便携式瓦斯报警仪管理制度（精选8篇）
便携式瓦斯报警仪管理制度 第1篇
便携式甲烷报警仪管理制度
1、矿长、矿技术负责人、爆破工、采掘区队长、通风区队长、工程技术人员、班长、流动电钳工下井时，必须携带便携式甲烷报警仪。
2、便携式报警仪由通巷队统一登记编号，维修队负责日常管理, 建立便携式甲烷报警仪管理台帐，交付矿灯房充电发放，领用人必须到矿灯房进行登记，凭牌领用便携式甲烷报警仪，班后上交矿灯房，取回便携式甲烷报警仪领用牌。
3、领用便携式甲烷报警仪人员领取仪器时必须认真检查，保证灵敏可靠、精度准确，否则不得携带入井。
4、便携式甲烷报警仪测量误差为±0.1℅,超过以上标准时，应及时更换。
5、仪表在使用过程中应严防猛烈摔打跌落碰撞，当出现故障时，严禁随意拆卸仪器，应及时更换。
5、维修队负责便携式甲烷报警仪的充电、收发工作。每班要清理隔爆罩上的煤尘，发放前必须检查便携式甲烷报警仪的零点和电压，不符合要求的严禁发放使用。
6、维修队安排专人负责便携式甲烷报警仪的维修、调校、送检工作，建立便携式甲烷报警仪维修记录、调校记录、送检记录。清楚地掌握仪器的使用、维修、送检、库存情况。便携仪维修调校人员必须经过专门培训，懂得仪器的结构、原理、使用和维修方法，并经考试合格，考试不合格者不得上岗。
7、便携式甲烷报警仪的维修、调校人员每天负责对所用仪器巡回检查一次，检查每台仪器是否有损坏情况，对损坏的仪器及时维修。
8、对于损坏的仪表，认真分析，立即进行维修，维修不了的报技术员联系厂家解决；属于使用者人为损坏的，维修工做好记录并由责任人签字，月底报劳资部门赔偿处理。
9、按规定进行仪表的送检工作，根据每次送检记录时间进行选送，送检时间不得超过规定要求。
10、按规定对仪器仪表进行调校试验，每七天必须使用标准气样进行调校检验，对不合格的仪表及时进行维修和送检。
11、对仪器维修所需的配件，要提前提报月度计划，保证仪表正常维修调校，仪器维修期间，报废的仪器上有使用价值的配件要重新利用。
便携式瓦斯报警仪管理制度 第2篇
便携式设备的大量运行在提高人们信息交互效率的同时，也增加了信息盗窃风险，因此对于便携式设备的防盗管理非常重要，而利用GSM技术、嵌入式系统设计、GPS定位系统、无线网络通信等技术对便携式设备防盗报警系统进行了全面优化改善，以便提高便携式设备持有者的信息安全，为便携式设备运行规模的进一步拓展提供依据。
1.系统总体设计
便携式设备报警系统整体设计过程中将以移动手机网络短信的形式将相关报警信息发送到便携式设备持有者的设备终端，然后利用GPS网络定位技术对便携式设备归属地进行跟踪定位，并将其具体位置移动情况与便携式设备持有者的联接网络进行实时互动。而防盗系统则可以在相关便携式设备不正常运行时自动开启设备停止或者设备持有者系统远程遥控等功能，并在设备内部相关构件出现运行风险时进行报警信息的及时发送，保证设备持有者信息的有效接受。同时该系统利用多信号采集模块设置的方式将整体设备情况与设备持有者、警务机构等相关机构进行了有效连接，在保证系统可重构功能的同时，也可以促使设备持有者的各项需求得到充分的满足。
2.系统硬软件设计
2.1系统硬件设计
在整体便携式系统硬件设计过程中，GSM技术的有效应用非常重要，由于便携式设备运行范围的限制，其在移动过程中会受到一定物理因素的影响，从而促使整体系统的稳定运行受到约束，因此可在无线控制系统的基础上，利用相关硬件设备最大限度的保障系统的稳定运行。在实际设计过程中，便携式设备硬件设计系统主要有热释电红外传感器、限位开关、LED闪光灯、触发蜂鸣器、SIM900A模块等，在实际运行中一旦出现设备被盗情况可依次触动相关设备，从而启动设备报警机制，而SIM900A模块则可以将相关报警信息以文字的形式传输到设备持有者信息终端，SIM900A模块可以通过相关机制的有效运行可将数据化信息转化为具体的文字模式，进而在手机等便捷信息传输设备的稳定运行下，便于便携式设备防盗定位功能的有效实施。
2.2系统软件设计
该便携式防盗定位系统主要软件程序主要包括接收发送报警信息、设备GPS定位、设备远程控制等几个部分，其中系统初始化过程中整体系统处于低耗能状态，即待机阶段。在便携式设备出现盗抢情况时可利用中断信号的设置促使整体设备进入待机阶段，然后在相应的中断服务支持子程序的运行下，可利用适当位置的位置标识进行中断信息的保留，并在整体时间运行完毕后实施中断程序，并将整体运行命令转移到相应的处理程序中，并在整体事件处理完毕后执行系统归零任务。即整体任务运行流程依次为初始化模块设备、系统模块调用、防盗模块调用、GPS模块调用、GSM模块调用、运行情况监测等过程，结合相关函数的有效配置及设置，可促使SIM900A、GPS等相关模块顺利执行防盗系统中所需命令，从而保证整体系统的顺利运行。
3.系统应用实践
3.1短信定位功能测试
短信定位系统功能测试过程中需要借用设备持有者信息接收终端及便携式设备内部安装的卡进行，为了节省系统测试负担，现阶段仅利用上述两个模块独立运行测试，其在设备持有者信息接收终端接收到相关信息后会通过SIM卡进行定位信息的自动获取，然后在整体网络平台顺利运行的情况下进行位置信息的有效传输，同时在网络GPS定位软件的正常运行下，设备持有者也可以对定位信息进行实时监控管理。
3.2声光及短信报警功能测试
声光报警功能测试主要通过触发点相关控制模块的促使进行，即通过设置相应的触发位置及控制模块调整，结合声光报警器的启动响应，对蜂鸣器的发声情况、LED灯的点亮情况进行综合判定分析。短信报警测试与声光报警功能测试相同，其都需要利用触发点及控制模块内相关硬件设备的控制，进行短信报警显示功能测试，在短信发送设备将相关信息发送到便携式设备持有者的相关网络终端后，会随之利用设备回执的方式促使报警信号相应或者结束，一般在系统会在等待一段时间后进行间隔报警措施。
