ICT下多功能报警矿灯的设计

0引言

在近几年，无线通信网络得到了很快的发展，从蜂窝语音式的电话发展到无线家用网络。由于无线网络的到来，人们的生活受到了深刻的影响。在无线网络发展的今天，煤矿安全问题是任然存在，而且长期存在，特别是瓦斯爆炸事故。对于瓦斯报警灯，它是矿工个体防护的有效设备，它能够随时监测到井下瓦斯的浓度情况，只要井下的瓦斯浓度达到报警临界线，便会提醒相关工作人员采取安全措施，以保证工人的人生安全。由于之前很多矿井设备都很难及时的得到井下瓦斯浓度的状况，因此本文提出一种将无线网络技术与瓦斯监测技术相结合的技术，可以达到很好的效果，从而解决了以前出现的各种问题。

1无线网络通信模块

在本文中，无线通信模块中的收发芯片选用CC2420芯片，另外还有还有高频天线电路及单端鞭装天线组成整个无线通信模块。单片机选用PIC18系列的。其中CC2420芯片可以实现ZiBee协议的媒体访问控制器（MAC）层及物理层，拥有65000个节点通道并可供随时设计者扩充，以及低耗电、250kpbs传输速率、快速唤醒时(<30ms)、CSMA-CA通道状态侦测等特性。CC2420仅仅要求非常少的器件构成外围电路见图1，由微控制器接口、射频输入/输出匹配电路和时钟电路三个构成外围电路。而且它的本振信号可有内部电路提供，也可以有外部电源提供。当电源有内部电路提供时需外加两个负载电容以及晶体振荡器，其中负载电容的取值与晶体振荡器的振荡频率有关。射频输入射出匹配电路的主要功能是匹配芯片的输入输出阻抗。设置工作模式可以通过CC2420，用四线的SPI（SO,SI.CSn.SCLK）总线，并实现读／写状态寄存器、读／写缓存数据。

2多功能报警矿灯的设计

多功能灯拥有及时监测工作地点的瓦斯浓度，就相当于在井下的工作人员每人都携带1台瓦斯检测仪，并且当瓦斯浓度超过限制时可进行声光同时报警，不仅提醒工作人员危险并显示瓦斯浓度，与此同时矿灯上的无线发射模块可以发出瓦斯浓度超限信号，相当于许多可以移动的瓦斯监测探头被设置在井下了，这种超限信号将会由无线信号接收装置进行接收并经过有线传输直至地面上方的监控中心，这时监控中心的工作人员便可以根据接收装置所接收到的信息判断超限具体位置，并且可以根据反馈来的信息就是矿灯编号判断工作人员的信息。

2.1矿灯的硬件设计

由于灯帽体积和重量是有一定的要求，所以将瓦斯传感器放置于灯帽上，无线通信模块、天线和报警电路等都固定于电池盒内，这样的话就可以实现开关及电源与矿灯共用。整个系统的组成原理如图2所示。

2．2矿灯的瓦斯检测模块

模拟放大电路、A/D转换电路和瓦斯传感器组成了一套完整的瓦斯检测模块。瓦斯传感器的检测是通过采用载体催化原理来实现的，主要电路为由补偿元件、催化元件和比较高稳定的电阻组成惠斯登电桥。电桥平常保持平衡，但遇瓦斯时，催化元件发生反应，温度增高，阻值变化，电桥失去平衡，输出电压信号［4］，此信号经放大和A／D转换后被单片机接收。采用LMV358放大器对电压信号进行放大，方便给单片机处理。A／D转换由单片机自带的A／D转换接口完成，减少了外围电路，省去了A／D转换模块，降低了成本，提高了系统2．3单片机控制模块报警点设置电路、浓度显示器、传感器标校电路、声光报警器和单片机组成单片机的完整控制系统。本系统中的单片机采用单时钟、低功耗并且高速的STCl2C5412AD，这个单片机具有8路SPI同步通信口和A／D转换数据通道，而且可以对其设置主从模式，在本文中系统将设置为主模式。在单片机接收到转换值后，就可以通过LED显示器显示瓦斯的浓度值，而且可以判断这个值是否超过预设值，若超限则启动声光报警器，并通过SPI通信将瓦斯浓度、矿灯地址以及通信匹配地址等数据发送给无线接收模块，由无线发射进行超限信号发射。

3试验

笔者利用无线网络通信技术设计了无线信号收发装置，并使多功能报警矿灯与它组合在一起一起构成了完整的系统，这个系统在煤矿进行过通信测试。测试结果表明，数据很可观，如图3瓦斯超限数据无线传输系统示意图所示。

4总结

本文介绍了一种无线网络通信多功能瓦斯矿灯的设计，此系统以单片机为控制核心，提高系统的可靠性，在本系统的控制下，可以提高接收到信息的稳定性，及时性和可靠性等。