1、 瓦斯气体浓度检测调节系统设计瓦斯气体浓度检测调节系统设计 前言前言 瓦斯（CH4 的俗称)矿井在我国煤矿生产矿井中所 占比重很大，随着矿井开采强度和深度的增加，瓦斯 涌出量也在不断增加，瓦斯积聚可能引起瓦斯事故， 及时掌握煤矿井下瓦斯动态是一件十分重要的工作。 瓦斯浓度检测仪器就是用来监视矿井瓦斯动态的有效 工具。鉴于瓦斯在矿井中存在的普遍性及其可能造成 灾害的严重性， 瓦斯浓度检测仪器在煤矿是数量最多， 使用最普遍的安全检测仪器，而且也是煤炭系统研制 种类最多的仪器。煤炭是支持我国国民经济发展的主 要能源，煤炭生产，作为我国能源工业的支柱，其地 位将是长期的，稳定的，但是煤炭工业的安全生产
2、状 况却不容乐观，中小型煤矿的情况尤为严重，已经直 接威胁到整个煤炭工业的稳定生产，给国家财产和人 民生命造成了很大的损失，作为“万恶之首”的瓦斯 爆炸事故更是重大事故发生率之首。在最近年，又接 连发生了多起瓦斯爆炸事故，事故的结果触目惊心， 因此及时的了解和控制矿道中瓦斯气体的浓度迫切的 需要。 煤矿生产安全监控系统，是目前为止实际通风瓦 斯管理工作中最重要和最有效的自动化手段，已经装 备监控系统的煤矿的瓦斯事故发生率大为下降，实践 证明，煤矿生产安全监控系统对保障煤矿安全生产， 提高煤矿生产率，提高煤矿自动化程度以及促进煤矿 管理现代化水平，都有着举足轻重的作用。煤矿生产 安全监控系统，是
3、目前为止实际通风瓦斯管理工作中 最重要和最有效的自动化手段，已经装备监控系统的 煤矿的瓦斯事故发生率大为下降，实践证明，煤矿生 产安全监控系统对保障煤矿安全生产，提高煤矿生产 率，提高煤矿自动化程度以及促进煤矿管理现代化水 平，都有着举足轻重的作用。 一一 实习目的实习目的 通过设计对矿道中瓦斯气体浓度进行及时的检测 和控制。当矿道中瓦斯气体浓度异常时会通过相应的 设备采取某种措施降低瓦斯浓度。 二二 实习时间实习时间 2012 年 9 月 3 日-2012 年 9 月 16 日 三三 实习地点实习地点 四四 实习单位实习单位 五五 实习内容实习内容 系统概述系统概述 随着超大规模数字集成电路
4、、单片机技术的飞速 发展，利用单片机及其它外围芯片实现对瓦斯的监测 成为一种可能，并且成为一种发展趋势。它具有体积 小、操作简单、携带方便、功能较齐全等优点，而且 性能价格比也很高，应用前景非常广泛。因此此次设 计整体上是基于 STC89S52 单片机来实现煤矿瓦斯浓 度监测报警。在这里我们运用到的气敏传感器是 MQ-4，它是用来检测外部瓦斯的浓度（其检测到的浓 度值为模拟量） ， 并将检测到的模拟信号转化为电压信 号输出出来。然后再将电压信号输入到 PCF8591 进行 A/D 转换变换成数字信号，并在 52 单片机的控制下将 其输入，然后在内部软件编程下进行数值变换处理。 在单片机进行完数
5、据处理后就将其结果输出显示，从 而显示出瓦斯气体的浓度，其中显示部分我们采用诺 基亚 5110 型号液晶显示， 用于显示瓦斯浓度值。 若实 际瓦斯浓度超限（浓度超限预警值可键盘控制输入） 则在单片机的控制下进行声光报警。提醒生产人员离 开，避免生产事故。同时在正常情况下向矿道内通风 的风机开始停止然后在正转排出矿道内高浓度瓦斯气 体使瓦斯浓度恢复到正常范围，当恢复到正常范围后 风机由反转到停止然后再正转为矿道通风。 系统框图系统框图 此次设计的煤矿瓦斯监测报警器的系统框图如下 所示：主要由气体传感器 MQ-4、A/D 转换器 PCF8591、 单片机 STC89C52、LED 显示电路、键盘控
6、制电路、报 警装置 交流电机控制装置和附件电路组成。 设计流程图设计流程图 单片机单片机 由图可以看出煤矿瓦斯监测报警器的硬件部分设 计是以单片机系统为核心， 用于整个设计的数据处理、 声光报警电路，风机转动控制等正常工作。在这里我 们选用 ATMEL 公司生产的 8 位单片机 STC89C52。在使 用本款单片机前我们对这款单片机进行了相关知识的 查询，具体如下： 上拉电阻上拉电阻：就是从电源高电平引出的电阻接到输 出。 如果电平用 OC(集电极开路， TTL)或 OD(漏极开路， COMS)输出，那么不用上拉电阻是不能工作的， 这个 很容易理解，管子没有电源就不能输出高电平了。如 果输出电流比较大，输出的电平就会降低（电路中已 经有了一个上拉电阻，但是电阻太大，压降太高） ，就 可以用上拉电阻提供电流分量， 把电平“拉高”。 （就 是并一个电阻在 IC 内部的上拉电阻上， 让它的压降 小一点） 。 当然管子按需要该工作在线性范围的上拉电 阻不能太小。当然也会用这个方式来实现门电路电平 的匹配。 需要注意的是，上拉电阻太大会引起输出电平的 延迟。 （
