煤礦溫度和瓦斯?jié)舛葻o線監(jiān)測系統(tǒng)的設計

O 引言
煤炭作為一種重要的能源，在工業(yè)生產(chǎn)等許多方面發(fā)揮著舉足輕重的作用，關系著國民經(jīng)濟的命脈。煤炭開采中的安全問題一直是受到極大重視的。如果一旦出現(xiàn)安全問題，不僅會造成巨大的經(jīng)濟損失，而且直接威脅到煤炭工人的生命安全。近年來，我國煤炭開采的安全問題形勢不容樂觀，各地礦難時有發(fā)生，特別是一些小煤礦更存在著嚴重的安全隱患。所以，采取現(xiàn)代安全監(jiān)測措施勢在必行。
隨著科學技術(shù)的不斷進步，煤炭開采中安全監(jiān)測的現(xiàn)代化步伐也在不斷前進。煤礦安全監(jiān)測的參數(shù)有很多，其中瓦斯濃度是個很重要的參數(shù)．如果濃度過大，容易造成爆炸危險，后果不堪設想，同樣溫度也是一個很重要的參數(shù)。
很多系統(tǒng)采用有線傳輸?shù)姆绞剑嬖谥季€困難，價格昂貴的缺點?；谝陨希疚?a class="contentlabel" href="http://www.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/設計">設計了一種煤礦溫度和瓦斯濃度無線監(jiān)測系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)組成及工作原理
整個系統(tǒng)由主控室PC機、上位機、下位機組成，通信采用無線通信方式，系統(tǒng)整體框圖如圖1所示。

整個系統(tǒng)包括240個下位機、一個上位機和一臺PC機。本系統(tǒng)采用無線通信方式，上位機發(fā)同步信號，下位機依次在各自時隙向上位機發(fā)送數(shù)據(jù)，每隔15分鐘發(fā)送一次。瓦斯傳感器將瓦斯?jié)舛绒D(zhuǎn)化為電信號，輸出的電壓幅值和濃度成正比，溫度傳感器使用數(shù)字溫度傳感器。下位機由單片機和無線收發(fā)模塊組成，用于現(xiàn)場監(jiān)測，對采集到的數(shù)據(jù)進行打包，并通過無線收發(fā)模塊將數(shù)據(jù)傳給上位機。上位機也是由單片機和無線收發(fā)模塊組成，主要作用是負責整個系統(tǒng)的同步和接收下位機發(fā)送來的數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)發(fā)給PC機。
本系統(tǒng)采用TI公司生產(chǎn)的MSP430F135單片機，它具有以下特點：功耗低，工作電流是微安級；速度快，最快指令周期達到125 ns，外圍部件豐富，擁有A／D轉(zhuǎn)換器，比較器，兩個16位定時器，6個8位并行端口等。無線通信采用CHIPCON公司生產(chǎn)的CCl000無線收發(fā)芯片，它工作在300 MHz～1 000 MHz范圍內(nèi)的ISM頻段，通常應用于低功耗無線通信。溫度傳感器使用DALLAS公司的DSl8820。瓦斯傳感器使用我國自己生產(chǎn)的MJC4／3．0L。

2 數(shù)據(jù)的采集
DSl8820采用單總線通信方式，與單片機連接時只需要外接一個5．1 kΩ左右的上拉電阻，選用外部電源供電，外圍電路簡單明了。測溫的范圍是一55℃～+125℃。轉(zhuǎn)換結(jié)果為9～12位，當結(jié)果為12位時，最小分辨率可以達到O．062 5℃。在本系統(tǒng)中，在初始化階段將轉(zhuǎn)換結(jié)果設置為9位，相應的分辨率為O．5℃，并且完成一次轉(zhuǎn)換只需要93．75 ms，遠遠小于12位轉(zhuǎn)換時所需的750 ms。由于在數(shù)據(jù)幀中用一個字節(jié)表示溫度，所以要進行一次右移，結(jié)果為整數(shù)。
每次數(shù)據(jù)發(fā)送之前進行10次溫度數(shù)據(jù)的采集，然后取平均值，以保證數(shù)據(jù)更加可靠、準確。
MJC4／3．0L型催化元件根據(jù)催化燃燒效應的原理工作，由檢測元件和補償元件配對組成電橋的兩個臂，遇可燃性氣體時檢測元件電阻升高，橋路輸出電壓變化，該電壓變量隨氣體濃度增大而成正比例增大，補償元件起到溫濕度補償作用。它具有以下特點：橋路輸出電壓呈線性，響應速度快，元件工作穩(wěn)定，能夠抗H2S中毒。被廣泛應用于工業(yè)現(xiàn)場的天然氣、液化氣、煤氣、烷類等可燃性氣體及汽油、醇、酮、苯等有機溶劑蒸汽的濃度檢測。
在本系統(tǒng)中MJC4／3．OL后接放大電路，瓦斯?jié)舛仁且粋€變化的量，相應的輸出電壓也就跟著變化，在實際中，工作人員希望得到的是比較準確的峰值，所以本系統(tǒng)采用了峰值檢測電路，如圖2所示。