3.3数据误差处理
在上述设备系统测试完成后可在同样的触发点位置进行重复测试，以降低系统测试误差概率，在后续测试过程中可适当增加触发点的设置，如在一定区域内设置10触发点进行定位数据获取，然后在获得具体的定位数据后可进行数据处理措施，可获得500组数据，将上述数据与真实数据进行比较分析之后可得到具体的误差数值，在得到具体的误差数值之后可利用相关数据的经纬误差得到最终误差系数，即为-0.00029,0.00031.基于上述经纬误差系数可进行误差补偿措施，进而进行数据误差补偿数据的修正处理，即利用SIM900A模块将修正数值进行终端输入，然后进行修改量添加，降低系统误差。
4.总结
综上所述，在整体网络式便携式设备防盗定位系统中，GSM、GPS、SIM技术发挥着至关重要的作用，其可以通过便携式设备的运行情况分析进行报警信息的有效传输，同时结合相应的设备实时定位措施对设备的安全运行提供了全面的保障。通过防盗系统运行测试可得出各个独立模块精确运行的特点，而由于各项模块的独立运行这一优良特性，可促使其在实际使用中相关模块的独立应用，从而降低设备防盗经济损耗。
参考文献
便携式瓦斯报警仪管理制度 第3篇
1 系统总体设计方案
在系统中,烟雾传感器完成气体浓度的检测,其输出的信号通过A/D转换成数字信号进行处理。显示模块实时显示气体浓度,当达到预警值的时候,通过STC89C58单片机对通信模块TC35进行控制,将报警信息以短信的形式发送到目标手机号码,同时发出语音报警。系统以GSM网络作为远程信号的传输平台,其整体设计方案如图1所示。
1.1 GSM模块接口电路
GSM模块TC35实现远程报警信息的发送功能。TC35是一款双频900/1 800MHz高度集成的GSM模块。GSM模块接口电路如图2所示。通过按键控制该模块启动,然后注册网络,注册成功时,发光二极管D3会间隔大约3s闪烁一次,同时模块利用本身固化好的程序对SIM卡进行初始化和匹配网络协议。TC35的RX和TX分别为接收端和发送端,与单片机的TX和RX,来完成与单片机的收发过程。
另外,由于TC35模块输出的高电平为3.3V,而单片机的高电平为5V,要采用MAX232进行电平转换。
1.2 气体检测模块电路
气体检测传感器采用MQ-2,此传感器的主要特点是探测范围广泛,在较宽的浓度范围内有良好的灵敏度,响应速度快。适宜于液化气、丁烷、丙烷、甲烷、酒精及氢气等可燃气体浓度的检测,还可以对烟雾进行灵敏的检测[2]。
在系统正常工作时,烟雾传感器输出来的信号为模拟信号,需要经过ADC0804数模转换器转换成数字信号,把MQ-2的模拟电压转换成数字电压,再反馈到单片机中进行处理,具体接口电路如图3所示。该电路采用了单端输入方式,把ADC0804的数据线DB0～DB7接到STC89C58的P1.0～P1.7。ADC0804靠WR信号从低到高的上升沿启动转换,所以它的WR可以直接与单片机的WR信号相连,通过单片机对它的一个写操作就可以启动转换。
1.3 语音报警模块电路
该系统有两种报警方式:一种是用无线通信网络GSM报警;第二种是利用语音报警。语音作为现代通信的一种形式已经非常普遍,如电话、电脑及对讲机等,本设计采用的语音芯片是ISD4004。在该模块的设计中,布线布局的不同会对音质造成影响,因此在该设计中,电源引脚和一些信号引脚加了104的电容,用于信号的隔离和去耦[3]。
1.4 显示模块电路
本电路设计采用LCD12864液晶显示屏。12864汉字图形点阵液晶显示模块,内部控制器为ST7920,能够显示汉字、字符和图形。12864图形点阵式液晶提供两种接口:串行异步接口和并行接口,考虑到本设计需要I/O口过多,单片机引脚资源有限,所以选择串行接口,接口电路如图4所示。
2 系统软件设计
根据系统的总体设计要求,按照硬件连接和各个模块芯片的特性以及功能实现要求,本系统的主要流程包括5个步骤:系统初始化、启动烟雾检测模块采集、显示浓度、检测是否达到阈值、启动GSM发送短信报警和开启语音报警[4]。系统的初始化包括:定义变量、函数的申明,以及对ADC0804、12864液晶、ISD4004与单片机接口进行定义等。系统总体软件流程如图5所示。
2.1 GSM控制程序
GSM控制程序主要完成TC35模块的初始化、控制接收、读取、发送和删除信息的操作。TC35模块初始化程序流程如图6所示。初始化包括启动模块、开始网络注册、注册成功返回数值及搜索本地短信中心号码等基本功能。GSM模块与单片机之间通信都是通过串口,出于模块化的考虑,把串口的接收、发送函数和GSM模块程序作为一个模块设计。
模块主要程序原语如下:
2.2 烟雾浓度检测程序
烟雾浓度检测程序是该设计的重要部分,只有对浓度有正确的检测才能做到显示的真实性和警报的准确性[5],烟雾浓度检测程序流程如图7所示。
程序中采用定义数组的方式,部分程序原语如下:
3 系统的调试及分析
在程序编写时,由于采用的是可移植性好的C语言,所以可以将各部分模块化程序设计加入到主程序中,这样可以使复杂的系统简单化,同时可以大大缩短开发周期。该设计中对延时函数的延长时间准确度要求较高,采用1ms延时,经过调试,在实际中效果比较理想。
4 结束语
针对烟雾和有机气体浓度的检测问题,提出了基于GSM模块的烟雾报警系统,该系统能准确、实时地检测烟雾和有机气体的浓度,到达预警值时能迅速地发送报警信息。使用GSM无线网络传输,解决了传统有线传输的局限性。经试验证明该系统能够在恶劣的环境正常运行,系统达到预期指标要求,并解决了现有报警系统无法克服的缺陷,具有很大的实用价值。
参考文献
[1]包立,王晓荣,程明霄.基于C8051F120的可燃气体无线报警系统设计[J].化工自动化及仪表,2010,37(12):66～69.
