低浓度煤矿瓦斯检测系统设计与仿真.pdf

ＩＳＳＮ １００６ －７１６７ ＣＮ ３１ －１７０７／ Ｔ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＡＮＤ ＥＸＰＬＯＲＡＴＩＯＮ ＩＮ ＬＡＢＯＲＡＴＯＲＹ 第３９卷 第６期 Ｖｏｌ．３９ Ｎｏ．６ ２０２０年６月 Ｊｕｎ． ２０２０ 专 题 讨 论 虚 拟 仿 真 技 术 （８２） 低 浓 度 煤 矿 瓦 斯 检 测 系 统 设 计 与 仿 真 丁 艳 ａ， 袁 隆 基 ｂ， 宋 正 昶 ｂ （ 中 国 矿 业 大 学ａ．徐 海 学 院 ；ｂ．电 气 与 动 力 工 程 学 院 ， 江 苏 徐 州２２１１１６） 摘 要 煤 矿 瓦 斯 检 测 已 成 为 煤 矿 安 全 生 产 过 程 中 最 重 要 的 项 目 之 一 ， 传 统 的 煤 矿 瓦 斯 检 测 仪 存 在 功 耗 高 、 体 积 大 、 可 靠 性 不 高 等 问 题 ， 本 文 提 出 一 种 基 于 催 化 燃 烧 原 理 的 低 浓 度 煤 矿 瓦 斯 检 测 系 统 设 计 方 案 。该 方 案 以ＳＴＣ８９Ｃ５２ＲＣ单 片 机 为 核 心 控 制 芯 片 ， 采 用Ｋｅｉｌ ｕＶｉｓｉｏｎ为 系 统 编 程 软 件 ，８ ｂｉｔ高 精 度ＡＤＣ０８０８为 采 集 芯 片 ， ＬＣＤ１６０２为 液 晶 显 示 模 块 。通 过Ｐｒｏｔｅｕｓ软 件 进 行 检 测 系 统 仿 真 ， 结 果 表 明 检 测 电 路 实 现 了 低 浓 度 瓦 斯 的 检 测 ， 减 小 了 设 备 体 积 ， 提 高 了 可 靠 性 ， 降 低 了 成 本 ， 达 到 了 预 期 目 的 ， 具 有 一 定 的 实 用 价 值 。 关 键 词 低 浓 度 瓦 斯 ；煤 矿 瓦 斯 检 测 系 统 ；设 计 与 仿 真 中 图 分 类 号 ＴＤ ７１２ 文 献 标 志 码 Ａ 文 章 编 号 １００６ －７１６７（２０２０）０６ －００９４ －０４ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｌｏｗ Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ Ｃｏａｌ Ｍｉｎｅ Ｇａｓ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ ＤＩＮＧ Ｙａｎａ， ＹＵＡＮ Ｌｏｎｇｊｉｂ， ＳＯＮＧ Ｚｈｅｎｇｃｈａｎｇｂ （ａ． Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｘｕｈａｉ；ｂ． Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｐｏｗｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｍｉｎｉｎｇ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｕｚｈｏｕ ２２１１１６，Ｊｉａｎｇｓｕ，Ｃｈｉｎａ） ＡｂｓｔｒａｃｔＣｏａｌ ｍｉｎｅ ｇａｓ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｈａｓ ｂｅｃｏｍｅ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｐｒｏｊｅｃｔｓ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ ｓａｆｅｔｙ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ． Ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ ｇａｓ ｄｅｔｅｃｔｏｒ ｈａｓ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｆ ｈｉｇｈ ｐｏｗｅｒ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ，ｌａｒｇｅ ｖｏｌｕｍｅ ａｎｄ ｌｏｗ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ． Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ａ ｄｅｓｉｇｎ ｓｃｈｅｍｅ ｏｆ ｌｏｗ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ ｇａｓ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｃａｔａｌｙｔｉｃ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ． Ｔｈｅ ｓｃｈｅｍｅ ｕｓｅｓ ＳＴＣ８９Ｃ５２ＲＣ ｓｉｎｇｌｅ ｃｈｉｐ ａｓ ｔｈｅ ｃｏｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｃｈｉｐ，ＫｅｉｌｕＶｉｓｉｏｎ ａｓ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ ｓｏｆｔｗａｒｅ，８ｂｉｔ ｈｉｇｈｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ＡＤＣ０８ ａｓ ｔｈｅ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｃｈｉｐ，ＬＣＤ１６０２ ａｓ ｔｈｅ ｄｉｓｐｌａｙ ｍｏｄｕｌｅ， ａｎｄ Ｐｒｏｔｅｕｓ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｓｏｆｔｗａｒｅ ａｓ ｗｅｌｌ． Ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｔｅｓｔ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｖｅｒｉｆｉｅｓ ｔｈｅ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｃｉｒｃｕｉｔ，ｒｅａｌｉｚｅｓ ｔｈｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｌｏｗ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｇａｓ，ｒｅｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｖｏｌｕｍｅ，ｉｍｐｒｏｖｅｓ ｔｈｅ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ，ｒｅｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｃｏｓｔ， ａｃｈｉｅｖｅｓ ｔｈｅ ｅｘｐｅｃｔｅｄ ｐｕｒｐｏｓｅ，ａｎｄ ｈａｓ ａ ｃｅｒｔａｉｎ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｖａｌｕｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓｌｏｗｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｇａｓ；ｃｏａｌ ｍｉｎｅ ｇａｓ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ；ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ 收 稿 日 期 ２０１９０８１２ 基 金 项 目 国 家 自 然 科 学 基 金 重 点 项 目 （５０５３４０９０） ； 江 苏 高 校 “青 蓝 工 程 ” （２０２００４１５） 作 者 简 介 丁 艳 （１９８０ －） ， 女 ， 江 苏 徐 州 人 ， 硕 士 ， 副 教 授 ， 主 要 研 究 方 向 为 低 浓 度 瓦 斯 高 值 利 用 。 Ｔｅｌ．１３９５２２９４３５０；Ｅｍａｉｌｄｉｎｇｙａｎ０２＠１２６． ｃｏｍ ０ 引 言 煤 矿 瓦 斯 是 煤 矿 开 采 过 程 中 煤 的 伴 生 产 物 ， 属 于 不 可 再 生 能 源 ， 在 煤 矿 开 采 过 程 中 ， 煤 矿 瓦 斯 被 列 为 重 大 灾 害 源 和 大 气 污 染 源 ［１］。瓦 斯 的 聚 集 极 易 引 起 瓦 斯 事 故 ， 及 时 掌 握 煤 矿 瓦 斯 的 实 时 状 态 显 得 非 常 重 要 ， 瓦 斯 浓 度 检 测 便 成 了 煤 矿 安 全 生 产 中 一 项 必 不 可 少 的 工 作 。煤 矿 瓦 斯 浓 度 检 测 方 法 有 热 传 导 型 ［２］、 光 学 干 涉 型 ［３］、 红 外 吸 收 型［３５］、 催 化 燃 烧 型［６８］等 。热 传 导 检 测 传 感 器 的 结 构 相 对 比 较 简 单 ， 一 般 用 于 高 浓 度 瓦 斯 检 测 ， 因 为 在 对 于 高 浓 度 瓦 斯 检 测 来 说 ， 精 度 比 较 高 ， 而 不 适 用 于 低 浓 度 煤 矿 瓦 斯 的 检 测 ［９］。光 学 干 涉 第６期丁 艳 ， 等 低 浓 度 煤 矿 瓦 斯 检 测 系 统 设 计 与 仿 真 检 测 ， 虽 然 精 度 高 、 性 能 也 比 较 稳 定 ， 但 是 检 测 速 度 比 较 慢 ， 读 数 也 不 直 观 ［９１０］， 我 国 ２０世 纪７０年 代 之 前 ， 用 的 基 本 上 都 是 这 个 方 法 ［１１］。红 外 吸 收 检 测 方 法 的 检 测 范 围 比 较 宽 ， 响 应 也 比 较 快 ， 精 度 也 较 高 ， 但 其 精 度 和 成 本 基 本 成 正 比 关 系 ， 也 就 是 精 度 越 高 ， 成 本 越 高 ， 所 以 推 广 比 较 困 难 ［１２］。目 前 对 于 低 浓 度 瓦 斯 检 测 ， 使 用 比 较 多 的 就 是 基 于 催 化 燃 烧 原 理 的 检 测 方 法 ， 这 种 方 法 是２０世 纪８０年 代 以 来 ， 随 着 电 子 技 术 的 飞 速 发 展 而 兴 起 的 一 种 检 测 方 法 。传 统 的 煤 矿 瓦 斯 检 测 仪 存 在 功 耗 高 、 体 积 大 、 可 靠 性 不 高 等 问 题 。