单片机在煤矿安全仪表中的应用

齐杰龙，高 芬

（郑州光力科技股份有限公司，河南郑州，450001）

单片机在煤矿安全仪表中的应用

齐杰龙，高 芬

（郑州光力科技股份有限公司，河南郑州，450001）

随着对瓦斯浓度检测技术的探索与研究，能检测多种安全状态参数的安全仪表应运而生，本文将以CO传感器的选择与硬件设计、软件设计两部分来研究单片机在安全仪表中是怎样发挥作用的。

安全仪表；环境参数；单片机；集成电路

0 引言

我国煤开采量很大，但是同等生产100吨煤，美国的采人员死亡率仅为我国的1/190，我国煤矿都是瓦斯矿井，其中，一半矿井为高瓦斯或者瓦斯突出矿井。从上面我们也可以看出，我国采煤技术与发达国家还有很大差距，当前煤矿安全的现状为：按键设备精度不高，测定的一氧化碳的数据不准确，并且煤矿中的信息化程度也很落后，井下的信息难以及时上传到地面控制中心。要想从源头上使煤矿安全问题不再堪忧，必须依靠当前的先进的科技水平，将煤矿安全管理以及相关的电子设备进行全面升级，其中特别注意在高瓦斯矿井运用高精度的高精度安全监测仪。研究高进度的煤矿安全仪表，对提高煤矿生产效率、降低煤矿事故、保障煤矿工作人员人身安全有着极其重要的意义。

1 煤矿安全仪表概述

煤矿安全仪表主要指的是检测煤矿井下环境参数的手持式或者固定式仪器，各类参数包括：CH4、CO、O2、温度、风速等因素。它运用的技术包含模拟分立器件以及集成电路，这些技术目前都得到了很大的发展，为保障煤矿工作人员做出了极大贡献。目前单片机与相关的芯片技术迅猛发展,基本可以达到上诉要求。下文将以单片机在一氧化碳安全仪表中的应用做出研究。目前单片机与相关的芯片技术迅猛发展,基本可以达到上诉要求。下文将以单片机在煤矿一氧化碳安全仪表中的运用做分析研究。

2 单片机技术硬件设计

目前单片机一般分为两大部分，即硬件与软件。从功能上可以划分为：手持式、固定式、监控仪器。手持式检测仪表的电源为用锂电池,可以测定一种或者是相似的多种环境参数,如便携式甲烷检定器、便携式一氧化碳检定器、便携式多用仪（可测氧气、一氧化碳、温度等）,该类仪器从功能上比较简单,主要包括检测放大电路、A/D转换电路、显示驱动电路、声光报警电路及其它辅助控制电路等。固定式检测仪表大多采用外输入电源,由电源箱提供12～24V直流本安电源。该类仪器除具备手持式仪器的基本功能外,还必须有检测信号输出的功能。监控仪器是采集环境或工作参数,根据这些参数的变化以控制生产设备。

2.1煤矿用一氧化碳传感器的硬件设计

单片机硬件技术要求：

使用环境：温度0～40℃,湿度≤98%,气压86～115kPa,风速0～8m/s。

测量范围：0～50010-6CO;允许误差:当0～10010-6CO时,误差为410-6CO,当100～50010-6CO时,误差为真值的5%。

声光报警设定：2410-6CO。

电源电压：12～24VDC（矿用本安电源供电）。

输出信号：200～1000Hz方波信号;传输距离:≥1500m。

2.2安全仪表传感器选择

MQ-2气体传感器使用二氧化锡作为气敏材料，因为其在纯净空气中电导率较低。这种传感器能够检测几种不同的可燃性气体，同时也能运用在多种环境中,因此选用为家庭或者工厂的气体泄漏监测装置也很合适的。

MQ-2技术指标：

产品型号 MQ-2产品类型 半导体气敏元件标准封装 胶木（黑胶木）检测气体 可燃气体、烟雾检测浓度 300-10000ppm（可燃气体）

标准电路条件 回路电压 Vc ≤24V DC 加热电压 VH 5.0V0.2V AC or DC 负载电阻 RL 可调标准测试条件下气敏元件特性 加热电阻 RH 31Ω3Ω（室温）加热功耗 PH ≤900mW敏感体表面电阻 Rs 2KΩ-20KΩ（in2000ppmC3H8）灵敏度 S Rs（inair）/Rs（1000ppm异丁烷）≥5 浓度斜率 α ≤0.6（R3000ppm/R1000ppmC3H8）标准测试条件 温度、湿度 20℃2℃；65%5%RH 标准测试电路 Vc:5.00.1V；VH:5.0V0.1V 预热时间不少于48小时敏感体功耗（Ps）值可用计算下式：Ps=Vc2Rs/（Rs+RL）2 传感器电阻（Rs），可用下式计算：Rs=（Vc/VRL-1）RL

3 单片机软件处理本文中选取的是51系列单片机AT89C52,显示驱动为MAX7219,定时器计数器扩展则选用的是82C53。根据技术要求,仪器有三位数码显示,显示精度为110-6CO;对应CO浓度测量范围输出200～1000Hz频率信号;驱动声光报警电路。所以该软件的设有数据采样、数字滤波及数值计算、显示驱动、信号输出控制、报警驱动等功能模块。

因为一氧化碳传感元件信号太差,经放大器放大后会出现各类干扰元素，其中主要是电源工频干扰,除了硬件电路叠加滤波外,另软件数字滤波同样比较关键。该设计中运用的是中值滤波法,也就是说在每个周期内，可以进行多次采样，采样工作完成之后，将其排序，选取中值和上次值进行比较，从而确定出最终处理方式。下图1为一氧化碳传感器单片机程序流程图。

4 结束语

煤矿安全监控系统大大削减了煤矿安全事件的发生程度。随着时代的跃进和产业的发展，对煤炭的需求量越来越大。经过几十年的开采，位于地表的煤炭几乎开采殆尽，新探测出来的煤矿不是在深深的地下就是在深海里，开采难度日益增大，危险系数明显升高。因此，开发更灵敏的煤矿安全仪表的研究势在必行。我国矿山安全应该逐步完善的检测技术标准化工作，开发新型传输技术，将单片机技术更好的运用在矿井安全仪表中。

[1]李军．51系列单片机高级实例开发指南[M]．北京：北京航空航天大学出版社.2004.

Application of single chip microcomputer in coal mine safety instrument

Qi Jielong，Gao Fen
（Zhengzhou power Polytron Technologies Inc，Henan Zhengzhou，450001）

along with the exploration and Research on gas concentration detection technology, safety instrument can detect a variety of security parameters in this paper came into being, in order to select and design of hardware and software design of the CO sensor chip in two parts to study safety instrument is how to play the role of.

safety instrument; environment parameter; MCU; integrated circuit