[2]Sanad M,Hassan N.A 470 to 960MHz ResonantAntenna:Covering UHF Mobile TV and CDMA/GSM without Tuning Circuits[J].Microwave Jour-nal,2010,53(11):56～72.
[3]Bak M,Dudarewicz A,Zmys'lony M.Effects of GSMSignals during Exposure to Event Related Potentials(ERPs)[J].International Journal of OccupationalMedicine&Environmental Health,2010,23(2):191～199.
[4]García-Díaz P,Salcedo-Sanz S,Portilla-Figueras A et al.GSMSIM:an Educational Simulation Tool for TeachingGSM-based Mobile Communications in Laboratory Lec-tures[J].International Journal of Electrical EngineeringEducation,2009,46(3):259～279.
便携式瓦斯报警仪管理制度 第4篇
关键词：自动检测仪器仪表；气体传感器；气体浓度；报警；便携
中图分类号：TP216 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2016）06-0019-04
H2S，CO，O2及可燃气体是一类对人类和环境有很大危害性的气体[1]。大多数有毒有害且可燃的气体都有电化学特性，可以发生电化学氧化反应或还原反应，气体的成分和浓度通过这些化学反应就可以检测出来[2]。电化学类气体检测仪主要用于检测毒性气体如H2S，CO，O2及可燃性气体[3-4]；电化学气体传感器的主要优点是气体浓度检测灵敏度高、选择性好，消耗量极小，可采用便携的干电池来供电。对很多气体，电化学传感器能够实现极低浓度下的有效测量[5-6]。便携式智能仪器仪表以其体积小、质量轻、便捷的优点已经在许多领域得到了应用。目前市面上大部分的便携式仪器仪表都是单色屏幕，显示效果很不美观，且功能较少，大多数都是固定功能设计的，更换传感器种类需要重新设计电路。本设计采用主控电路与采集电路分开连接的方法来灵活改变仪器仪表的功能，界面采用上、下、左、右、确定、返回6个按键作为系统的输入屏幕，菜单的深度为4，具有温度补偿功能，可自由设定RTC时间、亮度、气体报警的参数、屏幕睡眠时间，在很大程度上能够满足用户的各种需求。
1 系统的硬件设计
本设计的硬件电路主要由电源管理电路、主控显示系统和信号采集系统三部分组成。考虑到系统的通用性，将信号采集系统单独布在独立的PCB上，并采用连接器连接。信号采集部分是基于电化学传感器的恒电位电路，经差分式运放变换之后送往STM32的AD采集接口。主控部分主要由STM32最小系统、外围电路及TFT显示单元组成，负责信号采集部分送来的数据的处理与显示，以及整个系统的各个参数的设定与修改。
1.1 信号采集
信号采集电路如图1所示。系统的电化学传感器是由U11的A运放，R28，R29，C31，C34，C36组成的恒电位电路，以满足电化学传感器的特性；经R39，U11的B运放和C40，C46，R43，R48组成IV放大电路之后，由SIG端口输出信号经过U13的A运放和周边电容电阻组成差分放大电路；最后经1脚输出送往主控芯片进行AD处理。氧气传感器输出的是电流信号，在R52上形成电压之后，经过U14的B运放和R44，R46，R47，R49，R52等组成的差分放大电路，并由7脚送往主控芯片AD输入脚处理。可燃气体传感器内部由传感电桥组成，并且外加R56和R57作为另外一个桥臂组成电桥，RP1用来调整电桥的零点，输出的信号送往U13的B运放和周边电容电阻组成的差分放大电路，之后由7脚送往主控芯片进行处理，为了抑制电路的共模干扰，选择基准电压芯片TL431作为运放的参考电位形成共模伪地（即图1中的标号VRR）。集成运放采用TI公司生产的精密仪表类集成运放AD8607。
1.2 主控显示
主控显示部分以STM32及2.2寸TFT作为显示单元；输入部分由6个按键组成，根据主控芯片的特性，返回键具有开关机功能，只能配置成下拉输入，其他的按键都配置成上拉输入的方式；报警部分采用PWM分别控制开关三极管输出声、光、震动3种方式来报警；为了进一步提高AD的转换精度和稳定性，采用一个TL431输出2.5 V的参考电压作为AD外设的参考。
1.3 电源管理电路
由于系统采用内置锂电池作为系统的电源，所以需要对电池进行充电，以及对电压进行监测。采用CN3068作为电源电路的管理芯片，可对电池进行分段式智能充电管理，通过改变芯片第二引脚的对地电阻R8的阻值来调节正常充电的电流大小，以有效延长电池的使用寿命。电源管理电路如图2所示。图中由R2，R3，C7对电池电压分压滤波，由送往主控芯片的PC4的AD外设输入端口进行AD变换，Ds1，Ds2分别作为系统的充满指示灯和正在充电指示灯，Ds2通过R7送往主控芯片的一个普通端口来监测当前是否正在充电。系统由MicroUSB经过D2和电池经过D1这两个快速恢复二极管到VPP作为整个系统的电源输入，然后由VPP分别经过U1，U2，U3等直流DC芯片CAT6219变换成系统所需要的各种电压。另外，为了避免因报警等引起的电源不稳定而造成对系统干扰，采用分离供电方式，以提高系统的稳定性。
2 系统的软件设计
2.1 下位机的设计
软件系统采用基于免费、开源且可根据项目需求裁剪内核的UCGUI图形系统，并以STM32的FSMC外设控制器模拟8080接口时序来控制TFT，从而进一步解决了单片机显存小、速度慢的问题。GUI部分界面如图3所示。