为 此 ， 本 文 基 于 催 化 燃 烧 传 感 器 原 理 ， 提 出 一 种 低 浓 度 煤 矿 瓦 斯 检 测 系 统 的 设 计 方 案 ， 该 方 案 选 取ＳＴＣ８９Ｃ５２ＲＣ单 片 机 为 核 心 控 制 芯 片 ， 采 用Ｋｅｉｌ ｕＶｉｓｉｏｎ为 系 统 编 程 软 件 ［１３］， ８ ｂｉｔ高 精 度ＡＤＣ０８０８为 采 集 芯 片 ［１４，１５］， ＬＣＤ１６０２为 液 晶 显 示 模 块 ， 并 通 过Ｐｒｏｔｅｕｓ软 件 进 行 检 测 系 统 的 仿 真 测 试 ， 验 证 了 检 测 电 路 的 可 行 性 ， 实 现 了 低 浓 度 瓦 斯 的 检 测 ， 减 小 了 体 积 ， 提 高 了 可 靠 性 ， 降 低 了 成 本 ， 达 到 了 预 期 目 的 ， 具 有 一 定 的 适 用 参 考 价 值 。 １ 煤 矿 瓦 斯 检 测 传 感 器 结 构 及 工 作 原 理 煤 矿 瓦 斯 检 测 传 感 器 的 结 构 和 原 理 如 图１所 示 。 图１ 瓦 斯 传 感 器 电 气 原 理 图 图 中ＲＤ为 测 量 元 件 ， 该 测 量 元 件 主 要 是 由 金 属 铂 丝 、 氧 化 铝 多 孔 载 体 和 催 化 剂 构 成 ， 金 属 铂 丝 绕 制 成 螺 旋 状 ， 在 其 外 层 涂 抹 一 定 厚 度 的 氧 化 铝 浆 ， 并 将 其 烧 制 成 多 孔 载 体 ， 在 载 体 表 面 浸 渍 一 层 铂 和 钯 催 化 剂 ， 元 件 表 面 呈 现 出 黑 色 ， 所 以 通 常 又 被 称 为 黑 元 件 。图 中ＲＣ 是 补 偿 元 件 ， 与 黑 元 件ＲＤ的 阻 值 相 同 ， 不 同 的 是ＲＣ 表 面 并 没 有 浸 渍 催 化 剂 ， 也 就 不 会 参 与 低 温 催 化 燃 烧 反 应 ， 它 的 作 用 只 是 对 非 瓦 斯 含 量 变 化 引 起 的ＲＤ阻 值 变 化 起 到 补 偿 作 用 ， 图 中 的Ｒ１和Ｒ２相 等 ， 与ＲＤ和 ＲＣ共 同 组 成 了 一 个 电 桥 。黑 元 件ＲＤ在 通 电 的 情 况 下 ， 当 遇 到 瓦 斯 气 体 时 ， 通 过 的 电 流 会 使 得 黑 元 件 内 部 的 铂 丝 温 度 升 高 ， 当 达 到 一 定 温 度 时 ， 瓦 斯 和 氧 气 在 催 化 剂 的 作 用 下 进 行 无 焰 燃 烧 反 应 ， 其 反 应 方 程 式 ＣＨ４＋２Ｏ２ ｐｔｐ →   ｄ ２Ｈ２Ｏ ＋ ＣＯ２＋７９５． ５ ｋＪ（１） 反 应 产 生 的 热 量 会 进 一 步 加 热 铂 丝 ， 导 致 铂 丝 的 电 阻 发 生 改 变 ， 使 得 电 桥 失 去 了 平 衡 而 输 出 一 个 电 压 信 号 ， 用 这 个 电 压 信 号 值 来 反 映 瓦 斯 含 量 的 大 小 。具 体 推 导 如 下 当 铂 丝 的 电 阻 由 于 温 度 而 改 变 ΔＲ Ｄ， 则 ＵＡＢ＝ ＲＤ＋ ΔＲＤ （ＲＤ＋ ΔＲＤ）＋ ＲＣＥ － Ｒ１ Ｒ１＋ Ｒ２Ｅ 因 为ＲＤ＝ ＲＣ，Ｒ１＝ Ｒ２， 所 以 ＵＡＢ＝ ＲＤ＋ ΔＲＤ ２ＲＤ＋ ΔＲＤＥ － Ｒ１ ２Ｒ１Ｅ ＝ ＲＤ ２ＲＤ＋ ΔＲＤＥ ＋ ΔＲ Ｄ ２ＲＤ＋ ΔＲＤＥ － １ ２ Ｅ 又 因 为ＲＤ＞＞ ΔＲＤ， 所 以 ＵＡＢ≈ １ ２ Ｅ ＋ ΔＲ Ｄ ２ＲＤ Ｅ － １ ２ Ｅ ＝ ΔＲ Ｄ ２ＲＤ Ｅ 由 此 可 见 ， 输 出 电 压ＵＡＢ与 测 量 元 件 的 电 阻 变 化 量 ΔＲ Ｄ成 正 比 。 ２ 系 统 硬 件 设 计 ２． １ 主 控 芯 片 电 路 本 设 计 的 主 控 芯 片 选 择 了ＳＴＣ８９Ｃ５２ＲＣ， 该 芯 片 不 仅 沿 袭 了 传 统 而 经 典 的ＭＣＳ５１内 核 ， 且 改 进 了 传 统５１单 片 机 一 些 不 具 备 或 者 是 需 要 通 过 外 接 其 他 芯 片 才 能 实 现 的 功 能 ， 该 系 统 具 有８ ｂｉｔ ＣＰＵ和 在 线 可 编 程Ｆｌａｓｈ。本 设 计 的 主 控 芯 片 电 路 如 图２所 示 。 