单片机技术在煤矿安全生产中的应用
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摘要：单片机是高度集成有中央处理器、定时器／计数器、输入／输出口等的微型处理器芯片，它具有高度可控性、较好可扩展性、使用方便等优点，不仅可以直接作为主控芯片控制电路，也可以通过外接其他芯片进行接口、存储容量等的扩展，将单片机应用到煤矿安全生产中，主要有基于单片机的煤矿瓦斯检测系统设计与煤矿防尘喷雾系统设计，使煤矿瓦斯浓度得到合理控制，并保障了煤矿的干净、安全的环境，帮助煤矿安全生产工作更健康、有序地进行。
关键词：安全生产，煤矿，单片机，瓦斯，防尘
煤矿安全生产一直以来都是安全生产工作中的重点，最突出的就是瓦斯浓度控制［1－3］与尘埃清除［4］问题，本文针对这两个问题，讨论将单片机作为控制器，并设计两个相关系统，分别是基于单片机的煤矿瓦斯检测系统和煤矿防尘喷雾系统，通过利用单片机控制瓦斯浓度与进行喷雾防尘来建设煤矿的安全生产的环境。
1单片机芯片简介
单片机是将中央处理器（CPU）、定时器／计数器、随机存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、中断系统与输入／输出口（I／O）等经过超大规模集成电路技术集成到一小块硅片上而构成的微型计算机系统芯片。一般来说，根据目前单片机的发展情况，单片机有以下几种分类情况。由单片机的适用范围可分为通用型与专用型，专用型单片机就是针对某一产品为满足特定需要而生产的，通用型则没有这种需要，适用于普通功能需要。由其应用领域情况又可分为工控型与家电型，工控型单片机具有更强的运算处理能力，更大的寻址范围，而家电型的单片机通常是专用型，例如针对冰箱、洗衣机等而设计，具有成本低、集成度高，封装小等特点。由单片机是否具有并行总线可分为总线型与非总线型，总线型单片机一般会有并行的地址总线、控制总线、数据总线，可以用于扩展外部器件，而非总线型单片机省去并行扩展总线，将所需要外部器件与接口集成到单片机内部，不仅减少了芯片体积也降低了封装成本。
在煤矿的安全生产中，瓦斯浓度控制与尘埃清除问题不容忽视。瓦斯气体在煤矿环境中时常存在着，是一种无色、无味的气体，当它的浓度达到一定程度后，容易导致矿井工作人员因缺氧出现窒息的情况，更严重还会燃烧引起爆炸事故，因此，瓦斯的浓度一定要实时控制到位，才能保证一个安全的煤矿环境。此外，煤矿环境中尘埃频繁地出现，若不能及时有效清除，会严重影响工作人员的身体健康与工作效率以及煤矿设备的正常运行，进而影响到整个煤矿的安全生产，只有对煤矿进行科学全面地降尘才能帮助建设安全生产环境。针对以上两方面的问题，建立以单片机为基础的煤矿瓦斯检测系统和煤矿防尘喷雾系统，用单片机的可控性强，可靠性高等优点提高对瓦斯浓度的控制能力与改善防尘效果，更全面、更具时效地完成工作。
2．1基于单片机的煤矿瓦斯检测系统设计
建立应用单片机的煤矿瓦斯检测系统就是利用单片机、传感器、A／D转换器、LED显示器、扬声器，红外线发送／接收设备等经合理连接组成具有瓦斯浓度实时检测并显示相应数值、超标报警、遥控设置报警标准参数等功能的系统。瓦斯检测系统总共可分为核心控制电路、瓦斯采样电路、显示电路、报警电路、红外遥控电路［1－3］这几个部分。其中，核心控制电路起着枢纽作用，主要由单片机与晶振电路、复位电路组成，晶振电路为单片机提供可靠的振荡频率，即稳定的时钟周期，支撑单片机的正常工作，复位电路使单片机能从初始状态开始工作，一般具有上电自动复位和按键手动复位两种复位方式，相当于可以随时“重启”单片机系统，单片机内部进行相关运算处理，起到对所有外部电路的控制作用。瓦斯采样电路主要包括瓦斯气体传感器、电压放大电路与A／D转换电路，首先由传感器检测出当前瓦斯浓度，然后输出与浓度对应的电信号，经由放大电路后最后得到放大的电信号，准备输出给控制电路单片机的接口。显示电路由一些LED数码管组成，用于接收来自单片机端口的信号，显示出当前瓦斯浓度和红外遥控的报警标准参数。报警电路由扬声器与LED灯组成，由来自单片机的控制信号决定是否报警，当浓度合适时，不发声且绿灯亮，浓度已经轻微超标时，单片机提供一定频率给扬声器发声，并且黄灯亮，提醒做出相应防护措施，浓度严重超标时，扬声器发声报警并红灯闪亮，此时应立即切断总电源，防止发生瓦斯爆炸事故。红外遥控电路由遥控器与红外接收器组成，可以实现对报警标准参数的调整。
2．2基于单片机的煤矿防尘喷雾系统设计
液压支架喷雾系统常出现自动化程度不高、水资源浪费、线路复杂、维修困难等问题，为了较好地解决这些问题，采用单片机作为控制中心实现自动喷雾，具有方便灵活、易于维护、自动化程度高、喷雾范围更大等优点。当检测到一架液压支架的抬高或移动等动作时，单片机接收这一信息，控制开启电动出水阀门，并且将控制信号发送到相邻的两组液压支架的单片机处，同样开启电动出水阀门，这样就同时开启了三组液压支架的喷雾系统，实现了自动控制且喷射面广的喷雾防尘功能。此外，每台喷雾系统具有超时自动保护的功能，就是当开启电动阀门实现喷雾后自动检测时间经过一定的时延后自动关闭［4］，这样有效地防止了水资源的浪费。
3结束语
从煤矿环境安全的角度出发，本文将体积小但功能强大的单片机结合到煤矿安全控制中来，探讨了基于单片机的煤矿瓦斯检测系统设计与煤矿防尘喷雾系统设计，使煤矿瓦斯浓度得到有效控制，也实现了良好的降尘效果，建设了更安全、干净的煤矿环境，减少了潜在的安全隐患，保障了所有矿工们的安全作业与作业效率。单片机的作用不仅是这些方面，它还可以在煤矿的各种电气自动化控制方面［5－7］得到很好的利用，未来单片机的发展趋势将是集成度更高、功能更强大、稳定性更强、适用范围更广，为煤矿的安全生产做出更多的贡献。
参考文献
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作者：尹璐琳 单位：华南师范大学计算机学院