信号采集部分将采集到的数据进行处理放大后送给主控单元，由主控单元对数据进行温度补偿。补偿的方法是：通过读取存储在flash中的由标准温度环境下测得的数据，并进行比例线性变换，之后再同由标准气体环境下测得的AD值数据进行比例线性变换，得到最终的浓度数据，分别送往显示单元进行显示，并与设定的值进行对比，判断是否需要报警。当使用者有需要的时候，可以使用配套的上位机，通过计算机串口访问存储在flash中的数据。电化学传感器普遍存在着稳定性差的问题，所以在标准气体环境中标定过之后会出现数据闪烁的问题，为此，本设计程序中对采集到的AD值数据进行边界值限定，从而扩大容差范围。STM32本身没有集成EEPROM，但是却提供了IAP功能，所以为了节省硬件的成本，特使用STM32本身的程序存储器来存储系统的设置参数。然而STM32的闪存擦除寿命却很有限（大约1万次），为此，本设计提出一种可以延长闪存寿命的方法，利用虚拟地址与变量值相结合，以闪存的单个扇区为擦除单位，循环写入，直到写满此扇区，之后暂存与虚拟地址对应的有效数据，擦除整个扇区，再把暂存的有效数据连同虚拟地址一同存储在扇区的开头，如此可以利用空间来换取寿命，对数据进行访问时，只需要知道将要访问的数据的虚拟地址，并从扇区的后面开始查找，遍历到虚拟地址位置就是当前的有效数据的位置。写入数据流程图如图4所示。
nlc202309090941
整个软件的程序采用多叉树的数据结构，并围绕6个按键组成一个查询响应不同深度屏幕的方式。各个树杈中严禁出现延时类的函数，故速度优化不存在树节点轮询速度慢的问题。软件的整体流程如图5所示。
2.2 上位机的设计
上位机系统采用VB编程，通过串口和STM32进行通信，读取过来的数据按照年、月、日的格式存储在Excel表格中，绘制成图标文件，并且可以分别查看单一和全部通道的数据曲线和保存当前曲线截图，软件分别用红、黄、蓝、紫4种颜色代表H2S[7]，CO[8-9]，O2和可燃气体的浓度，X轴代表所处一天中的某个时间段。上位机界面的设计如图6所示。
3 结语
基于UCGUI图像系统，以STM32硬件平台设计一种便携式多功能气体浓度报警仪。该仪器具有两级报警和声、光、震动3种报警方式，安全可靠，并配套开发有上位机，通过串口通信访问存储的历史数据，以方便用户进行分析处理。该仪器仪表设计小巧，携带方便，适宜推广应用。
参考文献
[1] 张景国.基于TDLAS的一氧化碳气体浓度测量技术研究[D].成都：电子科技大学，2011：51-52.
[2] 张勇.红外甲烷浓度检测系统的设计与开发[D].青岛：中国石油大学，2009.
[3] 刘文琦，牛德芳.光钎甲烷气体传感器的研究[J].仪表技术与传感器，1999（1）：35-36.
[4] 孙晓峰.利用LED检测甲烷浓度的实验研究[D].长春：吉林大学，2004.
[5] WANG J.Carbon-nanotube based electrochemical biosensors：A review[J].Eletroanalysis，2005（17）：7-14.
[6] ZHANG S，WRIGHT G，YANG Y.Materials and techniques for electrochemical biosensor design and construction[J].Binsens
Bioelectron，2000（15）：273-282.
[7] DONG CHEN，WENQING LIU，YUJUN ZHANG，et al.Fiber distributed multichannel open path H2S sensor based on tunable diode laser absorption spectroscopy[J].Chin.Opt.let.，2007，5（2）：121-124.
[8] 韩昭明.基于CDMA网络的CO浓度检查系统的研究[D].秦皇岛：燕山大学，2006.
[9] 刘新跃.基于TDLAS的CO在线监测系统的研究与开发[D].成都：西南交通大学，2006.
Abstract： Based on image UCGUI system a kind of intelligent detection alarming apparatus was designed. This paper introduced the design of system hardware and software used in the instrument， and expounded its advantages on the function compared with traditional instruments. The instrument has the advantages of small and exquisite structure， practical function， easy to operate， convenient to carry and suitable for population and application.
Key words： automatic detection instrument； gas sensor； gas concentration； alarm； portable
瓦斯报警等级规定（模版） 第5篇
等级划分、响应、处理制度
一、瓦斯报警等级划分
1.零级报警：瓦斯浓度超限或主要通风机停运时间不超过1分钟。
2.一级报警：瓦斯浓度超限超过1分钟（含）少于30分钟；主通风机停运时间超过1分钟（含）少于10分钟。
3.二级报警：瓦斯浓度超限超过30分钟（含）少于60分钟；主通风机停运时间超过20分钟（含）少于30分钟。
4.级报警：瓦斯浓度超限超过60分钟或传感器显示值大于等于3%；主要通风机停运时间超过30分钟。
二、瓦斯报警响应制度
1.发生零级报警由通风、机电管理人员10分钟内到矿监控中心查明原因并向矿长黄剑彬、矿总工何剑、安全矿长潘晓钰、通风副矿长尹少华汇报。
2.发生一级报警由值班矿长、通风、机电、安监管理人员10分钟内赶到监控中心查明原因并立即撤出超限区域内所有作业人员，安排电工或瓦检员到现场查处理。监控员向矿长黄剑彬、矿总工何剑、安全矿长潘晓钰、通风副矿长尹少华汇报。
