煤礦溫度和瓦斯?jié)舛葻o(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

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(guān)系著國(guó)民經(jīng)濟(jì)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(xiàn)安全問(wèn)題，不僅會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，而且直接威脅到煤炭工人的生命安全。近年來(lái)，我國(guó)煤炭開(kāi)采的安全問(wèn)題形勢(shì)不容樂(lè)觀，各地礦難時(shí)有發(fā)生，特別是一些小煤礦更存在著嚴(yán)重的安全隱患。所以，采取現(xiàn)代安全監(jiān)測(cè)措施勢(shì)在必行。
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，煤炭開(kāi)采中安全監(jiān)測(cè)的現(xiàn)代化步伐也在不斷前進(jìn)。煤礦安全監(jiān)測(cè)的參數(shù)有很多，其中瓦斯濃度是個(gè)很重要的參數(shù)．如果濃度過(guò)大，容易造成爆炸危險(xiǎn)，后果不堪設(shè)想，同樣溫度也是一個(gè)很重要的參數(shù)。
很多系統(tǒng)采用有線傳輸?shù)姆绞?，但存在著布線困難，價(jià)格昂貴的缺點(diǎn)?；谝陨希疚?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/設(shè)計(jì)">設(shè)計(jì)了一種煤礦溫度和瓦斯濃度無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

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

整個(gè)系統(tǒng)包括240個(gè)下位機(jī)、一個(gè)上位機(jī)和一臺(tái)PC機(jī)。本系統(tǒng)采用無(wú)線通信方式，上位機(jī)發(fā)同步信號(hào)，下位機(jī)依次在各自時(shí)隙向上位機(jī)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(hào)，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(jī)由單片機(jī)和無(wú)線收發(fā)模塊組成，用于現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行打包，并通過(guò)無(wú)線收發(fā)模塊將數(shù)據(jù)傳給上位機(jī)。上位機(jī)也是由單片機(jī)和無(wú)線收發(fā)模塊組成，主要作用是負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的同步和接收下位機(jī)發(fā)送來(lái)的數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)發(fā)給PC機(jī)。
本系統(tǒng)采用TI公司生產(chǎn)的MSP430F135單片機(jī)，它具有以下特點(diǎn)：功耗低，工作電流是微安級(jí)；速度快，最快指令周期達(dá)到125 ns，外圍部件豐富，擁有A／D轉(zhuǎn)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)線通信采用CHIPCON公司生產(chǎn)的CCl000無(wú)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(yīng)用于低功耗無(wú)線通信。溫度傳感器使用DALLAS公司的DSl8820。瓦斯傳感器使用我國(guó)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(jī)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(cè)溫的范圍是一55℃～+125℃。轉(zhuǎn)換結(jié)果為9～12位，當(dāng)結(jié)果為12位時(shí)，最小分辨率可以達(dá)到O．062 5℃。在本系統(tǒng)中，在初始化階段將轉(zhuǎn)換結(jié)果設(shè)置為9位，相應(yīng)的分辨率為O．5℃，并且完成一次轉(zhuǎn)換只需要93．75 ms，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于12位轉(zhuǎn)換時(shí)所需的750 ms。由于在數(shù)據(jù)幀中用一個(gè)字節(jié)表示溫度，所以要進(jìn)行一次右移，結(jié)果為整數(shù)。
每次數(shù)據(jù)發(fā)送之前進(jìn)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(zhǔn)確。
MJC4／3．0L型催化元件根據(jù)催化燃燒效應(yīng)的原理工作，由檢測(cè)元件和補(bǔ)償元件配對(duì)組成電橋的兩個(gè)臂，遇可燃性氣體時(shí)檢測(cè)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(bǔ)償元件起到溫濕度補(bǔ)償作用。它具有以下特點(diǎn)：橋路輸出電壓呈線性，響應(yīng)速度快，元件工作穩(wěn)定，能夠抗H2S中毒。被廣泛應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)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(jī)溶劑蒸汽的濃度檢測(cè)。
在本系統(tǒng)中MJC4／3．OL后接放大電路，瓦斯?jié)舛仁且粋€(gè)變化的量，相應(yīng)的輸出電壓也就跟著變化，在實(shí)際中，工作人員希望得到的是比較準(zhǔn)確的峰值，所以本系統(tǒng)采用了峰值檢測(cè)電路，如圖2所示。