瓦斯巡更监测分站的设计

    瓦检员定点检查瓦斯浓度是《煤矿安全规程》的要求，足煤矿安全管理的重要环节，对于保证矿井安全生产起到了重要的作用。由于瓦检员素质参差不齐，有些瓦检员责任心不强，出现空班、漏检现象，而且安全管理部门也缺乏相应的监管措施，造成极大的安全隐患。在井下各巡检点安装射频卡，瓦检员到达巡检点瓦斯检测仪读射频卡信息，采集瓦斯数据并保存；巡检结束后，将采集到的数据通过串口传给上位机处理?。操作相对复杂，而且安全管理部门不能实时了解瓦检员动态信息和各巡测点瓦斯浓度。为了规范瓦检员行为，便于在线管理，设计了瓦斯巡更系统。 

    1 系统结构及工作原理 

    该瓦斯巡更系统由便携式瓦斯检测仪、监测分站、光端机、通信接口和上位机监控软件构成。系统总体结构如图1所示。 

    在各监测地点安装监测分站，瓦检员到达监测地点，用便携式瓦斯检测仪测量当前瓦斯浓度和温度，采集完成后，便携式瓦斯检测仪靠近监测分站，通过红外方式把瓦斯浓度数据、温度、人员信息传给检测分站，监测分站把接收到的数据通过通信接口传给上位机监控软件。由于距离较远，监测分站传输的数据先通过光端机把电信号变为光信号，通过光缆进行远距离传输，到达地面调度室，再通过光端机把光信号还原成电信号，经通信接13把数据传给上位机监控软件。便携式瓦斯检测仪开机后待机时间设定在2 mi n，开机即测量瓦斯浓度和温度，并及时把传给监测分站，若开机时间超过2 mi n，系统关机，数据不保存，从而保证瓦检员到达监测地点检测数据并传输数据。 

    2 瓦斯巡更监测分站的硬件设计 

    瓦斯巡更系统中的监测分站由红外通信电路、RS一485通信电路、微控制器单元、电源电路和通信指示电路组成。监测分站系统框图如图2所示。 

    2．1红外通信电路 

    红外线足波长在0．75一l 000斗m的电磁波，它的频率高于微波而低于可见光，是一种人的眼睛看不到的光线。红外通信一般采用红外波段内的近红外线，波长为0．75～1．50斗m。由于红外线的波长短，对障碍物的衍射能力差，所以更适合应用在需要短距离无线通信的场合，进行点对点的直线数据传输心。该设计巾瓦斯检测仪与监测分站之间的数据传输采用红外通信方式。 

    红外通信电路用于监测分站和便携式瓦斯检测仪之间的数据传输。红外通信电路分为红外发送电路和红外接收电路，在发射端，发送的数字信号经过适当的调制编码后，送人电光变换电路，经红外发射管转变为红外脉冲发射到空中；在接收端，红外接收器对接收到的红外光脉冲进行光电变换，解调译码后恢复出原信号。 

    红外发送电路中的红外发射器件采用塑封的TSAL6200红外发射二极管，将周期的电信号转成一定频率的红外光信号。红外载波采用频率为38kHz的方波，由时基集成电路NE555构成的多谐振荡器产生。单片机输出的编码信号经38 kHz方波信号调制和三极管9013组成的复合管放大推动，从红外发光二极管TSAL6200发射出去。 

    红外接收器采用TSOPl 838，它是一种一体化红外接收器，将PIN光敏二极管、前置放大器和解调器用环氧树脂封装为一体，具有接受红外信号、放大内置信号、输出38 kHz滤波和波形检波用。其解调译码后恢复为一定周期的连续方波信号，经单片机处理，便可以恢复出原数据信号。 

    2．2 RS一485通信电路 

    为了把多个监测分站获得的数据从井下传给地面计算机，采用RS一485串行总线标准。该总线定义_r 差分平衡电气接口，采用半双工结构，具有接线简单，传输信号距离长，抗干扰能力强，且可带多个负载的特点∞叫J。虽然RS一485接口采用差分传输方式，具有一定的抗共模干扰的能力，但当共模电压超过RS一485接收器的极限接收电压，即大于+12 V或小于一7 V时，接收器就无法正常工作，严重时甚至会烧毁芯片和仪器设备。解决此类问题的方法足通过DC—DC电源隔离模块将系统电源和RS一485收发器的电源隔离；通过光耦将信号隔离，彻底消除共模电压的影响。由于井下电磁干扰严重，为了保证数据传输可靠，采用带光电隔离的RS一485通信模块MAXl 480。 

    2．3微控制器单元 

    微控制器单元采用低电压、高性能8位单片机AT89C2051。其片内含2 kB可编程闪速存储器，128字节RAM，2个16位定时器／计数器，各自有独立的中断，从而执行不同的功能。 

    微控制器单元的主要工作：按一定通信协议和瓦斯检测仪取得联系，接收瓦斯监测仪的数据；按一定通信协议和上位机取得联系，把数据以一定的波特率经过通信接口传递给上位机等。