3.发生二级报警由矿长黄剑彬、矿总工何剑、安全矿长潘晓钰、通风矿长尹少华、通风科值班人员、机电科值班人员、安监科值班人员及时赶到监控中心查明原因并立即撤出超限区域内所有作业人员。调度中心向公司总工周乐兵、安全生产副经理彭云、经理陆千友汇报，通风值班管理人员必须立即下井处理并将处理情况向调度中心汇报。
4.发生三级报警由矿长黄剑彬、矿总工何剑、安全矿长潘晓钰、通风矿长尹少华、通风科值班人员、机电科值班人员、安监科值班人员及时赶到监控中心查明原因并立即撤出超限区域内所有作业人员。调度中心向公司总工周乐兵、安全生产副经理彭云、经理陆千友汇报，通风矿长尹少华和通风值班管理人员必须立即下井处理并将处理情况向调度中心汇报。
三、瓦斯超限处理制度
1.发生瓦斯超限报警，由安监科负责追查，对相关责任人进行处理。
2.发生瓦斯超限，监控员立即电话通知超限区域内所有作业人员停止作业并撤至安全区域。
四、凡发生以下情况，通风值班管理人员必须立即入井处理： 1.发生瓦斯超限时间超过30分钟。
2.监控分站通讯中断或瓦斯传感器断线超过60分钟监控维护工无法处理时。
3.井下作业点发生瓦斯异变（遇构造、揭露煤层、过废巷时）。
4.局部通风机拉循环或通风系统部稳定时。5.瓦抽管道顺坏时。
红源井煤矿
便携式瓦斯报警仪管理制度 第6篇
瓦斯爆炸是煤矿的重大灾害之一, 严重威胁煤矿安全生产, 也是当今世界各采煤国研究和预防的重点。瓦斯的大部分成分是甲烷气体, 因此, 及时准确地检测甲烷含量, 在安全生产中具有非常重要的意义。目前, 国内普遍采用热催化元件以及光学干涉法检测瓦斯浓度, 但是其检测精度低、检测范围窄、其它气体也会对其造成干扰, 会造成无效判断, 这也是采用传统瓦斯检测仪有时会导致人员窒息死亡的原因;而且其气敏检测传感器一致性、互换性差, 需要经常校准, 使用不方便。为此, 笔者设计了一种基于红外光学原理的便携式甲烷报警仪, 它克服了以往检测方法容易造成人员中毒、易老化、受环境因素影响等缺点, 同时它还具有灵敏度高、响应速度快、选择性好等优点。
1 红外吸收原理
红外光谱吸收法是利用双原子分子对红外光具有特定吸收峰这一特性来实现的, 也就是说某种瓦斯只对应吸收某种波段处的红外光能量, 而这个波段就称为这一瓦斯的特定红外吸收峰, 它不与其它瓦斯吸收峰干扰, 吸收的能量与瓦斯在红外光区内的浓度有关。当红外光通过待测气体时, 被测气体分子吸收特定波长 (甲烷特定吸收波长为3.3 μm) 的红外光, 其吸收关系服从朗伯-比尔 (Lambert-Beer) 吸收定律[1]。
出射光强为
undefined
式中:I为出射光强;I0为入射光强;μ为被测气体的吸收系数;c为被测气体浓度;L为辐射通过被测气体介质的厚度。
报警仪采用红外光源、高精度干涉滤光片一体化热释电探测器和单光束双波长技术, 配合镀金膜气室实现对CH4等气体的实时检测。热释电探测器封装上固定安装有干涉滤光片, 通过检测透过的红外光的强度, 将强度变化转换为电压变化输入到单片机, 以计算CH4气体的浓度[2]。
2 甲烷报警仪设计
2.1 甲烷报警仪总体设计
该甲烷报警仪以完全集成的混合信号片上系统型MCU——C8051F040为核心, 包括红外传感器、前置信号滤波放大、数码管显示、声光报警、开关控制、防爆电池等电路单元, 如图1所示。
主要技术要求:
量程:CH4:0～5%VOL, 报警点可编程预设;
分辨率:0.01%;
误差:小于2.4%FS;
精度:0.05%;
响应时间:<20 s;
防爆形式:矿用本安兼隔爆;
防护等级:IP54;
电池最高开路电压: ≤DC 4.2 V, 容量为2.1 A·h;
电池工作时间:>9 h;
正常工作环境:-10～60 ℃、0～60%无凝露。
C8051F040单片机是完全集成的混合信号系统级芯片 (SOC) , 具有与8051兼容的高速CIP-51内核, 片内集成了数据采集和控制系统中常用的模拟、数字外设及其它功能部件, 内置FLASH程序存储器、异步串行通信UART[3]。
在设计中, 由C8051F040发出一个频率为3 Hz的方波信号, 经过光耦隔离和CMOS管9410之后驱动红外光源, 光线经气室反射后到达热释电探测器, 探测器输出峰峰值为20 mV左右的微弱信号, 该信号经运放LM358放大后输给C8051F040 A/D口, 由C8051F040运算后进行浓度显示、数据保存以及经串口传输等。
2.2 报警仪硬件设计
报警仪硬件由气室、前置信号滤波放大电路、电源转换电路、单片机及外围电路、浓度显示电路、声光报警电路、防爆电池组成。
气室设计的好坏直接影响传感器的性能, 图2为通过光学仿真设计的气室结构图。红外光源安放在抛物面的焦点处, 发出的光经过抛物面反射后平行照射到对面的抛物面上, 再经过聚焦到达探测器上。采用该结构是因为光能能得到更好的利用, 提高了检测效率。
前置信号滤波放大电路在设计中采用了高精度、低漂移的带直流基准电压的模拟放大电路[4], 如图3所示。
电源转换电路由深圳泉芯公司的QX6206L33E和QX6206L33F稳压器组成。QX6206系列稳压器是高纹波抑制率、低功耗、低压差、具有过流和短路保护的CMOS降压型电压稳压器。该稳压器具有很低的静态偏置电流 (8.0 μA) , 能在输入、输出电压差极小的情况下提取300 mA的输出电流, 并且仍能保持良好的调整率。这样就能保证报警仪红外光源的驱动不会因为电池电压的变化而出现波动, 以免影响报警仪的检测精度。
浓度显示电路由4个数码管及驱动电路构成。声光报警电路由蜂鸣器、高亮度发光管及驱动电路构成。
防爆电池采用武汉力兴 (火炬) 电源有限公司的产品, 该电池在短路、强制放电、过充电、自由跌落、挤压、高温搁置的情况下都不会爆炸起火。
防尘防水透气的措施:设计一个透气外壳, 将憎水油结构的膨体聚四氟乙烯 (ePTFE) 薄膜嵌入在聚酰胺塑料外壳中。聚四氟乙烯具有惰性、单一性、抗化学性以及抗紫外线的特点, 细微多孔结构的膨体聚四氟乙烯 (ePTFE) 薄膜甚至能阻止盐粒晶体。
2.3 报警仪软件设计
