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1、1目录一. 绪论.1二. 瓦斯报警器的发展及组成应用.3（一）瓦斯的组成.4（二）瓦斯报警器的工作原理.5（三）信号显示.7三.单片机的特点及应用.8（一）.单片机的特点.8（二）单片机的应用原理.9四. 瓦斯浓度的检测.10五.整机工作过程.13六.总结.14参考文献.17附录.18谢词.232一.绪论随着采矿技术的不断发展，井下作业的安全越来越有保障，但是仍然有许多采矿企业的机械化程度低，对现场采矿的工作人员的生命安全造成潜在的威胁，特别是针对瓦斯气体的检测和报警仍旧存在隐患，每年由于瓦斯泄露造成的特大事故依然很多。为避免人为因素造成爆炸事故的发生，开发研制出电话自动监控瓦斯和氧气报警器。
2、它能在瓦斯超限时或在矿井中缺少氧气并低于报警限时进行声光报警，并且自动拨通煤矿安全局主要负责人电话，告知井下瓦斯和氧气超限的实际情况，使安全局主要负责人对矿主、安检员、某些矿的负责人进行监管，督促他们认真贯彻煤矿安全规程，实现自动监管功能。该设备还具有强迫显示报警参数和动态显示节能功能，并能方便地观测瓦斯和氧气的含量。它是一种新型的煤矿安全监控设备。由于安全灯的构造简单，性能稳定，使用寿命长，一百多年来一直被沿用下来，至今仍在许多国家使用。从 1675年英国北威尔士欣煤矿发生的第一次瓦斯爆炸矿难起，世界各国开始更进一步关注对瓦斯检测报警的相关安全研究，一直以来，光干涉瓦斯检定器在我国和日本使用
3、比较广泛，自 20世纪 30年代以来，已经连续使用了数十年，至今仍在某些矿井的瓦斯检测中使用。目前，在瓦斯检测仪总占主导地位的是催化瓦斯检测仪，据最早文献记载，1943 年以前美国已制成 VCC瓦斯测量仪，后日本在铂丝元件上加上涂有催化剂的载体小珠，制成最早的载体催化元件并利用这种原件制成了北辰型瓦斯指示器。1958年法国 Cherchar研究所已研制成功利用 AI2O3为载体，钯 Pd、钍 Th为催化剂的载体催化元件，获得了较好的催化性能。1961 年英国矿山安全研究所采用新的工艺，改进了载体催化元件的性能。从此，催化瓦斯传感器进入了其发展过程中的全盛时期。1961 年以后，英、美、法、日、
4、德、前苏联等国家又对其进行改进研究，并从此作为瓦斯检测的主要工作方向。我国催化型瓦斯传感器的研究工作起步稍晚，大至可以分为三个阶段。第一阶段工作，国内第一台催化原理的瓦斯报警器是 1958年出现，采用铂丝元件位传感器， 。1961 年由北京劳动保护研究所和抚顺煤矿安全仪器厂协作开展了研究工作。1964 年研制出我国第一个达到实用水平的载体催化元件，接着制成了以这种原件喂传感器的 AQR-1型瓦斯测量仪。 3该系统由两台DRS4型计算机控制，共有128个测头。由此可以看出，当前国际催化型传感器的主要发展方向，首先是在运用中分别向适应小型化个人携带仪器和大型计算机控制系统的方向发展。这就是说，要研
5、制低功耗、高稳定性、长寿命、连续使用的元件。在这些要求中，努力提高元件的稳定性、延长使用寿命是中心课题。另一个发展方向是研究抗毒能力强的元件。由于采用筛选催化剂配方和改进工艺的方法提髙稳定性已经收获不大了。必须进一步在研究工作中探索元件催化剂及载体的变化规律，找出引起活性下降的根本原因，为此需要深入研究催化剂价态、颗粒大小、表面状态及载体的晶型变化和顆粒大小变化，而这种深入的研究采用以前的检验手段已经不行了，必须采用先进的技术，进入催化剂的微观世界，探索其变化规律，目前与此有关的现代分析技术主要有光电子能谱、扫描电子显微镜、X射线衍射、电子顺磁共振等技术，虽然世界各国在此方面的研究不同程度的都
