CN204552829U - 一种矿井瓦斯浓度实时监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种矿井瓦斯浓度实时监测系统，包括上位机、与上位机相接的第一无线通信模块和多个分别布设在矿井内多个采煤工作面上的瓦斯浓度检测报警仪；瓦斯浓度检测报警仪包括外壳、安装支架、电子线路板以及显示器、输入键盘、温度传感器和瓦斯浓度传感器，电子线路板上设置有主控芯片以及A/D转换电路、报警电路和第二无线通信模块；主控芯片为STC89C51单片机，瓦斯浓度传感器为MQ-4气体传感器；主控芯片通过第二无线通信模块和第一无线通信模块与上位机进行通信。本实用新型电路简单、设计合理且使用操作简便、使用效果好，能有效解决现有瓦斯监测系统存在的投入成本较高、井下布线工作量大、监测位置调整不便等问题。

Description

一种矿井瓦斯浓度实时监测系统

技术领域

本实用新型涉及一种监测系统，尤其是涉及一种矿井瓦斯浓度实时监测系统。

背景技术

瓦斯是在成煤过程中形成并大量储存于煤层之中的气体，它是煤矿井下危害最大的气体。由于瓦斯气体(主要成分是甲烷)本身的危险性和对人民生产生活造成的巨大危害，因此对瓦斯浓度的检测和报警是一项必要的工作，将检测到的瓦斯浓度浓度与标准值进行比较，当高过一定浓度值时进行相应的声光报警，提醒正在作业的人员进行相应的处理，组织人员撤离或对矿井通风排气，避免不安全事故发生，对现在采矿业的安全起着非常重要的作用。现如今，为了预防瓦斯爆炸事故，各煤矿企业均采取了种种措施，如煤矿安全监控系统，其原理是在井下各个工作面设置瓦斯传感器，并通过电缆传输到地面，再通过地面中心站计算机进行数据采集处理，显示到各个终端显示器上，生产调度人员根据这些实时数据监控瓦斯浓度变化情况。上述监控系统具有瓦斯浓度检测和浓度超标报警功能，从技术手段上很好地避免了瓦斯超限作业，消除了由此产生的隐患，但实际使用时，存在投入成本较高、井下布线工作量大、监测位置调整不便等缺陷和不足。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种矿井瓦斯浓度实时监测系统，其电路简单、设计合理且使用操作简便、使用效果好，能解决现有瓦斯监测系统存在的投入成本较高、井下布线工作量大、监测位置调整不便等问题。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种矿井瓦斯浓度实时监测系统，其特征在于：包括上位机、与上位机相接的第一无线通信模块和多个分别布设在矿井内多个采煤工作面上的瓦斯浓度检测报警仪，多个所述瓦斯浓度检测报警仪均与上位机进行通信；

所述瓦斯浓度检测报警仪包括外壳、安装在所述外壳后侧壁上的安装支架、布设在所述外壳内的电子线路板以及安装在所述外壳前侧壁上的显示器、输入键盘、温度传感器和瓦斯浓度传感器，所述电子线路板上设置有主控芯片以及分别与主控芯片相接的A/D转换电路、报警电路和第二无线通信模块，所述报警电路和显示器均由主控芯片进行控制，所述显示器和输入键盘均与主控芯片相接；所述外壳通过所述安装支架固定在所述采煤工作面上；所述主控芯片为STC89C51单片机，所述温度传感器为DS18B20温度传感器，所述DS18B20温度传感器的DQ引脚与STC89C51单片机的P2.4/A12引脚相接；所述瓦斯浓度传感器为MQ-4气体传感器，所述MQ-4气体传感器与A/D转换电路相接；所述主控芯片通过第二无线通信模块和第一无线通信模块与上位机进行通信，所述第二无线通信模块和第一无线通信模块均为nRF2401无线通信模块。

上述一种矿井瓦斯浓度实时监测系统，其特征是：所述A/D转换电路为芯片ADC0804，所述MQ-4气体传感器与芯片ADC0804的VIN+引脚相接，芯片ADC0804的VIN-引脚接地；芯片ADC0804的DB0、DB1、DB2、DB3、DB4、DB5、DB6和DB7引脚分别与STC89C51单片机的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3、P1.4、P1.5、P1.6和P1.7引脚相接，芯片ADC0804的和引脚分别与STC89C51单片机的和引脚相接。

