單片機技術在煤礦安全生產中的應用
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摘要：單片機是高度集成有中央處理器、定時器／計數器、輸入／輸出口等的微型處理器芯片，它具有高度可控性、較好可擴展性、使用方便等優點，不僅可以直接作為主控芯片控制電路，也可以通過外接其他芯片進行接口、存儲容量等的擴展，將單片機應用到煤礦安全生產中，主要有基于單片機的煤礦瓦斯檢測系統設計與煤礦防塵噴霧系統設計，使煤礦瓦斯濃度得到合理控制，并保障了煤礦的干凈、安全的環境，幫助煤礦安全生產工作更健康、有序地進行。
關鍵詞：安全生產，煤礦，單片機，瓦斯，防塵
煤礦安全生產一直以來都是安全生產工作中的重點，最突出的就是瓦斯濃度控制［1－3］與塵埃清除［4］問題，本文針對這兩個問題，討論將單片機作為控制器，并設計兩個相關系統，分別是基于單片機的煤礦瓦斯檢測系統和煤礦防塵噴霧系統，通過利用單片機控制瓦斯濃度與進行噴霧防塵來建設煤礦的安全生產的環境。
1單片機芯片簡介
單片機是將中央處理器（CPU）、定時器／計數器、隨機存儲器（RAM）、只讀存儲器（ROM）、中斷系統與輸入／輸出口（I／O）等經過超大規模集成電路技術集成到一小塊硅片上而構成的微型計算機系統芯片。一般來說，根據目前單片機的發展情況，單片機有以下幾種分類情況。由單片機的適用范圍可分為通用型與專用型，專用型單片機就是針對某一產品為滿足特定需要而生產的，通用型則沒有這種需要，適用于普通功能需要。由其應用領域情況又可分為工控型與家電型，工控型單片機具有更強的運算處理能力，更大的尋址范圍，而家電型的單片機通常是專用型，例如針對冰箱、洗衣機等而設計，具有成本低、集成度高，封裝小等特點。由單片機是否具有并行總線可分為總線型與非總線型，總線型單片機一般會有并行的地址總線、控制總線、數據總線，可以用于擴展外部器件，而非總線型單片機省去并行擴展總線，將所需要外部器件與接口集成到單片機內部，不僅減少了芯片體積也降低了封裝成本。
在煤礦的安全生產中，瓦斯濃度控制與塵埃清除問題不容忽視。瓦斯氣體在煤礦環境中時常存在著，是一種無色、無味的氣體，當它的濃度達到一定程度后，容易導致礦井工作人員因缺氧出現窒息的情況，更嚴重還會燃燒引起爆炸事故，因此，瓦斯的濃度一定要實時控制到位，才能保證一個安全的煤礦環境。此外，煤礦環境中塵埃頻繁地出現，若不能及時有效清除，會嚴重影響工作人員的身體健康與工作效率以及煤礦設備的正常運行，進而影響到整個煤礦的安全生產，只有對煤礦進行科學全面地降塵才能幫助建設安全生產環境。針對以上兩方面的問題，建立以單片機為基礎的煤礦瓦斯檢測系統和煤礦防塵噴霧系統，用單片機的可控性強，可靠性高等優點提高對瓦斯濃度的控制能力與改善防塵效果，更全面、更具時效地完成工作。
2．1基于單片機的煤礦瓦斯檢測系統設計
建立應用單片機的煤礦瓦斯檢測系統就是利用單片機、傳感器、A／D轉換器、LED顯示器、揚聲器，紅外線發送／接收設備等經合理連接組成具有瓦斯濃度實時檢測并顯示相應數值、超標報警、遙控設置報警標準參數等功能的系統。瓦斯檢測系統總共可分為核心控制電路、瓦斯采樣電路、顯示電路、報警電路、紅外遙控電路［1－3］這幾個部分。其中，核心控制電路起著樞紐作用，主要由單片機與晶振電路、復位電路組成，晶振電路為單片機提供可靠的振蕩頻率，即穩定的時鐘周期，支撐單片機的正常工作，復位電路使單片機能從初始狀態開始工作，一般具有上電自動復位和按鍵手動復位兩種復位方式，相當于可以隨時“重啟”單片機系統，單片機內部進行相關運算處理，起到對所有外部電路的控制作用。瓦斯采樣電路主要包括瓦斯氣體傳感器、電壓放大電路與A／D轉換電路，首先由傳感器檢測出當前瓦斯濃度，然后輸出與濃度對應的電信號，經由放大電路后最后得到放大的電信號，準備輸出給控制電路單片機的接口。顯示電路由一些LED數碼管組成，用于接收來自單片機端口的信號，顯示出當前瓦斯濃度和紅外遙控的報警標準參數。報警電路由揚聲器與LED燈組成，由來自單片機的控制信號決定是否報警，當濃度合適時，不發聲且綠燈亮，濃度已經輕微超標時，單片機提供一定頻率給揚聲器發聲，并且黃燈亮，提醒做出相應防護措施，濃度嚴重超標時，揚聲器發聲報警并紅燈閃亮，此時應立即切斷總電源，防止發生瓦斯爆炸事故。紅外遙控電路由遙控器與紅外接收器組成，可以實現對報警標準參數的調整。
2．2基于單片機的煤礦防塵噴霧系統設計
液壓支架噴霧系統常出現自動化程度不高、水資源浪費、線路復雜、維修困難等問題，為了較好地解決這些問題，采用單片機作為控制中心實現自動噴霧，具有方便靈活、易于維護、自動化程度高、噴霧范圍更大等優點。當檢測到一架液壓支架的抬高或移動等動作時，單片機接收這一信息，控制開啟電動出水閥門，并且將控制信號發送到相鄰的兩組液壓支架的單片機處，同樣開啟電動出水閥門，這樣就同時開啟了三組液壓支架的噴霧系統，實現了自動控制且噴射面廣的噴霧防塵功能。此外，每臺噴霧系統具有超時自動保護的功能，就是當開啟電動閥門實現噴霧后自動檢測時間經過一定的時延后自動關閉［4］，這樣有效地防止了水資源的浪費。
3結束語
從煤礦環境安全的角度出發，本文將體積小但功能強大的單片機結合到煤礦安全控制中來，探討了基于單片機的煤礦瓦斯檢測系統設計與煤礦防塵噴霧系統設計，使煤礦瓦斯濃度得到有效控制，也實現了良好的降塵效果，建設了更安全、干凈的煤礦環境，減少了潛在的安全隱患，保障了所有礦工們的安全作業與作業效率。單片機的作用不僅是這些方面，它還可以在煤礦的各種電氣自動化控制方面［5－7］得到很好的利用，未來單片機的發展趨勢將是集成度更高、功能更強大、穩定性更強、適用范圍更廣，為煤礦的安全生產做出更多的貢獻。
參考文獻
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作者：尹璐琳 單位：華南師范大學計算機學院