报警仪软件采用模块化设计, 软件流程如图4所示。报警仪上电或复位后, C8051F040首先进行初始化, 再调用自检模块, 对系统进行自检;通过自检后, 调用数据采集模块并对采集到的信号进行处理, 将探测器输出的模拟电压值通过查表的方法找到其对应的浓度值。为了提高检测精度, 对采集到的信号进行了数字滤波, 所得瓦斯浓度与报警值比较, 若浓度超限, 则调用声光报警模块;同时将数据存储到存储器中, 并向上位机发送瓦斯浓度数据和报警信号, 实现报警仪的联机通信。采用逐次逼近方法对电池的电压进行实时测量, 并将电压与报警仪时间进行标定, 如果电压小于设定的值就报警延时。按键有功能键、移动键和数值键, 其中功能键主要是实现开关机和各个功能之间的切换, 主要有甲烷浓度、系统时间、剩余工作时间和密码调校等功能, 使得报警仪功能更加完善。
3 标定与实验数据
标定是选用北京均方理化研究所研制的甲烷红外分析仪。该分析仪有一个大的配比箱, 当向该分析仪注射一定的气体, 一定时间后气体会自动扩散整个配比箱并平衡箱内[5], 这时就可以观测大型分析仪所测得的气体浓度, 然后通过观测微红外探测器经过单片机系列解算后的输出信号值, 通过多次观测不同浓度下不同的输出值, 最终优化选择一组重复性好的数据, 以数据表格的形式写入单片机中, 然后再通过微红外检测器的数码浓度显示观测2个仪器设备的对比性, 这样重复多次修正、优化该组数据表格, 并加入不同温度下的影响以及外界环境因素等影响对该值的补偿。表1为在量程为0～5%范围内4个报警仪的标准值与实测值比较, 从表1可以看出误差能控制在2.4%FS范围内。
4 结语
本文结合国内外较为先进的红外吸收原理检测甲烷气体浓度的方法设计了便携式甲烷报警仪。该报警仪实现了对甲烷浓度的高精度和宽量程检测, 克服了以往检测方法容易造成人员中毒、易老化、受环境因素影响等缺点, 具有灵敏度高、响应速度快、选择性好的优点。同时它还具有体积小、功能强大、测量准确、结实耐用、操作简便、密封性能好、工作时间长、防爆性能好等优点。该报警仪目前正在试制并做防爆认证, 下一步将在矿井中应用。
参考文献
[1]王玉田, 刘瑾, 杨海马.光纤光栅调制式光纤甲烷气体传感器的研究[J].传感技术学报, 2003 (9) :324-327.
[2]王汝琳, 王咏涛.红外检测技术[M].北京:化学工业出版社, 2006.
[3]童长飞.C8051F系列单片机开发与C语言编程[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2005.
[4]薛晨阳.红外传感器的信号提取和数据采集的设计[J].仪表技术与传感器, 2007 (2) :45-46.
便携式瓦斯报警仪管理制度 第7篇
目前, 一般警报发放系统是基于PC机/单片机技术的半双工的点对多点天线专用遥控网。系统中控制中心由PC/工控机担任, 各执行终端以单片机为核心的控制器来执行控制功能。从使用管理和建设角度看, 有如下不足, 基于PC机/工控机技术的控制中心单位体积大, 设备成本较高, 且由于承担的任务相对简单, 故使用效率不高, 而基于单片机技术的控制执行终端能较好地完成解码控制功能, 但不能满足警报发放技术的信息交互化改进和运行管理的需求, 例如由单片机完成高质量、高效率的音频编解码、录入和还原来实现信息交互化功能是一个比较棘手的问题。本文设计的目的是鉴于以上需求, 采用硬软件资源丰富且可裁减的数据处理能力强大, 且具备一般单片机控制功能的嵌入式技术, 设计一种体积小、成本低、功能强、开发周期短的嵌入式中心控制器和终端控制器, 以对原有警报发放系统进行改进。
二、系统整体介绍
改进的系统由一个控制中心和多个终端构成。控制中心和终端之间使用无线数传模块来构成无线数据通路。每个终端配置唯一的地址, 当发放警报时, 控制中心既可以以群发的方式发放警报内容, 又可以通过指定终端地址, 以点对点的方式向某一指定的终端主机发放指定的警报内容。
终端控制器的音频输出端口和功放相连。当终端接收到属于本机的警报指令后, 根据不同的警报内容, 调用不同的音频文件, 最后由音频输出单元和功放发放。
为保证控制器的可靠性, 需要定时进行检测。检测时主控中心以串行点名的方式对每个终端进行查询。检测的内容包括中心和终端的无线数据通路和音频发放设备的工作情况。为了能正确了解终端设备的工作情况, 在终端音频输入接口配备麦克风, 用于采集发放的警报声音, 采集的声音压缩文件再通过无线网络返回给主控中心, 再在主控中心进行处理, 分析终端的整套设备工作正常与否。
一般来说嵌入式控制器是针对某一特定功能来设计的, 它可被认为是一种具有特定功能的专用计算机。在本系统中, 控制中心和终端控制器需要实现的主要任务都是数据传输和音频的处理, 所以在硬件资源选择上, 中心和终端可以使用同一套硬件设备。在系统组网时, 只需在中心控制器和终端控制器上安装不同的应用软件即可完成系统要求。所以在设计开发中, 一旦实现了控制中心的功能, 也就是基本上完成了终端的设计任务。
三、系统硬件软件资源的选择
(一) 系统选择
为了能方便地实现音频的处理功能, 加快系统的开发时间, 选择WindowsCE作为控制器的操作系统。虽然WindowsCE是一个软实时的操作系统, 但是完全可以满足本系统对实时性的要求。同时WindowsCE具有出色的图形用户界面, 强大的多媒体功能, 良好的通信能力。界面友好的嵌入式平台工具Platform Builder为WindowsCE的制定提供了方便。具有和VisualC++基本相同特性的应用程序开发工具EmbeddedVisualC++又为熟悉Windows编程的开发人员提供了捷径。所以使用具有功能完备的API函数库的WindowsCE操作系统, 能使系统显示出很大的优越性。
(二) 硬件结构