上述一种矿井瓦斯浓度实时监测系统，其特征是：所述报警电路包括扬声器B1和发光二极管D3，STC89C51单片机的P3.5/T1引脚经电阻R5后与三极管Q1的基极相接，扬声器B1的正电源端接三极管Q1的发射极且其负电源端接地，三极管Q1为NPN型三极管且其集电极接VCC电源端；发光二极管D3的阳极经电阻R6后接三极管Q1的发射极且其阴极接地。

上述一种矿井瓦斯浓度实时监测系统，其特征是：所述显示器为12864LCD液晶显示屏。

上述一种矿井瓦斯浓度实时监测系统，其特征是：所述输入键盘包括按键K1、K2、K3和K4，按键K1、K2、K3和K4的一端分别与STC89C51单片机的P2.0/A8、P2.1/A9、P2.7/A15和P2.3/A11引脚相接且其另一端均接地。

上述一种矿井瓦斯浓度实时监测系统，其特征是：所述按键K1为光标键，所述按键K2为数值增加调整按键，所述按键K3为数值减小调整按键，所述按键K4为人工启动报警按键。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、所采用的瓦斯浓度检测报警仪结构简单、设计合理且安装布设方便。

2、所采用的瓦斯浓度检测报警仪以无线通信方式与上位机进行通信，无需在矿井内布设大量电缆，并且体积小，结构轻巧且便于携带，位置移动方便。

3、所采用的瓦斯浓度检测报警仪电路简单、设计合理且接线方便、投入成本较低，主要包括主控芯片、温度传感器、瓦斯浓度传感器、显示器、输入键盘、报警电路和第二无线通信模块，以STC89C51单片机为控制核心，用MQ-4气体传感器检测瓦斯浓度，用DS18B20温度传感器检测温度，因而能实现瓦斯浓度与温度同步检测，并能对温度传感器和瓦斯浓度传感器所检测信息进行同步显示，同时能将所检测信息以无线通信方式传送至上位机。

4、使用操作简便且使用效果好、实用价值高，通过多个瓦斯浓度检测报警仪分别对矿井内多个采煤工作面进行瓦斯浓度检测及报警，能对瓦斯浓度与温度进行同步检测，实现温度与瓦斯浓度自动报警。

综上所述，本实用新型电路简单、设计合理且使用操作简便、使用效果好，能有效解决现有瓦斯监测系统存在的投入成本较高、井下布线工作量大、监测位置调整不便等问题。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型的电路原理框图。

图2为本实用新型所采用主控芯片与输入键盘的电路原理图。

图3为本实用新型所采用显示器的电路原理图。

图4为本实用新型所采用A/D转换电路的电路原理图。

图5为本实用新型所采用报警电路的电路原理图。

图6为本实用新型所采用MQ-4气体传感器的电路原理图。

附图标记说明:

1—瓦斯浓度检测报警仪；   1-1—显示器；          1-2—输入键盘；

1-3—温度传感器；         1-4—瓦斯浓度传感器；

1-5—主控芯片；           1-6—A/D转换电路；     1-7—报警电路；

1-8—第二无线通信模块；   2—上位机；

3—第一无线通信模块。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型包括上位机2、与上位机2相接的第一无线通信模块3和多个分别布设在矿井内多个采煤工作面上的瓦斯浓度检测报警仪1，多个所述瓦斯浓度检测报警仪1均与上位机2进行通信。

所述瓦斯浓度检测报警仪1包括外壳、安装在所述外壳后侧壁上的安装支架、布设在所述外壳内的电子线路板以及安装在所述外壳前侧壁上的显示器1-1、输入键盘1-2、温度传感器1-3和瓦斯浓度传感器1-4，所述电子线路板上设置有主控芯片1-5以及分别与主控芯片1-5相接的A/D转换电路1-6、报警电路1-7和第二无线通信模块1-8，所述报警电路1-7和显示器1-1均由主控芯片1-5进行控制，所述显示器1-1和输入键盘1-2均与主控芯片1-5相接。所述外壳通过所述安装支架固定在所述采煤工作面上。结合图2和图6，所述主控芯片1-5为STC89C51单片机，所述温度传感器1-3为DS18B20温度传感器，所述DS18B20温度传感器的DQ引脚与STC89C51单片机的P2.4/A12引脚相接。所述瓦斯浓度传感器1-4为MQ-4气体传感器，所述MQ-4气体传感器与A/D转换电路1-6相接；所述主控芯片1-5通过第二无线通信模块1-8和第一无线通信模块3与上位机2进行通信，所述第二无线通信模块1-8和第一无线通信模块3均为nRF2401无线通信模块。