6、有了些许初步的成果，但是其研究工作具有一定的探索性，关于深入研究元件工作过程中催化剂和载体变化规律的研究报告或文章，却少见发表。总体上看，国内外的瓦斯智能报警系统都在不断进行着跟新。而由于瓦斯浓度过高引起爆炸的事故一直居高不下，以至于煤矿对监控系统的需求也越来越大，据中国煤炭报统计，全国共有大小煤矿 60000 多个，从业矿工 800 多万。根据煤矿三班作业的实际情况，目前至少需要 300 万个瓦斯报警器，可见其市场之广阔。但由于某些技术上的不足，导致一些关键问题没有能够解决。由于瓦斯气体本身的危险性和对人民生产生活造成的巨大危害，因此对瓦斯气体的检测和报警是一项必要的工作。瓦斯报警是指利用气
7、体传感器技术，将检测到的瓦斯气体浓度和标准值进行比较，当高过一定浓度值时候进行相应的声光报警，提醒正在作业的人员进行相应的处理，组织人员撤离或对矿井通风排气，避免不安全事故的发生，对现在采矿业的安全起着非常重要的作用。本文所设计一种低成本的可燃性气体报警器设计，能够监控矿井的瓦斯气体的浓度，显示测量结果，并对当前的环境状态做出判断，发出报警信息。因此结合微处理技术研制新型的智能瓦斯监控报警系统将是现在乃至今后的世界面临的重要问题在煤矿井下生产环境中，需要对瓦斯、一氧化碳等环境参数进行监测。现4有的监测设备，都是采用数字显示或灯光显示的方式来提供测试数据的，这在环境狭窄、能见度差的井下工作面很不
8、方便。采用直接的语音播报方式，可以主动向现场人员提供各种信息，遇到危险情况还能作为紧急广播使用。这对于提高安全意识、避免重大伤亡事故具有重要意义。 。为避免人为因素造成爆炸事故的发生，开发研制出电话自动监控瓦斯和氧气报警器。它能在瓦斯超限时或在矿井中缺少氧气并低于报警限时进行声光报警，并且自动拨通煤矿安全局主要负责人电话，告知井下瓦斯和氧气超限的实际情况，使安全局主要负责人对矿主、安检员、某些矿的负责人进行监管，督促他们认真贯彻煤矿安全规程，实现电话自动监管功能。在瓦斯检测报警器的内部结构中，传感器为一项主要的部件。由于传感器是获取信息的工具，是信息技术（包括传感与控制技术、通讯技术和计算机技
9、术）的三大支柱之一，位于信息系统的最前端，其特性的好坏、输出信息的可靠性对整个系统质虽至关重要，因此目前，世界各国一直把发展智能化传感器作为研究课题，投入大量人力物力进行开发研究。智能传感系统与传统传感器相比，具有高精度、高可靠性、高性能价格比、多功能化等优点，它代表了传感器的发展方向，是传感器克服自身落后向前发展的必然趋势。二.瓦斯报警器的发展及组成应用1815年，当时工业最发达的英国发明了第一项安全仪器安全灯。它是利用火焰的高度测量瓦斯的浓度。由于安全灯的构造简单，性能稳定，使用寿命长，一百多年来一直被沿用下来，至今仍在许多国家使用。从 1675年英国北威尔士欣煤矿发生的第一次瓦斯爆炸矿难
10、起，世界各国开始更进一步关注对瓦斯检测报警的相关安全研究，一直以来，光干涉瓦斯检定器在我国和日本使用比较广泛，自 20世纪 30年代以来，已经连续使用了数十年，至今仍在某些矿井的瓦斯检测中使用。目前，在瓦斯检测仪总占主导地位的是催化瓦斯检测仪，据最早文献记载，1943 年以前美国已制成 VCC瓦斯测量仪，后日本在铂丝元件上加上涂有催化剂的载体小珠，制成最早的载体催化元件并利用这种原件制成了北辰型瓦斯指示器。1958 年法国 Cherchar研究所已研制成功利用 AI2O3为载体，钯 Pd、钍 Th为催化剂的载体催化元件，获得了较好的催化性能。1961 年英国矿山安全研究所采用新的工艺，改进了载
