煤矿井下多气体检测装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种煤矿井下多气体检测装置及方法，本发明煤矿井下多气体检测装置包括主控处理单元、时间模块、催化式CH4检测头、电化学O2检测头、环境温度采集模块、四段数码管、无源蜂鸣器、LED灯光报警电路、USB转换数据接口、电池电压采样电路、触摸按键输入模块，所述主控处理单元包括I2C驱动控制模块、ADC检测模块一、ADC检测模块二、单总线驱动模块、SPI触控按键驱动模块、ADC电源电压实时检测模块、内部EEPROM存储器、USB外接接口、I/O控制输出模块一、双PWM控制驱动电路、I/O控制输出模块二。采用数字处理技术对多气体信号进行补偿矫正，保证了检测精度。
【专利说明】煤矿井下多气体检测装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种气体检测装置，尤其涉及一种煤矿井下多气体检测装置及方法，属于矿用设备【技术领域】。
【背景技术】
[0002]我国是世界上最大的煤炭生产和消费国，也是世界上少数几个以煤为主要能源的国家之一。虽然通过煤炭生产、加工利用等，提供了相当多的就业机会，但煤炭资源的大规模使用却同时带来了环境污染、安全等一系列问题。煤炭开采过程中会产生有害气体，包括CH4、CO、S02、NOx等。S02、NOx这两种气体含量少，且易溶于水，经煤矿开采时的喷水处理后变成酸。但是CH4、CO这两种气体含量多，且几乎不溶于水，属于易燃易爆气体，吸入CO后对人体危害极大。同时由于瓦斯、火灾而引发的重大事故时常发生，给国家财产及人民生命安全造成了极大的损失和危害。因此，预防瓦斯事故是煤矿安全工作的重点，不把瓦斯事故控制住，就不能实现煤矿安全生产状况的稳定好转，也就不能保障煤炭工业的持续健康发展。因此，对煤矿井下各种气体进行快速准确的监测显得尤为重要，对易燃易爆混合气体检测仪表的研究和开发也一直是业界关注的问题。
[0003]现有技术的检测仪局限于对单个甲烷气体的检测，没有氧气检测、环境温度检测功能。单一甲烷测试仪器，已无法满足日益增长的市场需求，
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种煤矿井下多气体检测装置及方法，对煤矿井下多种气体同时检测并在仪器上进行显示。
[0005]本发明的目的通过以下技术方案予以实现:
[0006]一种煤矿井下多气体检测装置，包括主控处理单元、时间模块、催化式CH4检测头、电化学02检测头、环境温度采集模块、四段数码管、无源蜂鸣器、LED灯光报警电路、USB转换数据接口、电池电压采样电路、触摸按键输入模块，所述主控处理单元包括I2C驱动控制模块、ADC检测模块一、ADC检测模块二、单总线驱动模块、SPI触控按键驱动模块、ADC电源电压实时检测模块、内部EEPROM存储器、USB外接接口、I/O控制输出模块一、双PWM控制驱动电路、I/O控制输出模块二，所述时间模块与主控处理单元的I2C驱动控制模块相连，所述催化式CH4检测头与ADC检测模块一相连，所述电化学02检测头与ADC检测模块二相连，所述环境温度采集模块与单总线驱动模块相连，触摸按键输入模块与SPI触控按键驱动模块相连，电池电压采样电路与ADC电源电压实时检测模块相连，USB转换数据接口与USB外接接口相连，LED灯光报警电路与I/O控制输出模块一相连，无源蜂鸣器与双PWM控制驱动电路相连，四段数码管与I/O控制输出模块二相连。
[0007]一种煤矿井下多气体检测装置的检测方法，包括以下步骤:
[0008]I)电化学02检测头、催化式CH4检测头检测的模拟信号经ADC转换；
[0009]2)用数字互补滤波器处理数据，数字互补滤波器输出值Dk为:DK =Dih.Q+Dt.(1-Q);其中Dt是当前检测值，Dim是数字互补滤波器上一次的输出值，Dk是当前数字互补滤波器将要输出值，Q是滤波器参数，0.0l < Q < 0.5 ；
[0010]3)进行数据拟合补偿，Ht = Dk.f(x)，Ht是数据拟合补偿后输出值，f(x)是拟合函数，f (X) = POW (X，y)，pow (X，y)是指数函数，0.5 < x < Dk, 0.0001 < y < 0.01。
[0011]4)输出处理后的数据。
[0012]本发明的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现:
[0013]前述煤矿井下多气体检测装置，其中I2C驱动控制模块型号为DS1302。
[0014]前述煤矿井下多气体检测装置，其中单总线驱动模块型号为DS18B20。
[0015]前述煤矿井下多气体检测装置，其中SPI触控按键驱动模块型号为CAP1133。
[0016]前述煤矿井下多气体检测装置的检测方法，其中滤波器参数Q为0.35。
[0017]与现有技术相比，本发明的有益效果是:本发明使用触控按键技术，提高了产品的使用寿命，增强了产品对使用环境的适应能力；无线数据传输应用于产品的数据处理中，便于对过往检测参数的查询，保持，显示，处理等。采用数字处理技术对多气体信号进行补偿矫正，保证了检测精度。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是本发明煤矿井下多气体检测装置的系统结构图；
[0019]图2是本发明煤矿井下多气体检测装置的检测方法流程图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