目前已有多款CPU内核支持WinCE操作系统, 例如ARM、x86、MIPS、PowerPC、SH等。目前市场上采用MIPS和ARM架构的CPU占据了主导地位。本系统控制中心的CPU选择Intel@XScalePXA 255微控制处理器, 它遵从ARM 5V.TE体系构架, 运行速度高达400MHz, Intel超流水线技术和独特的动态功率管理技术, 使它兼有高性能与低功耗的特点。为了达到嵌入WinCE操作系统的要求, 系统配置64M SDRAM和32M Flash。系统还配置LCD显示系统和触摸屏。音频控制器采用TI公司的TSC 2301AudioCodec芯片, 该芯片支持AC′97标准20位立体声编/解码、支持可编程采样率、输入输出增益和数字音响处理功能, 同时集成触摸屏控制功能。它也是本系统硬件的重要组成部分。基于串口通信的无线数传模块在实际应用中已经很成熟, 在市场上也有多种可供选择的产品, 对此不作详细介绍。以下是系统硬件结构图。
四、WindowsCE操作系统和应用程序
(一) 系统的制定
每一个WindowsCE操作系统都是基于固定的硬件平台来运行的。一个完整的WindowsCE操作系统的基本内容包括以下几个方面:
(1) Bootloader, 用于加载WindowsCE操作系统的程序;
(2) CPU初始代码, 基于特定的CPU系列;
(3) 驱动程序, 包括键盘、鼠标、声卡、COM等等, 不同的硬件设备可能有不同的设置, 驱动程序分别由Windows CE和硬件厂商提供;
(4) 用户界面接口;
(5) 完成特定功能的应用程序。
WinCE的制定是在Platform Builder下完成的, 在此过程中需要选择特定的开发版支持包BSP和相应的应用程序和服务组件, 在选择过程中为了节约硬件资源, 使内核在能达到要求的前提下尽可能的小, 需要尽量精简应用程序和组件。
自己编写应用程序后, 为了使应用程序也能成为镜像系统的一部分, 可以在Platform Builder下创建自己的CEC文件, 使其成为新的特性并添加到需制定的系统特性目录中去。
制定完成的系统经过编译后即可生成系统内核镜像, 同时还能生成一个Eboot文件。首先通过JTAG下载Eboot文件, 再通过以太网下载系统镜像文件, 在这基础上便可以完成对系统的调试和固化。
(二) 应用程序
应用程序主要是绘制人机交互界面, 实现串口通信功能, 并具有声音的采集、编码和播放功能。
应用程序是在EmbeddedVisualC++环境下编辑的。WinCE同桌面Windows系统一样也是一个图形界面的操作系统, 它可以帮助我们设计出丰富的图形界面, WinCE提供了功能强大的图形设备接口 (GDI) , 利用GDI函数可以方便地绘制出点、线、矩形、多边形、椭圆、位图以及文本等, 同时和VisualC++一样, embeddedVisualC++也提供了许多常用的控件, 所以绘制人机交互界面的工作相对简单。
1. WindowsCE的串行口通信程序
在VisualC++中实现串口通信可以简单地使用MSCOMM控件, 但是在EmbeddedVisualC++中没有此控件, 所以串口的实现相对复杂。但是WinCE提供了丰富的API函数库, 在EVC的编辑环境中可以使用API函数来实现嵌入式系统控制器和无线数传模块的通信。具体过程是首先对串口进行初始化, 其中包括使用CreateFile函数打开存在且没有被占用的串口资源, 设置设备的属性, 例如波特率、数据位数、校验方式等, 然后设置串口的读写时间, 指定端口监测的事件集。在串口的读写过程中, 因为写是可以控制的, 而读的时候无法确定数据什么时候能收到, 所以可以在程序的主线程中写数据, 同时创建一个辅助线程专门用来读数据, 当有数据需要发送时, 使用WriteFile函数向已打开的串口写需要发送的数据。而在辅助线程中, 用WaitCommEvent来检测线路状态, 当检测到收到一个字符的事件发生时调用ReadFile函数对串口进行读操作。读取数据后, 为了触发事件响应以完成数据处理, 可以在辅助线程中使用PostMessageBox函数向应用程序主窗体类邮递一个自定义消息, 这样就可以在主线程中完成消息响应过程。
值得注意的是WinCE操作系统是一种UNICODE环境, 它只支持UNICODE的应用程序和控件, 这也是为什么同样是32位机, 具有基本类似的API函数, 很多在Windows下能运行的控件或类在WINCE环境中无法正常工作的原因。所以在进行串口数据发送的时候需要把数据由UNICODE字符串转换为ANSI字符串, 可以使用API函数, WideCharToMulitByte进行转换。
另外WinCE操作系统中不支持重叠I/O模式, 所以在打开串口的时候需要选择以非重叠I/O方式打开, 但是在同步方式下如果有一个通讯API在操作, 另一个会被阻塞, 直到上一个操作完成, 所以当读数据的线程停留在WaitCommEvent的时候, WritFile就无法继续执行。为了解决此问题需要在调用WriteFile函数之前使用TerminateThread函数先终止写线程, 在发送完数据后再次创建同样的写线程用来等待数据接收事件。因为无线数据模块就是被设计成使用半双工方式进行数据传输的, 所以使用非重叠方式是合理的。
系统进行警报发放时, 由控制中心向终端发送数据包, 数据包被定义为如下格式:
终端接收到数据头后, 判断设备地址是否为本机地址, 如果是则读取命令, 根据命令字, 发送不同的警报, 如果地址不是本机地址则丢弃数据包。
2. WindowsCE中声音播放程序的实现
在检测时需要系统在终端进行声音播放和录入, 再通过无线网络把录入的声音文件传送到控制中心。在应用程序中, 声音的录入和播放使用波形音频编程接口来实现, 通过这个接口可以对音频以脉冲编码调制 (pulsecode modulation, PCM) 的方式进行压缩编码, 并能使应用程序精确地控制波形音频的输入输出设备。
声音的录制过程如下:
(1) 使用waveInOpen函数打开一个音频输入设备;
(2) 使用WAVEHDR结构体分配录制声音时所需的内存, 然后调用waveInPrepareHeader函数准备一个音频输入的数据头;
(3) 调用waveInAddBuff函数为音频输入设备准备一个缓存数据块;
(4) 使用waveInStart函数开始录制音频;