图２ 主 控 芯 片 电 路 由 图２中 可 见 ，Ｐ３口 用 于ＡＤＣ０８０８的 数 字 量 获 取 ，Ｐ２． ３ ～ Ｐ２． ６引 脚 用 于 控 制ＡＤＣ０８０８芯 片 的 相 关 操 作 ，Ｐ１口 在 外 接 一 个 上 拉 电 阻 的 前 提 下 用 于 输 出 数 据 给ＬＣＤ１６０２模 块 ，Ｐ２． ０ ～ Ｐ２． ３操 作ＬＣＤ１６０２的 控 制 命 令 ， 从 引 脚 和 使 用 性 能 上 分 析 可 见 ， 该 芯 片 完 全 可 以 满 足 本 设 计 的 需 求 。 ２． ２ 信 号 放 大 电 路 低 浓 度 瓦 斯 检 测 传 感 器 输 出 的 电 压 信 号 非 常 微 弱 ， 一 般 在ｍＶ级 别 ， 只 有 几ｍＶ至 几 十ｍＶ， 且 共 模 电 压 较 高 ， 有 时 电 路 噪 声 比 信 号 还 大 。因 此 ， 从 噪 声 中 能 识 别 出 有 效 信 号 显 得 非 常 重 要 。综 合 成 本 和 精 度 的 需 ５９ 第３９卷 求 ， 本 文 选 择 了 仪 表 放 大 器ＡＤ６２０，ＡＤ６２０是 一 款 高 精 度 仪 表 放 大 器 ， 内 部 集 成 了３个 运 算 放 大 器 ， 且 只 需 在 引 脚１和 引 脚８之 间 跨 接 一 个 精 密 电 阻 就 可 以 实 现１ ～ １０ ０００的 增 益 调 节 ， 对 于 设 计 和 操 作 来 说 都 非 常 方 便 。 对 于 具 体 增 益 （Ｇ） 的 选 定 ， 可 以 按 照 下 式 进 行 计 算 Ｇ ＝（４９． ４ １０３／ Ｒｇ）＋ １（２） 式 中 Ｒｇ为 跨 接 在 引 脚１和 引 脚８之 间 的 电 阻 。本 设 计 选 用 传 感 器 的 输 出 电 压 在４０ ｍＶ左 右 ，ＡＤ６２０的 放 大 倍 数 设 计 为１００， 输 出 的 电 压 信 号 就 可 以 供Ａ／ Ｄ采 集 模 块 。由 式 （２） 可 知 ， 放 大 倍 数 为１００， 则Ｒｇ很 难 取 得 一 个 整 数 值 ， 所 以 在 设 计 中 采 用 一 个１ ｋΩ的 精 密 可 调 电 阻 ， 将 阻 值 调 至 在４９８． ９８９ ８ Ω（ 即 图３中 的ＲＰ２） 左 右 ， 尽 量 让 放 大 后 获 取１００的 放 大 倍 数 。具 体 电 路 如 图３所 示 。 图３ 信 号 放 大 电 路 ２． ３ 模 数 转 换 电 路 该 部 分 采 用ＡＤＣ０８０８模 数 转 换 芯 片 ， 该 芯 片 精 度 高 ， 速 度 快 。ＡＤＣ０８０８芯 片 内 部 集 成 了８个 通 道 的 Ａ／ Ｄ转 换 ， 每 个 通 道 均 为８ ｂｉｔ逐 次 逼 近 型Ａ／ ＤＣ。设 计 的 电 路 图 如 图４所 示 。 图４ 模 数 转 换 电 路 由 图４可 见 ＡＤＤＡ、ＡＤＤＢ和ＡＤＤＣ为 模 拟 通 道 地 址 选 择 引 脚 ， 由 于 本 设 计 中 只 用 了ＩＮ０一 个 通 道 对 放 大 后 的 瓦 斯 气 体 浓 度 电 压 信 号 进 行 采 集 ， 所 以 在 设 计 时 ，直 接 将ＡＤＤＡ、ＡＤＤＢ和ＡＤＤＣ引 脚 全 部 接 ＧＮＤ， 一 直 默 认 选 通ＩＮ０通 道 ， 由 单 片 机 的Ｐ２． ３引 脚 提 供ＣＬＯＣＫ信 号 ， 单 片 机 的Ｐ２． ４引 脚 启 动Ａ／ Ｄ转 换 ，ＡＤＣ０８０８的ＳＴＡＲＴ引 脚 获 取 单 片 机Ｐ２４引 脚 的 正 脉 冲 信 号 ， 正 脉 冲 的 上 升 沿 对 逐 次 逼 近 寄 存 器 清 零 ， 下 降 沿 开 始 启 动Ａ／ Ｄ转 换 。