摘要：基于單片機的瓦斯檢測報警儀是特殊的數(shù)字式的電子類瓦斯測量儀。它可以全程檢測并記錄礦井中的數(shù)據(jù)，并通過對所記錄的瓦斯信息數(shù)據(jù)進行分析，精確監(jiān)控礦井中的各種狀況。根據(jù)目前瓦斯檢測報警儀的研究現(xiàn)狀，本文設(shè)計并研發(fā)了一種全新的基于51單片機的瓦斯檢測報警儀。

關(guān)鍵詞：瓦斯監(jiān)測報警儀 單片機 數(shù)碼管

中圖分類號：TD712.55 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）10-0193-01

1 基于單片機的瓦斯檢測報警儀的研究現(xiàn)狀及意義

1.1 瓦斯監(jiān)測報警儀的研究背景

近年來，隨著經(jīng)濟的發(fā)展以及人民生活水平的普遍提高，社會對煤炭產(chǎn)業(yè)的依賴越來越大，但是煤礦事故也隨之的頻繁的發(fā)生，這是煤炭產(chǎn)業(yè)的一個不可忽視的問題。瓦斯監(jiān)測報警儀是19世紀60年代之后才率先出現(xiàn)在歐洲并得以廣泛應(yīng)用及推廣，通過對瓦斯監(jiān)測報警儀采取到的種種信息數(shù)據(jù)進行分析，從而可對煤礦的安全環(huán)境給予精準的掌控，從而有助于管理部門監(jiān)控煤礦的生產(chǎn)環(huán)境。如果瓦斯?jié)舛瘸瑯藙t會在瓦斯監(jiān)測報警儀上記錄下相關(guān)數(shù)據(jù)信息，為有關(guān)部門針對煤礦事故的處理提供真實、準確的科學依據(jù)。同時，這給煤礦企業(yè)采用科學的管理方式和給礦工的人生安全提供了相應(yīng)的保障。瓦斯監(jiān)測報警儀的使用可以對煤礦中溫度，瓦斯?jié)舛鹊刃畔⒌倪M行預(yù)警、給管理人員的管理和決策提供數(shù)據(jù)參考，保障煤炭產(chǎn)業(yè)正常運轉(zhuǎn)和規(guī)范化煤礦產(chǎn)業(yè)。

瓦斯檢測報警儀能增加礦工自身安全，另外檢測儀還具有容易配置、攜帶便利的特點，它的市場廣闊。

1.2 瓦斯檢測報警儀研究現(xiàn)狀

因為安全燈的設(shè)計原理簡單，性能穩(wěn)定性強，使用壽命長等特點，在煤礦產(chǎn)業(yè)中一直被廣泛使用。進入21世紀后新材料的不斷發(fā)現(xiàn)，單片機技術(shù)的不斷革新，性能的不斷提高。瓦斯檢測報警儀逐步向智能化，高精度的方向發(fā)展。

目前瓦斯檢測儀器向智能化，自動化方面轉(zhuǎn)換。基于單片機的瓦斯檢測儀主要依據(jù)是單片機為核心進行設(shè)計的，傳感器設(shè)計的智能煤礦瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)速度快，低功耗、多功能、集成化方向的發(fā)展，單片機具有受集成限制，片內(nèi)存儲存量較小，可靠性好，擴展簡單，控制功能強等特點，因此，基于單片機的智能煤礦瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)的研究和開發(fā)生產(chǎn)具有十分廣泛的現(xiàn)實市場和潛在的市場[1]。因為工業(yè)生產(chǎn)工藝提高，科學技術(shù)的更新，單片機的功能更加豐富，成本也逐步降低。隨之瓦斯檢測報警儀的性能越來越好。

1.3 課題的研究意義

本次設(shè)計能夠?qū)崿F(xiàn)瓦斯檢測報警儀器能夠是現(xiàn)在各種環(huán)境下正常運轉(zhuǎn)，實現(xiàn)對煤礦中瓦斯的濃度、溫度的準確測量，同時儀器還增加了聲光報警功能。當瓦斯?jié)舛瘸^警報值時，系統(tǒng)會及時的發(fā)出報警聲音，提示管理人員及時的作出處理，避免一些危險的后果出現(xiàn)。同時，本次設(shè)計中加入了數(shù)碼管顯示器，使整個系統(tǒng)能夠?qū)崟r的顯示當前的各種數(shù)據(jù)信息，方便駕駛員進行觀察和根據(jù)數(shù)據(jù)做出合適的處理。

2 基于單片機的瓦斯檢測報警儀的總體設(shè)計

2.1 系統(tǒng)設(shè)計要求

系統(tǒng)的設(shè)計要求如下：能夠?qū)崟r監(jiān)控并記錄工作中瓦斯?jié)舛鹊闹岛蜏囟戎?；能夠顯示瓦斯?jié)舛鹊燃壒δ埽荒軌蛟O(shè)置瓦斯?jié)舛群透邷貓缶?；具有超越上限觸發(fā)報警的性能；具有能夠?qū)崿F(xiàn)手動報警和解除報警的功能。