如图4所示，本实施例中，所述A/D转换电路1-6为芯片ADC0804，所述MQ-4气体传感器与芯片ADC0804的VIN+引脚相接，芯片ADC0804的VIN-引脚接地；芯片ADC0804的DB0、DB1、DB2、DB3、DB4、DB5、DB6和DB7引脚分别与STC89C51单片机的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3、P1.4、P1.5、P1.6和P1.7引脚相接，芯片ADC0804的和引脚分别与STC89C51单片机的和引脚相接。

所述芯片ADC0804的CLK IN引脚分两路，一路经电容C1后与其VIN引脚(即第7引脚)相接，另一路经电阻R1后与其CLK R引脚相接。所述芯片ADC0804的第8引脚和第10引脚均与第7引脚相接，所述芯片ADC0804的第8引脚经电阻R3和电阻R2后接VCC电源端，所述芯片ADC0804的VREF/2引脚(即第9引脚)与电阻R3和电阻R2之间的接线点相接。

如图5所示，本实施例中，所述报警电路1-7包括扬声器B1和发光二极管D3，STC89C51单片机的P3.5/T1引脚经电阻R5后与三极管Q1的基极相接，扬声器B1的正电源端接三极管Q1的发射极且其负电源端接地，三极管Q1为NPN型三极管且其集电极接VCC电源端；发光二极管D3的阳极经电阻R6后接三极管Q1的发射极且其阴极接地。

如图6所示，所述DS18B20温度传感器的第1引脚接地；所述DS18B20温度传感器的第3引脚接VCC电源端且其第2引脚经电阻R7后接VCC电源端。

本实施例中，所述VCC电源端为+5V电源端。

如图3所示，所述显示器1-1为12864LCD液晶显示屏。

实际接线时，所述12864LCD液晶显示屏的DB0、DB1、DB2、DB3、DB4、DB5、DB6和DB7引脚分别与STC89C51单片机的P0.0/AD0、P0.1/AD1、P0.2/AD2、P0.3/AD3、P0.4/AD4、P0.5/AD5、P0.6/AD6和P0.7/AD7引脚相接。所述12864LCD液晶显示屏的和VCC引脚均接VCC电源端，所述12864LCD液晶显示屏的E、R/W和RS引脚分别与P2.5/A13、和P3.4/T0引脚相接，所述12864LCD液晶显示屏的和引脚分别与P3.0/RXD和P3.1/TXD引脚相接。

如图2所示，所述输入键盘1-2包括按键K1、K2、K3和K4，按键K1、K2、K3和K4的一端分别与STC89C51单片机的P2.0/A8、P2.1/A9、P2.7/A15和P2.3/A11引脚相接且其另一端均接地。

本实施例中，所述按键K1为光标键，所述按键K2为数值增加调整按键，所述按键K3为数值减小调整按键，所述按键K4为人工启动报警按键。

实际接线时，STC89C51单片机的XTAL1和XTAL2引脚分别与晶振X1的两个接线端相接，且STC89C51单片机的XTAL1和XTAL2引脚分别经电容C2和C3后接地。STC89C51单片机的RST引脚分三路，一路经电容C5后接VCC电源端，一路经电阻R4后接地，第三路经复位按钮K5后接VCC电源端。并且，所述STC89C51单片机的P0.0/AD0、P0.1/AD1、P0.2/AD2、P0.3/AD3、P0.4/AD4、P0.5/AD5、P0.6/AD6和P0.7/AD7引脚均经排阻RP2后接VCC电源端。