当 转 换 完 成 时 ，ＡＤ０８０８Ｃ的 ＥＯＣ引 脚 由 低 电 平 变 为 高 电 平 ， 单 片 机 的Ｐ２６引 脚 对 ＡＤＣ０８０８Ｃ的ＯＥ引 脚 输 出 高 电 平 ， 打 开ＡＤＣ０８０８Ｃ的 输 出 三 态 门 ， 使 得 转 换 结 果 可 以 从Ａ０ ～ Ａ７口 读 取 。 ２． ４ 显 示 电 路 为 方 便 观 察 检 测 到 的 瓦 斯 浓 度 ，本 设 计 采 用 了 ＬＣＤ１６０２液 晶 显 示 模 块 ，如 图５所 示 ，与 主 控 芯 片 ＳＴＣ８９Ｃ５２ＲＣ芯 片 直 接 相 连 ， 利 用ＳＴＣ８９Ｃ５２ＲＣ的Ｐ１ 口 驱 动ＬＣＤ１６０２的 数 据 口 ，Ｐ２． ０ ～ Ｐ２． ３作 为 ＬＣＤ１６０２的 控 制 引 脚 ， 通 常 程 序 控 制ＬＣＤ１６０２的 时 序 和 显 示 内 容 。 （ａ）信 号 放 大 电 路 （ｂ）液 晶 显 示 模 块 图５ Ｐｒｏｔｅｕｓ软 件 仿 真 演 示 图 ６９ 第６期丁 艳 ， 等 低 浓 度 煤 矿 瓦 斯 检 测 系 统 设 计 与 仿 真 ３ 系 统 软 件 设 计 软 件 部 分 主 要 是ＳＴＣ８９Ｃ５２ＲＣ主 控 芯 片 的 内 部 程 序 ， 主 要 功 能 是 实 现 瓦 斯 浓 度 的 采 集 、 处 理 和 显 示 。程 序 的 工 作 流 程 如 图６所 示 。 图６ 软 件 工 作 流 程 图 首 先 进 行 系 统 的 初 始 化 ， 包 括 定 时 器 、ＡＤＣ０８０８ 以 及ＬＣＤ１６０２模 块 的 初 始 化 ， 由 于ＡＤＣ０８０８的 通 道 选 择 引 脚 直 接 接 地 ， 所 以 一 直 默 认 选 通 的 是ＩＮ０通 道 ， 通 过ＡＤ０８０８的 操 作 时 序 ，启 动ＡＤＣ０８０８芯 片 进 行 ＩＮ０通 道 的 信 号 采 集 ， 采 集 后 的 数 据 进 行 异 常 值 的 剔 除 处 理 ， 然 后 送 入ＬＣＤ１６０２液 晶 模 块 进 行 显 示 。 ４ 仿 真 测 试 和 分 析 对 上 述 电 路 进 行 了 仿 真 测 试 ， 采 用ＭＪＣ４／２． ５Ｊ的 催 化 燃 烧 式 传 感 器 ， 该 传 感 器 输 出 的 是 毫 伏 级 电 压 信 号 ， 工 作 电 压 为２． ５ Ｖ， 工 作 电 流 大 致 为９０ ｍＡ。由 于 Ｐｒｏｔｅｕｓ中 没 有 这 个 传 感 器 模 型 ， 在 此 用 毫 伏 级 电 池 电 压 来 代 替 ， 如 图５（ａ）所 示 ， 从 图５（ａ）中 可 见 ，３０ ｍＶ 经 过ＡＤ６２０芯 片 进 行１００倍 放 大 之 后 变 成３Ｖ电 压 信 号 ，这 个 信 号 通 过ＡＤＣ０８０８芯 片 进 行 采 集 和 ＳＴＣ８９Ｃ５２ＲＣ芯 片 进 行 处 理 ， 并 通 过 图５（ｂ） 、ＬＣＤ１６０２ 进 行 显 示 采 集 到 的 电 压 信 号 值 和 瓦 斯 的 浓 度 值 。表１ 中 列 出 了 厂 家 传 感 器 参 数 的 典 型 值 ， 通 过Ｐｒｏｔｅｕｓ软 件 对 典 型 的 参 数 值 仿 真 测 试 ， 仿 真 测 试 结 果 和 厂 家 传 感 器 参 数 一 致 ， 验 证 了 该 电 路 可 以 实 现 低 浓 度 瓦 斯 的 浓 度 测 试 。 表１ 传 感 器 参 数 和 仿 真 测 试 结 果 序 号 厂 家 传 感 器 参 数仿 真 测 试 结 果 电 压 值／ ｍＶ瓦 斯 浓 度／ ｖｏｌ％电 压 值／ Ｖ瓦 斯 浓 度／ ｖｏｌ％ １００００ ２１５１１．５１ ３３０２３２ ４４５３４．