煤礦溫度和瓦斯濃度無(wú)線(xiàn)監測系統的設計

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(zhù)舉足輕重的作用，關(guān)系著(zhù)國民經(jīng)濟的命脈。煤炭開(kāi)采中的安全問(wèn)題一直是受到極大重視的。如果一旦出現安全問(wèn)題，不僅會(huì )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(lái)，我國煤炭開(kāi)采的安全問(wèn)題形勢不容樂(lè )觀(guān)，各地礦難時(shí)有發(fā)生，特別是一些小煤礦更存在著(zhù)嚴重的安全隱患。所以，采取現代安全監測措施勢在必行。
隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，煤炭開(kāi)采中安全監測的現代化步伐也在不斷前進(jìn)。煤礦安全監測的參數有很多，其中瓦斯濃度是個(gè)很重要的參數．如果濃度過(guò)大，容易造成爆炸危險，后果不堪設想，同樣溫度也是一個(gè)很重要的參數。
很多系統采用有線(xiàn)傳輸的方式，但存在著(zhù)布線(xiàn)困難，價(jià)格昂貴的缺點(diǎn)?；谝陨?，本文設計了一種煤礦溫度和瓦斯濃度無(wú)線(xiàn)監測系統。

1 系統組成及工作原理
整個(gè)系統由主控室PC機、上位機、下位機組成，通信采用無(wú)線(xiàn)通信方式，系統整體框圖如圖1所示。

整個(gè)系統包括240個(gè)下位機、一個(gè)上位機和一臺PC機。本系統采用無(wú)線(xiàn)通信方式，上位機發(fā)同步信號，下位機依次在各自時(shí)隙向上位機發(fā)送數據，每隔15分鐘發(fā)送一次。瓦斯傳感器將瓦斯濃度轉化為電信號，輸出的電壓幅值和濃度成正比，溫度傳感器使用數字溫度傳感器。下位機由單片機和無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊組成，用于現場(chǎng)監測，對采集到的數據進(jìn)行打包，并通過(guò)無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊將數據傳給上位機。上位機也是由單片機和無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊組成，主要作用是負責整個(gè)系統的同步和接收下位機發(fā)送來(lái)的數據，并轉發(fā)給PC機。
本系統采用TI公司生產(chǎn)的MSP430F135單片機，它具有以下特點(diǎn)：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轉換器，比較器，兩個(gè)16位定時(shí)器，6個(gè)8位并行端口等。無(wú)線(xiàn)通信采用CHIPCON公司生產(chǎn)的CCl000無(wú)線(xiàn)收發(fā)芯片，它工作在300 MHz～1 000 MHz范圍內的ISM頻段，通常應用于低功耗無(wú)線(xiàn)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 數據的采集
DSl8820采用單總線(xiàn)通信方式，與單片機連接時(shí)只需要外接一個(gè)5．1 kΩ左右的上拉電阻，選用外部電源供電，外圍電路簡(jiǎn)單明了。測溫的范圍是一55℃～+125℃。轉換結果為9～12位，當結果為12位時(shí)，最小分辨率可以達到O．062 5℃。在本系統中，在初始化階段將轉換結果設置為9位，相應的分辨率為O．5℃，并且完成一次轉換只需要93．75 ms，遠遠小于12位轉換時(shí)所需的750 ms。由于在數據幀中用一個(gè)字節表示溫度，所以要進(jìn)行一次右移，結果為整數。
每次數據發(fā)送之前進(jìn)行10次溫度數據的采集，然后取平均值，以保證數據更加可靠、準確。
MJC4／3．0L型催化元件根據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(gè)臂，遇可燃性氣體時(shí)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(diǎn)：橋路輸出電壓呈線(xiàn)性，響應速度快，元件工作穩定，能夠抗H2S中毒。被廣泛應用于工業(yè)現場(chǎng)的天然氣、液化氣、煤氣、烷類(lèi)等可燃性氣體及汽油、醇、酮、苯等有機溶劑蒸汽的濃度檢測。
在本系統中MJC4／3．OL后接放大電路，瓦斯濃度是一個(gè)變化的量，相應的輸出電壓也就跟著(zhù)變化，在實(shí)際中，工作人員希望得到的是比較準確的峰值，所以本系統采用了峰值檢測電路，如圖2所示。