实际使用过程中，通过多个所述瓦斯浓度检测报警仪1分别对矿井内多个采煤工作面进行瓦斯浓度检测及报警，并且各瓦斯浓度检测报警仪1的工作原理均相同。所述瓦斯浓度检测报警仪1的工作原理是：通过温度传感器1-3和瓦斯浓度传感器1-4分别对采煤工作面所处位置处的空气温度和瓦斯浓度进行实时检测，并将检测信息传送至主控芯片1-5，并通过显示器1-1对温度传感器1-3和瓦斯浓度传感器1-4所检测信息进行同步显示，同时所述主控芯片1-5通过第二无线通信模块1-8和第一无线通信模块3将所检测信息同步传送至上位机2，通过上位机2随时掌握对采煤工作面所处位置处的空气温度与瓦斯浓度情况；并且，所述主控芯片1-5接收到温度传感器1-3和瓦斯浓度传感器1-4所检测的信息后，将所检测的温度值和瓦斯浓度值分别与通过输入键盘1-2预先设定的温度报警阈值和瓦斯浓度报警阈值进行比较，当所检测的温度值大于预先设定的温度报警阈值或所检测的瓦斯浓度值大于预先设定的瓦斯浓度报警阈值时，所述主控芯片1-5控制报警电路1-7进行报警提示。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (6)

1.一种矿井瓦斯浓度实时监测系统，其特征在于：包括上位机(2)、与上位机(2)相接的第一无线通信模块(3)和多个分别布设在矿井内多个采煤工作面上的瓦斯浓度检测报警仪(1)，多个所述瓦斯浓度检测报警仪(1)均与上位机(2)进行通信；

所述瓦斯浓度检测报警仪(1)包括外壳、安装在所述外壳后侧壁上的安装支架、布设在所述外壳内的电子线路板以及安装在所述外壳前侧壁上的显示器(1-1)、输入键盘(1-2)、温度传感器(1-3)和瓦斯浓度传感器(1-4)，所述电子线路板上设置有主控芯片(1-5)以及分别与主控芯片(1-5)相接的A/D转换电路(1-6)、报警电路(1-7)和第二无线通信模块(1-8)，所述报警电路(1-7)和显示器(1-1)均由主控芯片(1-5)进行控制，所述显示器(1-1)和输入键盘(1-2)均与主控芯片(1-5)相接；所述外壳通过所述安装支架固定在所述采煤工作面上；所述主控芯片(1-5)为STC89C51单片机，所述温度传感器(1-3)为DS18B20温度传感器，所述DS18B20温度传感器的DQ引脚与STC89C51单片机的P2.4/A12引脚相接；所述瓦斯浓度传感器(1-4)为MQ-4气体传感器，所述MQ-4气体传感器与A/D转换电路(1-6)相接；所述主控芯片(1-5)通过第二无线通信模块(1-8)和第一无线通信模块(3)与上位机(2)进行通信，所述第二无线通信模块(1-8)和第一无线通信模块(3)均为nRF2401无线通信模块。

2.按照权利要求1所述的一种矿井瓦斯浓度实时监测系统，其特征在于：所述A/D转换电路(1-6)为芯片ADC0804，所述MQ-4气体传感器与芯片ADC0804的VIN+引脚相接，芯片ADC0804的VIN-引脚接地；芯片ADC0804的DB0、DB1、DB2、DB3、DB4、DB5、DB6和DB7引脚分别与STC89C51单片机的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3、P1.4、P1.5、P1.6和P1.7引脚相接，芯片ADC0804的和引脚分别与STC89C51单片机的 和引脚相接。

3.按照权利要求1或2所述的一种矿井瓦斯浓度实时监测系统，其特征在于：所述报警电路(1-7)包括扬声器B1和发光二极管D3，STC89C51单片机的P3.5/T1引脚经电阻R5后与三极管Q1的基极相接，扬声器B1的正电源端接三极管Q1的发射极且其负电源端接地，三极管Q1为NPN型三极管且其集电极接VCC电源端；发光二极管D3的阳极经电阻R6后接三极管Q1的发射极且其阴极接地。

4.按照权利要求1或2所述的一种矿井瓦斯浓度实时监测系统，其特征在于：所述显示器(1-1)为12864LCD液晶显示屏。

5.按照权利要求1或2所述的一种矿井瓦斯浓度实时监测系统，其特征在于：所述输入键盘(1-2)包括按键K1、K2、K3和K4，按键K1、K2、K3和K4的一端分别与STC89C51单片机的P2.0/A8、P2.1/A9、P2.7/A15和P2.3/A11引脚相接且其另一端均接地。

6.按照权利要求5所述的一种矿井瓦斯浓度实时监测系统，其特征在于：所述按键K1为光标键，所述按键K2为数值增加调整按键，所述按键K3为数值减小调整按键，所述按键K4为人工启动报警按键。