[0021]如图1所示，煤矿井下多气体检测装置包括主控处理单元、时间模块、催化式CH4检测头、电化学02检测头、环境温度采集模块、四段数码管、无源蜂鸣器、LED灯光报警电路、USB转换数据接口、电池电压采样电路、触摸按键输入模块，所述主控处理单元包括I2C驱动控制模块、ADC检测模块一、ADC检测模块二、单总线驱动模块、SPI触控按键驱动模块、ADC电源电压实时检测模块、内部EEPROM存储器、USB外接接口、I/O控制输出模块一、双PWM控制驱动电路、I/O控制输出模块二，所述时间模块与主控处理单元的I2C驱动控制模块相连，所述催化式CH4检测头与ADC检测模块一相连，所述电化学02检测头与ADC检测模块二相连，所述环境温度采集模块与单总线驱动模块相连，触摸按键输入模块与SPI触控按键驱动模块相连，电池电压采样电路与ADC电源电压实时检测模块相连，USB转换数据接口与USB外接接口相连，LED灯光报警电路与I/O控制输出模块一相连，无源蜂鸣器与双PWM控制驱动电路相连，四段数码管与I/O控制输出模块二相连。所述I2C驱动控制模块型号为DS1302，单总线驱动模块型号为DS18B20，SPI触控按键驱动模块型号为CAP1133。
[0022]煤矿井下多气体检测装置的检测方法，包括以下步骤:
[0023]2)电化学02检测头、催化式CH4检测头检测的模拟信号经ADC转换；
[0024]2)用数字互补滤波器处理数据，数字互补滤波器输出值Dk为:DK =Dih.Q+Dt.(1-Q);其中Dt是当前检测值，Dim是数字互补滤波器上一次的输出值，Dk是当前数字互补滤波器将要输出值，Q是滤波器参数，Q为0.35 ;
[0025]3)进行数据拟合补偿，Ht = Dk.f(x)，Ht是数据拟合补偿后输出值，f(x)是拟合函数，f (X) = pow (x, y)，pow (x, y)是指数函数，0.5 < x < DK, 0.0001 < y < 0.01。
[0026]4)输出处理后的数据。
[0027]本发明检测头等传感头元件将检测数据传递给主控芯片处理；然后，由主控芯片中的阀值对比是否达到超限报警的数值，并在数码管/液晶屏上显示出各个检测值；如果超限，则通过蜂鸣器和LED灯来声光报警提示检测人员该气体的浓度；在此过程中检测的气体和环境温度等数据会存储在主控芯片中作为永久保存，并通过无线接口(WIFI/2.4G)发送这些存储的数据给上位机；整个系统的人机交互通过触控按键技术完成。
[0028]本发明运用最新的多参数检测技术，现了高精度、自动化、网络化及可靠运行，检测多种环境气体的浓度，达到对井下各种气体检测目的，保护井下工作人员的安全，为探测潜在的安全运行隐患提供了强有力的分析手段。
[0029]除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。
【权利要求】
1.一种煤矿井下多气体检测装置，其特征在于，包括主控处理单元、时间模块、催化式CH4检测头、电化学02检测头、环境温度采集模块、四段数码管、无源蜂鸣器、LED灯光报警电路、USB转换数据接口、电池电压采样电路、触摸按键输入模块，所述主控处理单元包括I2C驱动控制模块、ADC检测模块一、ADC检测模块二、单总线驱动模块、SPI触控按键驱动模块、ADC电源电压实时检测模块、内部EEPROM存储器、USB外接接口、I/O控制输出模块一、双PWM控制驱动电路、I/O控制输出模块二，所述时间模块与主控处理单元的I2C驱动控制模块相连，所述催化式CH4检测头与ADC检测模块一相连，所述电化学02检测头与ADC检测模块二相连，所述环境温度采集模块与单总线驱动模块相连，触摸按键输入模块与SPI触控按键驱动模块相连，电池电压采样电路与ADC电源电压实时检测模块相连，USB转换数据接口与USB外接接口相连，LED灯光报警电路与I/O控制输出模块一相连，无源蜂鸣器与双PWM控制驱动电路相连，四段数码管与I/O控制输出模块二相连。
2.如权利要求1所述煤矿井下多气体检测装置，其特征在于，所述I2C驱动控制模块型号为 DS1302。
3.如权利要求1所述煤矿井下多气体检测装置，其特征在于，所述单总线驱动模块型号为 DS18B20。
4.如权利要求1所述煤矿井下多气体检测装置，其特征在于，所述SPI触控按键驱动模块型号为CAPl 133。
5.一种如权利要求1所述煤矿井下多气体检测装置的检测方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)电化学02检测头、催化式CH4检测头检测的模拟信号经ADC转换； 2)用数字互补滤波器处理数据，数字互补滤波器输出值Dk为:DK= Dim -Q+Dt.(1-Q)；其中Dt是当前检测值，Dih是数字互补滤波器上一次的输出值，Dk是当前数字互补滤波器将要输出值，Q是滤波器参数，0.01 < Q< 0.5 ； 3)进行数据拟合补偿，Ht= Dk.f (X)，Ht是数据拟合补偿后输出值，f (X)是拟合函数，f (X) = pow (X, y)，pow (X, y)是指数函数，0.5 < x < Dk, 0.0001 < y < 0.01 ； 4)输出处理后的数据。
6.如权利要求5所述煤矿井下多气体检测装置的检测方法，其特征在于，所述滤波器参数Q为0.35。
【文档编号】G01D21/02GK104406639SQ201410829076
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年12月26日 优先权日:2014年12月26日
【发明者】仓业龙, 张辉 申请人:镇江中煤电子有限公司