基于WSN煤礦瓦斯監控系統總體設計

蔣雪琴（四川信息職業技術學院電子工程系，四川 廣元 628017）

基于WSN煤礦瓦斯監控系統總體設計

蔣雪琴
（四川信息職業技術學院電子工程系，四川 廣元 628017）

監控系統是將電子技術硬件系統作為支撐，結合計算機軟件技術，再將通信技術有機融合在一起的智能產品。將監控系統用于生生活中時候，就可以稱為安全監測監控系統。煤礦安全隱患以礦井瓦斯爆炸事故最為突出。國家對煤礦安全生產極為重視，鼓勵煤礦礦井中使用安全監控系統，能做到提前預警，做好防護工作。

瓦斯爆炸；安全生產；監控系統

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.16.051

0　前言

礦井安全監控系統一般由三部分組成：①地面監控中心（包括應用軟件、計算機及外圍設備）；②傳輸設備（包括傳輸接口、分站、傳輸線、接線盒等）；③各種數據采集裝置。煤礦安全監控系統是指對煤礦的瓦斯、風速、一氧化碳、煙霧、溫度等環境參數進行監控，用計算機分析處理并取得數據的一種系統。本文就其中一個環境參數研究，提出了瓦斯監控系統設計思路及方法。

1　系統的總體設計要求和原則

煤礦礦井瓦斯監測系統建設是礦井綜合自動化系統集成的核心內容，采用外國SCADA軟件，搭建監控平臺。通過人機界面可實時監測瓦斯監控系統工況，并可對瓦斯監控系統的I/O進行控制。通過存儲的歷史數據，可對瓦斯監控系統的設備狀況進行分析、查詢、統計。為了給用戶提供方便，煤礦礦井瓦斯監測系統的設計滿足六原則：統一化原則、數據持久性原則、業務流程合理化原則、系統訪問便捷性原則、穩定性原則、經濟性原則。

系統設計服務保證整個系統全天24小時連續。實時監控，并且能夠存儲數據，隨時調取數據分析。

2　系統的架構設計

煤礦瓦斯監測系統采用C/S三層架構模式。包含數據訪問層、業務邏輯層、表示層三層模式。該系統架構可以對數據進行修改、刪除、查找等操作；對業務規則制定，實現等操作；用于顯示數據和接受用戶輸入數據，系統交換和外觀展現，為用戶提供交互式操作界面。因此本系統采用這樣的架構來實現。

3　系統總體結構設計

本系統主要由地面監控中心設備、傳輸設備、各種傳感器組成。

監控中心監控設備包括計算機主機、交換機、打印設備、電源及避雷器等設備。系統采用分布式處理模式，結構簡潔，可操作性強，便于系統的日常維護及管理。系統主干連接為樹型結構，安裝擴展簡單。方案設計為分層結構，如圖1所示。

圖1　總體結構的設計

數據采集層：傳感器采集數據、A/D轉換、顯示與報警、斷電保護、提供電源、數據通信等工作。

傳輸平臺：工業以太環網傳輸平臺。

應用系統：地上監控中心站，負責整個系統設備數據管理、分析處理、存儲、顯示、查詢等工作。地面監控中心站及網絡終端等設備之間的連接采用局域網方式。

4　系統的技術指標

本系統需要達到技術指標，通信速率為100M，為多主并發，方式為工業以太網+現場總線結構等指標。

5　系統硬件設計

該系統必須由硬件系統支撐，硬件電路主要包含瓦斯氣體采集電路、單片機控制電路、時鐘電路、復位電路、電源電路、報警電路、顯示電路等。

（1）瓦斯氣體采集電路：瓦斯濃度測試部分電路是由氣體傳感器MQ-4組成的，其作用是將瓦斯氣體的體積分數轉化成對應的模擬電壓信號并輸出來；（2）單片機控制電路：選用AT89S52作為單片機控制電路核心元件，不僅硬件結構相對簡單，而且價格又低、功能也強、性價比較高。能夠信號失真、電磁干擾等現象的發生，是因為該單片機增加了高可靠性、安全性等功能，因此它在檢測瓦斯氣體時能夠滿足監控、信息傳送等要求；（3）時鐘電路：AT89S52的時鐘產生方式有兩種，一種是內部時鐘方式，一種是外部時鐘方式。本系統中采用了內部時鐘方式，為了盡量降低功耗的原則。單片機內部具有時鐘震蕩電路，只需要外接時鐘震蕩電路驅動，可改變單片機的工作頻率；（4）復位電路：復位電路在單片機工作中是必不可少的部件之一，單片機工作時必須處于一種確定的狀態。由于端口線電平和輸入輸出狀態的不確定可能會導致外圍設備誤動作，以至于嚴重事故的發生；內部一些控制寄存器的內容不確定也可能會導致定時器溢出、程序尚未開始就要中斷及串口亂傳向外設發送數據；（5）電源電路：任何電路都離不開電源部分。單片機需要電源才能工作。在本設計中是以AT89S52單片機為核心所設計的，它工作時需要用電源電路來驅動；（6）報警電路：單片機I/O帶負載能力低，需要在喇叭前端接入NPN三極管放大電信號，使喇叭發出的聲音更加響亮；（7）顯示電路：設計采用LCD顯示器件。

6　結束語

本文總體需求分析入手，介紹了系統的架構模式、總體設計、系統硬件電路。作為一個監控系統，要兼顧到信息間的聯系，如何為用戶提供方便，讓原本孤島信息，有效的結合在一起。

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