基于单片机的矿井瓦斯检测报警系统

　　0 前言

　　随着我国经济的快速发展，煤炭的消费量持续增长，特别是近几年，煤炭的价格在不断地提升，对煤炭的产量提出了更高的要求。但是，在实际的煤矿生产中，矿难事故不断发生，我国煤炭生产中每年的矿难死亡人数近万人。矿难的原因有多种多样，其中由于瓦斯爆炸而引起的矿难事故占到了相当大的一部分。因此，本文对矿井瓦斯检测报警系统进行了相关研究，设计了基于单片机的矿井瓦斯监测报警系统，该系统同时可以用于石油和化工具有爆炸危险性的行业中。

　　矿井瓦斯是多种易燃易爆气体的总称，其主要成分是甲烷，当它与空气混合的百分比达到3.5%到16%时，遇到明火就会发生爆炸。因此，对瓦斯的浓度进行实时地检测并进行相应地控制在煤矿系统中显得十分重要。当前对瓦斯的检测存在许多问题，例如检测元件的寿命较差，如果检测元件失效而又未能及时发现，则容易引起检测失效，从而造成事故。此外，探测系统容易受到矿井不良环境的影响，造成传感器零点漂移，导致传感器的工作性能不稳定。因此，在该设计中，对这些问题进行了重点研究和解决。

　　在设计中， 充分考虑了现代单片机的处理技术，极大地提高了传感器的精度等级和系统工作的稳定性。利用基于PLC 单片机的软硬件结合的形式，在提高性能的同时，降低了系统的生产成本，整个系统结构如图1 所示。

　　该系统采用电路软件和硬件相结合的方式，利用软件来实现硬件的功能时，相应的时间比用硬件实现时间相对较长，利用软件方式，可以简化硬件结构，提高硬件电路的可靠性，还可以明显地降低成本，对于本系统作用来说，相对于单片机的运算速度，瓦斯浓度的变化比较缓慢，因此，对于瓦斯监测部分，在满足可靠性和实时性的前提下尽可能地将硬件功能用软件来实现。采用较为简单的硬件形式，对于本系统的适用性和可靠性等各种性能都有很大的好处。

　　系统检测头部分的传感元件对于整个系统的性能有着很大的影响。对于传感元件的要求：(1)传感元件要工作可靠;(2)工作条件能够适应矿井恶劣的环境的要求，另外，传感元件还应该具有防爆功能。该系统选用了郑州炜盛电子公司的新型载体催化元件，相对于过去传统的催化元件，这种催化元件在相应特性，存储特性和长期稳定性等方面都有了较大程度的提高。另外，为消除温度、湿度等因素对催化元件造成漂移影响。载体催化元件由一个带催化剂的传感元件和一个不带催化元件，而其余参数完全相同的补偿元件组成。补偿元件起到温度补偿作用。传感元件和补偿元件分别装在电桥的2 个桥臂上，如图2 所示。