(5) 录音结束时使用waveInUnprepareHeader函数释放音频输入缓存区, 并调用waveInClose函数关闭音频设备。
音频的播放过程如下:
(1) 使用waveOutOpen函数打开一个音频输出设备;
(2) 使用WAVEHDR结构体分配录制声音时所需的内存, 然后调用waveOutPrepareHeader函数准备一个音频输出的数据头;
(3) 使用waveOutWrite函数发送数据块到音频输出设备;
(4) 录音结束时使用waveInUnprepareHeader函数释放音频输入缓存区, 并调用waveInClose函数关闭音频设备。
相对来说音频的录入比输出更为复杂一些。将模拟的 (连续的) 声音波形数字元化 (离散化) 的过程, 主要包括采样和量化两个方面。数字音频的质量也主要取决于采样频率和量化位数这两个重要参数。此外, 声道的数目、相应的音频设备也是影响音频质量的原因。
在PCM语音压缩编码中:
应用程序录制的Wave文件中也同样有几个重要的参数来定义声音数据格式, 它们是:采样方式、采样位数、采样频率和声道数。一般采样频率有8kHz、11kHz、22kHz和44kHz, 采样频率越高, 声音的保真性就越好, 但同时也就使音频数据的存储量增大了。在本设计中采集声音只是为了检测设备的运行情况, 所以对声音的质量要求不是很高, 同时为了减轻网络负担, 提高检测速度, 设定数据格式为8kHz采样频率、8位量化、单声道。通过实验发现, 采样得到的音质有所下降, 但是可以十分清晰地分辨警报类型。假设我们测试设备的时间为3秒钟, 那么数据量为8000×8÷8×1×3=24KB, 在串行口波特率为76800bps时, 加上数据包的包头、包长, 大约在3～4秒的时间能完成一个终端设备的检测。
本设计完成了对遥控遥测警报系统中心控制器的硬件结构的设计, 并在嵌入式硬件平台的基础上, 开发了控制中心和终端的应用程序。新的系统更好地满足了用户的报警需求, 同时控制器体积变小了, 可靠性增加了。不过, 由于系统中无线通信模块无法达到太高的波特率, 导致系统检测时间比较长, 在这一点有待进一步改进。
摘要：系统完成了对遥控遥测警报系统中心控制器的硬件结构的设计, 并在嵌入式硬件平台的基础上, 开发了控制中心和终端的应用程序。新的系统更好地满足了用户的报警需求, 同时控制器体积变小了, 而可靠性有所增强。
便携式瓦斯报警仪管理制度 第8篇
随着国内经济的快速发展和工业化进程的加速,城镇化的覆盖率越来越高。人们开始住进了公寓,与此同时人们对家居环境和室内空气品质状况受到越来越多的关注。特别是家居装修产生的甲醛,一氧化碳等有毒气体,以及天然气、液化气的泄露带来的不安全隐患,这些都对人们的家居生活产生了巨大的威胁。现代生活节奏的加快人们在起居室、办公室等室内环境的滞留时间越来越长,国内较发达地区人们在室内停留的时间超过了全天的85%。室内空气品质状况直接影响人们的身体健康。
二、系统组成框图及工作原理
系统电气部分由MCU最小系统模块、可燃气体检测模块、有毒气体检测模块、GSM模块、报警模块、液晶显示模块、温湿度模块组成,如图1所示。
三、控制电路单元硬件设计
(一)芯片选择与简介。
STC12C5A60S2是STC生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机,是高速、低功耗、超强抗干扰的新一代8051单片机,指令代码完全兼容传统8051,但速度快8~12倍。内部集成MAX810专用复位电路,2路PWM,8路高速10位A/D转换,针对电机控制,强干扰场合。
(二)可燃气体模块。
可燃气体模块选择了MQ5模块采用LM393芯片和MQ-5气体传感器组成,其电路如图2所示。该模块具有对液化气、天然气、城市煤气有较好的灵敏度;具有快速的响应恢复特性;长期的使用寿命和可靠的稳定性。适用于家庭或工业上对液化气、甲烷、煤制气等监测装置,可测试液化气、甲烷、煤制气的浓度。使用条件温度在-10°C~50°C,湿度小于9 5%Rh,报警点在1,0 0 0 PPM左右。
(三)有毒气体模块。
有毒气体模块选择了MS1100传感器模块,其电路如图3所示。具有极高的灵敏性和稳定性,能够侦测到0.1PPM以上的气体,适用于检测室内空气中甲醛,甲苯机挥发有毒气体,同时具有体积小,反应快等特点。检测气体范围在(0~1,000PPM),使用条件温度在-10°C~50°C,湿度小于90%Rh,可根据环境设置报警值。
(四)液晶显示模块。液晶显示采用的LCD1602。
(五)GSM模块。
GSM短信模块选择了SIM900A模块,其电路如图4所示。该模块属于双频GSM/GPRS模块,完全采用SMT封装形式,SIM900A适合中国市场,其稳定性好,性价比较高,使用简单,兼容国内几乎所有手机卡。串口传输速率支持从1200bps到57600bps的自动波特率检测功能,可在PDU模式下发送中文短信。
(六)蜂鸣器模块。蜂鸣器模块选择了低电平触发元件。该模块构造简单,反应速度快,性能稳定,寿命较长。
四、结语
本文设计便携式室内检测及报警装置的控制系统,该系统在满足了人们的基本要求,达到了检测气体并报警的同时,解决了市面上很多装置气体超标时,无法远程发短息给用户的问题。该系统运行稳定可靠,具有较强的市场价值。
摘要：本系统研究了一套便携式室内气体检测及报警装置,整个检测系统电路由气体传感器模块、温湿度模块、液晶显示模块、GSM短信模块、单片机、指示报警等模块组成。将所需的模拟信号通过传感器模块采集后传送给单片机,通过单片机内部的数据处理判断是否需要进行声光报警及发短信通知用户,以此来预防泄漏事故的发生。
关键词：单片机,MS1100气体传感器,DHT11传感器
参考文献
[1]李虹.C语言程序设计[M].南京:南京大学出版社,2010
[2]郭天祥.51单片机C语言教程-入门、提高、开发、拓展全攻略[M].北京:电子工业出版社,2009
[3]张毅刚.新编MCS-51单片机应用设计[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2003