PIC单片机下的智能化瓦斯浓度监测报警仪及其设计

文/郭晓霞 张少华

我国因为经济迅速增长，那么随之能源消耗速度也越来越快，煤炭作为我国的重要能源，开采速度越来越快。但是当前的煤炭行业存在一些安全隐患，直接影响到人们的安全。特别是在这其中的瓦斯爆炸事故出现次数越来越多，所以加强瓦斯管理，已经成为当前煤矿瓦斯监测工作的重要内容。煤矿生产安全监控系统，已经是当前瓦斯管理工作最为重要的手段，使用监控系统能够大大减少瓦斯事故发生率，据相关数据表明，煤矿生产安全监控系统对于井下工作安全有着非常大的帮助，能够提升煤矿的生产率，提高煤矿自动化运行程度，提升煤矿行业的经济收益，提升煤矿市场的竞争力,基于PLC单片机下的瓦斯浓度监测报警仪就能够很好的解决这个问题。

1 PIC单片机下的智能化瓦斯浓度监测报警仪总体设计方案

基于PLC单片机所设计的智能化瓦斯浓度监测报警仪的构成主要包括模板、数据收集和数据处理、通讯、显示、报警等等模板所构成。主要就是在工作时，利用型号为LXK-3的瓦斯浓度传感器，以此实时监控矿井下的瓦斯浓度，并且对其进行收集，将收集到的数据进行分析、处理，将处理过的数据直接输入到单片机中，作为整个监测系统的发出信号，此输入量需要和单片机内部的所设定的数据进行比对，如果发现输入数据超出额定数据，就会及时作出报警信号，这样工作人员就能够及时安排井下人员进行撤离，这种装置能够与井上设备进行连接，方便井上人员及时配合疏散。

2 PIC单片机下的智能化瓦斯浓度监测报警仪系统硬件设计

2.1 单片机的选择

在设计瓦斯浓度监测报警仪时需要意识到单片机作为整个装置的核心，就需要保证单片机的稳定，这样才能进而保证瓦斯浓度监测报警仪系统运行的稳定。在设计时，需要实时监测瓦斯浓度数据，然后通过无线传输的方式将数据上传，与此同时还需要能够显示出相应数据和在一定数据下进行及时报警。通过不同的单片机型号进行对比，选择适合煤矿工作的相应单片机，保证单片机能够具备数据存储功能，能够根据指令精准操作，自身的可靠性强，同时能够适应周围环境，自带定时器，并不需要过多的功耗，这样才能够适合煤矿瓦斯浓度监测装置。

2.2 电源模板

这部分主要是由电源各单元、集成电路所构成，能够稳定的提供不同需求的电压，在正常电压经过能够及时进行调整，以便设备得到稳定电压，然后在利用电压芯片的稳定性来保证电压输出稳定，这样就能满足矿井瓦斯浓度报警仪的电源需求，进而保证整个系统都能够稳定运行，自身的工作效率能够达到相应要求。

2.3 数据采集和处理模板

数据采集主要包括传感器和数据处理，这部分能够保证实时监测在相应环境下的瓦斯浓度，通过电路线性处理来为系统提供相应的数据。传感器主要是要保证能够适应于多种可燃气体，这样才能准确监测出气体的反应数据，传感器主要是根据瓦斯在催化原件上所出现的氧化反应，进而影响到电阻反应，通过这样的方法来检查瓦斯浓度。这种方法的优点就是自身的成本较低，输出信号较大，就以1%的气体来说，输出功率能够达到15mV以上，保证瓦斯浓度成线型增长，在处理方面较为方便，而且保证反应速度较快，具有较高的精准度，更加容易实现自动检测。对于数据处理主要就是对检测信号利用集成精密仪器进行放大，这样就能够得到想要的直流电信号，然后利用转化器转化成数字的形态，在经过单片机进行处理。在设计时主要依靠热催化式元件桥式电路原理进行设计，对于收集到的微弱信号使用集成电路，能够放大电路，进而实现对电路数据的对称性反馈，提高输入信号的抗电阻性，这样就能够稳定工作点，利用放大差模模拟信号，具有很高的信号抗干扰能力。

2.4 通信模块

根据煤矿井下生产作业的环境较为复杂，就需要使用无线传输的方式对其数据进行传输，通过下位机将数据有效收集，然后将气体浓度传至给上位机，这样地面工作人员就能够有效对其进行分析。根据煤矿行业自身的需要，选择相应的无线传输装置，能够有效实现数据的收发，保证自身的抗干扰能力较强，而且能够方便和通信端口进行连接。单片机在这样的情况下，能够和通讯芯片进行连接，但需要保证连接之间有电阻装置，如果在信号接收过程中DR1低电平时，单片机数据已经收集完成，如果为高电平时，就说明单片机正在收集数据。为了能够减少信号之间互相干扰，就需要设计相应的电阻，这样就能够保证通讯设备的稳定，在设计外围使用天线和稳定性较高的电容。

2.5 显示模块

根据煤矿行业相关安全规定的要求，在回风流中瓦斯的浓度不能够超过1%，在对其巷道进行维修时，瓦斯浓度不能够超过1.5%，甚至在一些场所中瓦斯的浓度都不能够超过0.5%，基于单片机下的瓦斯浓度监测报警仪就符合该要求，当瓦斯浓度超标时，就能够及时对其进行报警，并且显示相应的瓦斯浓度值。所显示瓦斯浓度数所使用的设备时利用LED并联方式显示，经过电阻后驱动所需要的字符，经过对软件的有效编程，对其数码管进行扫描，保证数据在LED中成动态显示。

2.6 报警模块

如果矿井内部的瓦斯浓度超过规定安全值时，系统就会及时启动报警装置，并且在井下和井上同时报警，进而提醒工作人员需要进行撤离，为矿井下的工作人员提供安全保障。报警模块是利用单片机的构建对其具体情况进行控制，如果煤矿井下的瓦斯浓度处在正常情况下，那么单片机的端口就会自动输出高电平，使得电路中的信号显示绿色，并且在这过程中一直保持着导通，如果井下的瓦斯浓度超过设定值，就会使得输出端口显示低电平，同时红色警报等亮起，发出报警信号。

3 PIC单片机下的智能化瓦斯浓度监测报警仪系统的软件设计

PIC单片机下的智能化瓦斯浓度监测报警仪系统的软件编程主要使用的是c语言，这样才能够充分的发挥PLC单片机的自身优势，同时使用c语言所写的程序自身的可读性较高，能够有效的提升系统开发效率。所写的程序主要有主程序和子程序所构成，如果设备已经开始，那么相应的单元原件就会对其各部分的变量进行设定额定数值，当主程序进入执行环境，那么矿井瓦斯浓度机会自动收集，经过电路处理和数据传输，进而将收集到的信号传输到单片机的内部，和额定数据进行比较，如果瓦斯浓度过高，那么就会发出报警信号，会提醒工作人员进行注意，与此同时在相应的显示器上现实收集到的数据信号值，利用设备传输到上层，保证对数据的有效储存。

4 结语

总的来说，随着煤炭行业的不断发展，需要重视作业安全性，保障工作人员的人身安全，这样才能够减少煤炭行业的稳定发展。对其井下瓦斯监控过程中，使用PLC单片机的智能化瓦斯监测报警仪，就能够有效实现对煤矿井下瓦斯浓度的准确监测，并且能够有效控制瓦斯浓度，实施分析瓦斯在井下的数据，还能够通过无线传输的方式实现远程监控。这种设备自身较为可靠，精准度高，而且具有很好的稳定性，有效提升煤矿企业相关检测部门的管理水平。