11、体催化元件的性能。从此，催化5瓦斯传感器进入了其发展过程中的全盛时期。1961 年以后，英、美、法、日、德、前苏联等国家又对其进行改进研究，并从此作为瓦斯检测的主要工作方向。我国催化型瓦斯传感器的研究工作起步稍晚，大至可以分为三个阶段。第一阶段工作，国内第一台催化原理的瓦斯报警器是 1958年出现，采用铂丝元件位传感器， 。1961 年由北京劳动保护研究所和抚顺煤矿安全仪器厂协作开展了研究工作。1964 年研制出我国第一个达到实用水平的载体催化元件，接着制成了以这种原件喂传感器的 AQR-1型瓦斯测量仪。 在此以后，湖南、四川、上海、西安等地也相继开展了这类传感器的研究工作；第二阶段工作以 1
12、973年重庆煤矿安全仪器厂等五个单位协作研究为代表，在前段工作的基础上改进配方和工艺，提高原件的稳定性，与 1975年研制成长期连续监测瓦斯的 AYJ-1型瓦斯遥测报警仪，随后国内各个矿业研究所相继研制出 ABD-1型瓦斯断电报警仪，AQD-1 型采煤瓦斯断电控制仪等。1974 年 3月到 1975年 1月，煤炭部曾组织载体催化元件的技术攻关，大大推动了元件的研究与发展；第三阶段工作，最近几年在大力推进元件生产机械化工艺的同时，开展了提高载体催化元件性能的研究工作。通过国家重点科技攻关，进一步研究元件的工作特性、元件催化剂和载体在工作过程中的变化规律等问题，努力提高载体催化元件的稳定性，力图为
13、载体催化元件的经一步发展开辟道路。（一）瓦斯的组成瓦斯，说起它的另外一个名称沼气，可能大多数人就会明白许多。其实它是来自英文和俄文的不规范发音。Gas 的原意就是气体，包括各种可燃和不可燃气体。瓦斯的主要成分是甲烷，它的化学元素符号是 CH4，一种无毒、无味、无颜色，可以燃烧的气体。生活中广泛用来烧水，做饭，也可以用作照明。 在煤矿里它从煤岩裂缝中喷出。矿井瓦斯爆炸是一种热一链式反应（也叫链锁反应）。当爆炸混合物吸收一定能量（通常是引火源给予的热能）后，反应分子的链即行断裂，离解成两个或两个以上的游离基（也叫自由基）。这类游离基具有很大的化学活性，成为反应连续进行的活化中心。在适合的条件下，每
14、一个游离基又可以进一步分解，再产生两个或两上以上的游离基。这样循环不已，游离基越来越多，化学反应速度也越来越快，最后就可以发展为燃烧或爆炸式的氧化反应。所以，瓦斯爆炸就其本质来说，是一定浓度的甲烷和空气中度作6用下产生的激烈氧化反应。的氧气在一定温度作用下产生的激烈氧化反应。 瓦斯爆炸产生的高温高压，促使爆源附近的气体以极大的速度向外冲击，造成人员伤亡，破坏巷道和器材设施，扬起大量煤尘并使之参与爆炸，产生更大的破坏力。另外，爆炸后生成大量的有害气体，造成人员中毒死亡。当前，随着采矿技术的不断发展，井下作业的安全越来越有保障，但是仍然有许多采矿企业的机械化程度低，对现场采矿的工作人员的生命安全造成潜在的威胁，特别是针对瓦斯气体的检测和报警仍旧存在隐患，每年由于瓦斯泄露造成的特大事故依然很多。瓦斯是在成煤过程中形成并大量储存于煤层之中的气体，是煤矿井下危害最大的气体。瓦斯是一种无色无味的气体，主要成份是甲烷(CH4)，密度为 0.716kg/m3，对人体的危害是超时限能引起人窒息死亡。在地下采矿时候，井内常常会泄露一定量的 CH4、CO 和 SO2等气体，后一种含量少，切易溶于水。经煤矿开采时的喷水处理后变成酸。但
