展,對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,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,除了加強礦井通風(fēng)管理外,還可以對煤礦瓦斯的濃度進行實時監(jiān)測。因此,設(shè)計出一種新型、易操作、經(jīng)濟、實用的智能瓦斯傳感報警器對于降低礦難事故的發(fā)生率來說顯得尤為必要。
2 系統(tǒng)硬件設(shè)計
針對瓦斯監(jiān)測,本文提出了以單片機STC12C5A60S2為核心的煤礦瓦斯傳感報警器設(shè)計,通過對單片機進行軟件編程來實現(xiàn)對瓦斯?jié)舛鹊臋z測、報警、顯示和控制[1-2]。該報警器系統(tǒng)主要包括氣體檢測模塊、報警模塊、顯示模塊、控制處理模塊。系統(tǒng)通過氣體檢測模塊來檢測瓦斯?jié)舛龋褭z測到的濃度信號送到單片機處理,當(dāng)檢測到瓦斯?jié)舛瘸^系統(tǒng)設(shè)置的上限值時,單片機就會控制相應(yīng)的報警電路使之發(fā)出聲光報警,并控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)動排風(fēng)來降低瓦斯氣體濃度。系統(tǒng)框圖如圖1所示。
整個報警系統(tǒng)采用5V的電源供電,該報警系統(tǒng)通過氣體傳感器MQ-2來實時檢測瓦斯的濃度,并把檢測到的瓦斯?jié)舛刃盘査偷絊TC12C5A60S2單片機進行處理。一方面,單片機把處理過的濃度信號送到LDE數(shù)碼管進行顯示;另一方面,單片機通過鍵盤按鍵來設(shè)置瓦斯的濃度上限值,同時對傳感器采集的瓦斯?jié)舛刃盘栠M行判斷,如果采集的瓦斯?jié)舛刃盘柛哂谙到y(tǒng)所設(shè)置的濃度上限值,那么單片機就會控制蜂鳴器進行報警,并控制電機轉(zhuǎn)動排風(fēng)來達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
軟件設(shè)計所要實現(xiàn)的功能是將系統(tǒng)所檢測到的瓦斯?jié)舛戎碉@示在數(shù)碼管上,同時將檢測到的濃度值與系統(tǒng)所設(shè)定的上限值進行比較,若超過上限值,單片機就控制報警電路進行聲光報警,同時控制控制電路的風(fēng)扇轉(zhuǎn)動來降低甲烷氣體濃度[3-4]。主程序流程圖如圖5所示。
當(dāng)系統(tǒng)接通電源啟動時,因為傳感器要正常工作需要預(yù)熱,在傳感器預(yù)熱的同時,通過鍵盤設(shè)定系統(tǒng)報警的瓦斯?jié)舛劝踩?。設(shè)置好安全濃度值后通過單片機對定時器、A/D轉(zhuǎn)換模塊和傳感器進行初始化。初始化后,系統(tǒng)進入正常的工作狀態(tài),進行瓦斯?jié)舛葦?shù)據(jù)采集、A/D轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)送入顯示器進行實時顯示,并對采樣得到的數(shù)據(jù)與系統(tǒng)設(shè)定的數(shù)據(jù)進行比較,然后進行數(shù)據(jù)處理。
4 系統(tǒng)測試
在進行系統(tǒng)調(diào)試時,把Keil軟件生成的Hex文件燒進單片機,對硬件電路進行通電。同時,把打火機放到氣體傳感器附近,觀察程序運行時電路所出現(xiàn)的現(xiàn)象是否為我們所要實現(xiàn)的功能,如果不是,則對出現(xiàn)該現(xiàn)象的原因進行分析,然后找到問題所在并進行分析,這樣一步一步的去解決問題直到實現(xiàn)所要的功能為止。系統(tǒng)調(diào)試圖如圖6所示。
測試證明:系統(tǒng)實現(xiàn)了瓦斯實時檢測,氣體檢測模塊來檢測瓦斯?jié)舛?,并把檢測到的濃度信號送到單片機處理,當(dāng)檢測到瓦斯?jié)舛瘸^系統(tǒng)設(shè)置的上限值時,單片機就會控制相應(yīng)的報警電路使之發(fā)出聲光報警,并控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)動排風(fēng)來降低瓦斯氣體濃度。
5 結(jié)束語
本文對煤礦瓦斯報警器的設(shè)計,實現(xiàn)對礦井甲烷濃度的實時監(jiān)測,如果濃度高于報警系統(tǒng)設(shè)置的安全值,單片機就控制報警電路進行聲光報警,同時控制風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動來降低甲烷的濃度,以此保證井下作業(yè)人員的安全。系統(tǒng)檢測準(zhǔn)確、穩(wěn)定性好、經(jīng)濟、實用,有較強的應(yīng)用前景。
參考文獻
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