基于單片機的煤礦瓦斯檢測傳感報警器的設計

童世華

摘 要：針對煤礦瓦斯爆炸事故頻發的問題，文章設計了一種以STC12C5A60S2單片機為核心的經濟、實用的煤礦瓦斯檢測傳感報警器。該報警器系統主要包括氣體檢測模塊、報警模塊、顯示模塊、控制處理模塊。系統通過氣體檢測模塊來檢測瓦斯濃度，并把檢測到的濃度信號送到單片機處理，當檢測到瓦斯濃度超過系統設置的上限值時，單片機就會控制相應的報警電路使之發出聲光報警，并控制風扇轉動排風來降低瓦斯氣體濃度，同時提醒井下礦工的撤離，以此避免人員傷亡。

關鍵詞：瓦斯爆炸；濃度監測；傳感器；STC12C5A60S2

1 概述

隨著我國經濟飛速發展，對煤炭的需求量不斷增加。因此，仍然存在著許多煤礦企業。由于煤礦企業發展不均衡，有的煤礦企業設備先進，有的煤礦企業設備較落后，導致礦難事故不斷發生。在礦難中，絕大部分都是由瓦斯爆炸而引起的，使得煤炭的開采面臨著嚴峻的挑戰。

降低瓦斯爆炸事故的發生，除了加強礦井通風管理外，還可以對煤礦瓦斯的濃度進行實時監測。因此，設計出一種新型、易操作、經濟、實用的智能瓦斯傳感報警器對于降低礦難事故的發生率來說顯得尤為必要。

2 系統硬件設計

針對瓦斯監測，本文提出了以單片機STC12C5A60S2為核心的煤礦瓦斯傳感報警器設計，通過對單片機進行軟件編程來實現對瓦斯濃度的檢測、報警、顯示和控制[1-2]。該報警器系統主要包括氣體檢測模塊、報警模塊、顯示模塊、控制處理模塊。系統通過氣體檢測模塊來檢測瓦斯濃度，并把檢測到的濃度信號送到單片機處理，當檢測到瓦斯濃度超過系統設置的上限值時，單片機就會控制相應的報警電路使之發出聲光報警，并控制風扇轉動排風來降低瓦斯氣體濃度。系統框圖如圖1所示。

整個報警系統采用5V的電源供電，該報警系統通過氣體傳感器MQ-2來實時檢測瓦斯的濃度，并把檢測到的瓦斯濃度信號送到STC12C5A60S2單片機進行處理。一方面，單片機把處理過的濃度信號送到LDE數碼管進行顯示；另一方面，單片機通過鍵盤按鍵來設置瓦斯的濃度上限值，同時對傳感器采集的瓦斯濃度信號進行判斷，如果采集的瓦斯濃度信號高于系統所設置的濃度上限值，那么單片機就會控制蜂鳴器進行報警，并控制電機轉動排風來達到降低甲烷濃度的目的。硬件系統電路如圖2、3、4所示。

3 系統軟件設計

軟件設計所要實現的功能是將系統所檢測到的瓦斯濃度值顯示在數碼管上，同時將檢測到的濃度值與系統所設定的上限值進行比較，若超過上限值，單片機就控制報警電路進行聲光報警，同時控制控制電路的風扇轉動來降低甲烷氣體濃度[3-4]。主程序流程圖如圖5所示。

當系統接通電源啟動時，因為傳感器要正常工作需要預熱，在傳感器預熱的同時，通過鍵盤設定系統報警的瓦斯濃度安全值。設置好安全濃度值后通過單片機對定時器、A/D轉換模塊和傳感器進行初始化。初始化后，系統進入正常的工作狀態，進行瓦斯濃度數據采集、A/D轉換，轉換后的數據送入顯示器進行實時顯示，并對采樣得到的數據與系統設定的數據進行比較，然后進行數據處理。

4 系統測試

在進行系統調試時，把Keil軟件生成的Hex文件燒進單片機，對硬件電路進行通電。同時，把打火機放到氣體傳感器附近，觀察程序運行時電路所出現的現象是否為我們所要實現的功能，如果不是，則對出現該現象的原因進行分析，然后找到問題所在并進行分析，這樣一步一步的去解決問題直到實現所要的功能為止。系統調試圖如圖6所示。

測試證明：系統實現了瓦斯實時檢測，氣體檢測模塊來檢測瓦斯濃度，并把檢測到的濃度信號送到單片機處理，當檢測到瓦斯濃度超過系統設置的上限值時，單片機就會控制相應的報警電路使之發出聲光報警，并控制風扇轉動排風來降低瓦斯氣體濃度。

5 結束語

本文對煤礦瓦斯報警器的設計，實現對礦井甲烷濃度的實時監測，如果濃度高于報警系統設置的安全值，單片機就控制報警電路進行聲光報警，同時控制風扇的轉動來降低甲烷的濃度，以此保證井下作業人員的安全。系統檢測準確、穩定性好、經濟、實用，有較強的應用前景。

參考文獻

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