2.2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計

2.2.1 儀器的功能要求及技術(shù)性能指標

根據(jù)國家標準GB 13486--2014《瓦斯檢測監(jiān)控標準》的要求，傳感器是各類檢測儀器和監(jiān)測設(shè)備的主要部件，其性能的好壞直接影響到儀器的技術(shù)指標和監(jiān)測系統(tǒng)的可靠性[2]，基于單片機的瓦斯監(jiān)測報警儀的性能應(yīng)該滿足如下幾個方面的要求。

（1）電氣性能要求：報警儀的供電系統(tǒng)一般為普通的蓄電池，由于瓦斯?jié)舛鹊牡母淖?，報警儀供電系統(tǒng)的輸出電壓會出現(xiàn)一定范圍的波動；而且隨著降壓電源使用壽命和工作狀態(tài)等的不同，其輸出電壓通常都會有一定幅度的波動，進而影響到整個監(jiān)測系統(tǒng)的供電電壓。對此，依托國家的標準GB 13486--2014規(guī)定瓦斯檢測報警儀可以在適度范圍內(nèi)失準視為正確的工作狀態(tài)。

（2）數(shù)據(jù)安全性：瓦斯監(jiān)測報警儀應(yīng)保護數(shù)據(jù)被不會更改或刪除，因此可以在瓦斯監(jiān)測報警儀硬件和軟件系統(tǒng)這兩個方面來實現(xiàn)：

硬件上，應(yīng)該在瓦斯監(jiān)測報警儀的主機上或著其它合適的地方采用可靠安全防護措施（如鉛封）杜絕數(shù)據(jù)儲存器等重要元器件被更換的可能。

軟件上，瓦斯監(jiān)測儀主機內(nèi)有關(guān)采集到的原始數(shù)據(jù)不能夠?qū)崿F(xiàn)通過外部操作來實現(xiàn)任何數(shù)據(jù)的改動或刪除。

（3）電器環(huán)境適應(yīng)性：報警儀中的瓦斯檢測傳感器（Q-5）在工作的時候發(fā)生化學反應(yīng)。催化元件大部分采用鈀催化劑，它可降低可燃氣體和氧氣發(fā)生氧化還原反應(yīng)的活化能，但是對環(huán)境有一定要求[3]。瓦斯監(jiān)測報警儀在經(jīng)受不同的氣候環(huán)境檢測試驗后，應(yīng)該具有無任何電氣故障，機殼、接口等方面不應(yīng)有較為嚴重物理變形；其記錄功能、顯示功能等應(yīng)該繼續(xù)保持正常共組；在試驗中存儲的數(shù)據(jù)不應(yīng)該出現(xiàn)丟失或變動情形。

（4）機械環(huán)境適應(yīng)性：瓦斯檢測報警儀在經(jīng)受各種機械環(huán)境試驗后，應(yīng)該無永久性結(jié)構(gòu)變形，元器件應(yīng)無物理損壞，儀器應(yīng)該無電氣故障，儀器的固定部分應(yīng)該牢固，接口、插頭等部件之間數(shù)據(jù)通信良好；瓦斯檢測儀器的存儲數(shù)據(jù)功能、信息顯示功能等應(yīng)保持正常運行；試驗前存儲的重要信息不應(yīng)具有損壞或清空現(xiàn)象。

2.2.2 主板的功能與設(shè)計

主板：包括有中央處理器（STA89S52）、信息采集裝置、信息存儲裝置、ADC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片、DS18B20溫度傳感器，數(shù)據(jù)通信接口及供電裝置等。

主板以AT89S52作為主處理器。數(shù)據(jù)采集模塊采用SPI總線的方式與CPU進行數(shù)據(jù)交換。獲取環(huán)境中的瓦斯氣體信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換、濾波后，傳輸?shù)綌?shù)據(jù)總線中，單片機利用其外部中斷對獲得的實時的氣態(tài)信號進行處理，進而得到空氣中瓦斯的濃度和溫度等信息。

“看門狗”復位裝置具有保護作用，可以防止單片機受到外界干擾導致系統(tǒng)崩潰，系統(tǒng)掉電保護裝置具有防止供電系統(tǒng)出現(xiàn)故障造成數(shù)據(jù)的丟失，整個主機部分的整體設(shè)計采用了高性能和安全系數(shù)高、實用的設(shè)計思想理念。

面板上含有人際互動的特性。其中包括led燈、電源按鍵、獨立按鍵，數(shù)碼管和蜂鳴器。

參考文獻

[1]楊麗娜，張麗蓉.礦井瓦斯的數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)設(shè)計[J].北京：煤礦機械出版社，2009.

[2]王大勇.煤礦瓦斯超標自動報警系統(tǒng)設(shè)計[J].遼寧技術(shù)工程大學.2012.

[3]李華.MCS一51系列單片機實用接口技術(shù)[M].北京航空航天大學出版社.2004.

收稿日期：2016-09-19

作者簡介：丁玲玲（1977—），女，漢族，山東濰坊人，中國海洋大學碩士，淄博職業(yè)學院，講師，研究方向：計算機應(yīng)用技術(shù)，計算機網(wǎng)絡(luò)。