基于单片机的煤矿瓦斯检测传感器报警器的设计

针对煤矿瓦斯爆炸事故频发的问题，设计了一种基于单片机的经济实用的瓦斯检测传感器报警系统。报警系统主要包括气体检测模块、报警模块、显示模块、控制处理模块。该系统通过气体检测模块检测气体浓度，并将检测到的浓度信号发送给单片机进行处理。当检测到瓦斯浓度超过系统设定的上限值时，单片机控制相应的报警电路，使之声光报警，控制风机旋转以降低瓦斯浓度，同时提醒矿井矿工撤离，避免人员伤亡。

瓦斯爆炸;浓度监测;传感器;

1 概述

随着我国经济的快速发展，对煤炭的需求不断增加。因此，仍然有许多煤矿企业。由于煤矿企业发展不平衡，有的煤矿企业设备先进，有的煤矿企业设备落后，导致煤矿事故的发生。在煤矿事故中，大多数是瓦斯爆炸引起的，这给煤矿开采带来了严峻的挑战。

为了减少瓦斯爆炸事故的发生，除了加强矿井通风管理外，还可以对矿井瓦斯浓度进行实时监测。因此，有必要设计一种新型的、操作方便、经济实用的智能气体传感器报警器，以减少煤矿事故的发生。

2 系统硬件设计

针对瓦斯监测，提出了基于单片机的煤矿瓦斯传感器报警系统的设计方案，并通过单片机[1-2]的软件编程，实现了瓦斯浓度的检测、报警、显示和控制。报警系统主要包括气体检测模块、报警模块、显示模块、控制处理模块。该系统通过气体检测模块检测气体浓度，并将检测到的浓度信号发送给单片机进行处理。当检测到气体浓度超过系统设定的上限值时，单片机控制相应的报警电路，使之发出声光报警，并控制风机旋转以降低气体浓度。系统框图如图1所示。

整个报警系统采用5V电源，报警系统通过MQ-2气体传感器实时检测气体浓度，并将检测到的气体浓度信号送到单片机进行处理。一方面，单片机将浓度信号处理到LDE数码管显示;另一方面，单片机通过键盘按键设定气体浓度的上限值，判断传感器采集的气体浓度信号。当采集到的气体浓度信号高于系统设定的气体浓度上限值时，单片机控制蜂鸣器报警，控制电机旋转排气，达到降低甲烷浓度的目的。硬件系统电路如图2、3和4所示。

3 系统软件设计

软件设计的功能是在数码管上显示系统检测到的气体浓度值，并将检测值与系统设定的上限值进行比较，当超过上限值时，单片机将报警电路控制到声光报警，控制电路风扇旋转以降低甲烷气体浓度[3-4]。主程序流程图如图5所示。

当系统开启和启动时，由于传感器需要预热才能正常工作，当传感器预热时，系统报警的气体浓度安全值由键盘设定。设置好安全浓度值后，通过单片机对定时器、A/D转换模块和传感器进行初始化。初始化后，系统进入正常工作状态，进行气体浓度数据采集、A/D转换，转换后的数据送显示屏实时显示，并将采样数据与系统设置的数据进行比较，然后进行数据处理。

4 系统测试

在系统调试中，将KEIL软件生成的十六进制文件刻录到单片机上，硬件电路通电。同时，在气体传感器附近放置打火机，观察电路中的现象是否是我们想要达到的功能，如果不是，分析产生这种现象的原因。然后找出问题所在，并逐步进行分析，以解决问题，直到实现所需的功能为止。实验证明，该系统实现了气体的实时检测，气体检测模块检测气体浓度，并将检测到的浓度信号发送给单片机进行处理。当检测气体浓度超过系统设定的上限值时，单片机控制相应的报警电路，使之声光报警，并控制风机旋转以降低气体浓度。

5 结束语

本文设计的煤矿瓦斯报警装置能够实现矿井瓦斯浓度的实时监测。当浓度高于报警系统设定的安全值时，单片机将用声光报警对控制报警电路进行报警。同时控制风机旋转，降低甲烷浓度，以保证井下作业人员的安全。该系统准确、稳定、经济实用，具有较强的应用前景。