５３ ５ 结 语 本 文 提 出 的 一 种 基 于 催 化 燃 烧 式 原 理 的 低 浓 度 煤 矿 瓦 斯 检 测 系 统 的 设 计 方 案 ， 以ＳＴＣ８９Ｃ５２ＲＣ单 片 机 为 核 心 控 制 芯 片 ， 采 用Ｋｅｉｌ ｕＶｉｓｉｏｎ为 系 统 编 程 软 件 ，８ ｂｉｔ高 精 度ＡＤＣ０８０８为 采 集 芯 片 ，ＬＣＤ１６０２液 晶 为 显 示 模 块 ， 并 通 过Ｐｒｏｔｅｕｓ仿 真 软 件 进 行 了 检 测 系 统 的 仿 真 测 试 ， 验 证 了 检 测 电 路 的 可 行 性 ， 实 现 了 低 浓 度 瓦 斯 的 检 测 ， 减 小 了 体 积 ， 提 高 了 可 靠 性 ， 降 低 了 成 本 ， 达 到 了 预 期 目 的 ， 具 有 一 定 的 适 用 参 考 价 值 。 参 考 文 献 （Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ） ［１］ 唐 衍 伟．中 国 煤 炭 资 源 消 费 状 况 与 价 格 形 成 机 制 研 究 ［Ｊ］．资 源 科 学 ，２００８，３０（４） ５５４５５９． ［２］ 王 浩 宇 ，曹 建 ，安 晨 光．基 于ＭＥＭＳ技 术 的 气 体 热 导 传 感 器 的 应 用 研 究 ［Ｊ］．传 感 技 术 学 报 ，２００９，２２（７） １０５０１０５４． ［３］ 王 艳 菊 ，王 玉 田 ，张 玉 燕．差 分 吸 收 式 甲 烷 气 体 传 感 系 统 的 研 究 ［Ｊ］．仪 器 仪 表 学 报 ，２００６，２７（１２） １６４７１６５０． ［４］ 陈 丹 艳．便 携 式 红 外 瓦 斯 检 测 仪 的 设 计 ［Ｄ］．合 肥 合 肥 工 业 大 学 ，２００７． ［５］ 晏 勇 ， 周 相 兵．基 于 物 联 网 矿 井 瓦 斯 动 态 监 测 与 预 警 系 统 设 计 ［Ｊ］．实 验 室 研 究 与 探 索 ，２０１６，３５（１） ９３１０５． ［６］ 冯 暖．基 于 蓝 牙 技 术 的 煤 矿 防 爆 监 测 系 统 ［Ｊ］．实 验 室 研 究 与 探 索 ，２０１７，３６（１） ２９０２９２． ［７］ 马 金 鸣 ，王 魏 男 ，李 小 伟 ，等．均 匀 沉 淀 法 制 备 高 性 能 催 化 燃 烧 式 甲 烷 传 感 器 ［Ｊ］．传 感 技 术 学 报 ，２０１１，２４（１１） １５２２１５２５． ［８］ 赵 娜 ，宋 文 爱．基 于ＭＳＰ４３０单 片 机 的 温 度 和 瓦 斯 报 警 系 统 的 设 计 ［Ｊ］．仪 表 技 术 与 传 感 器 ，２００８（２８） ４９５０． ［９］ 裴 宁．基 于 光 谱 吸 收 法 的 瓦 斯 检 测 技 术 的 研 究 ［Ｄ］．长 春 长 春 理 工 大 学 ，２０１０． ［１０］ 王 保 德．数 字 式 光 干 涉 瓦 斯 检 测 仪 的 研 究 ［Ｊ］．工 矿 自 动 化 ， ２００７（２） ２４２６． ［１１］ 郜 志 ，王 强 ，郭 伟 超．煤 矿 热 催 化 式 瓦 斯 报 警 器 校 准 测 试 探 讨 ［Ｊ］．河 北 煤 炭 ，２０１２（５） ５２６． ［１２］ 刘 中 奇 ，王 汝 琳．基 于 红 外 吸 收 原 理 的 气 体 检 测 ［Ｊ］．煤 炭 科 学 技 术 ，２００５，３３（１） ６５６６． ［１３］ 王 海 燕 ，杨 艳 华． Ｐｒｏｔｅｕｓ和Ｋｅｉｌ软 件 在 单 片 机 实 验 教 学 中 的 应 用 ［Ｊ］．实 验 室 研 究 与 探 索 ，２０１２，３１（５） ８９９１． ［１４］ 李 朝 青．单 片 机 原 理 及 接 口 技 术 ［Ｍ］．北 京 北 京 航 空 航 天 大 学 出 版 社 ，２００４． ［１５］ 李 全 利．单 片 机 原 理 及 应 用 ［Ｍ］．北 京 高 等 教 育 出 版 社 ，２０１２． ７９