一种矿用无线激光甲烷报警系统及方法与流程

本发明属于甲烷报警的技术领域，具体涉及一种矿用无线激光甲烷报警系统及方法。

背景技术：

瓦斯的主要成分是甲烷，瓦斯爆炸一直是困扰采矿业的重大难题,造成重大伤亡的事故屡有发生，造成巨大的损失，瓦斯事故是煤矿安全生产的主要威胁之一。

现有的甲烷报警仪能够供采矿人员随身携带，或者安装至煤矿井巷、采空区等固定场所使用，在煤矿安全检测领域中得到了广泛的应用。

然而，目前安装在固定场所的甲烷报警仪，一方面，报警仪通过设定甲烷浓度阈值，当浓度高于设定值时通过蜂鸣器进行报警，由于井下工作声音嘈杂，报警音容易被忽视，报警效果差；另一方面，报警仪仅能对当前区域的甲烷浓度进行监测，不能使该区域的采矿人员全面了解井下的甲烷环境，不利于评估是否进行紧急撤离。

技术实现要素：

本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种报警效果较好的矿用无线激光甲烷报警系统及方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种矿用无线激光甲烷报警系统，包括：激光甲烷传感器、区域报警终端和远程控制主机，所述激光甲烷传感器，为多个，设置在井下采煤工作面、采区进风巷、采区回风巷处，用于采集上述作业区域的甲烷浓度；所述区域报警终端，为多个，每个所述的区域报警终端均连接有多个激光甲烷传感器，用于接收并显示激光甲烷传感器输出的甲烷浓度信号，当甲烷浓度超过设定值时，发出远程报警信号、语音警示信号以及闪烁灯光警示信号；所述远程控制主机，与区域报警终端无线通讯连接，用于接收区域报警终端发出的远程报警信号，分析整个井下的甲烷浓度分布，发出断电闭锁信号至电气设备，以及发出紧急撤离指令至区域报警终端，所述的区域报警终端用于发出撤离警示音。

优选地，所述远程控制主机包括：数据模块，用于以编号的形式存储区域报警终端的位置信息，以及每个区域报警终端连接的激光甲烷传感器的位置信息；设定模块，用于设定各个作业区域对应的甲烷浓度阈值，其中：每个区域对应的甲烷浓度阈值均设定正常、警示和紧急三个阈值，并分颜色进行阈值状态标记；接收模块，用于接收区域报警终端发出的远程报警信号，所述的远程报警信号包括：每个激光甲烷传感器对应的甲烷浓度信号；分析模块，用于对接收的每个激光甲烷传感器对应的甲烷浓度信号，进行阈值状态计算，当作业区域的甲烷浓度超过预设的警戒值时，发出执行指令，所述的执行指令包括：断电闭锁指令信号和紧急撤离指令；执行模块，用于执行分析模块输出的执行指令。

优选地，所述远程控制主机还包括：地理信息显示模块，用于在井下地图上显示各个激光甲烷传感器的位置信息，以及阈值状态。

优选地，所述警戒值为：采煤工作面、采区进风巷、采区回风巷三处的甲烷浓度均超过警示阈值，或2项超过警示阈值、1项超过紧急阈值。

优选地，所述区域报警终端包括：信号接收电路，与激光甲烷传感器的信号输出端相连，用于接收激光甲烷传感器输出的甲烷浓度信号；单片机，与无线通讯电路相连，接收甲烷浓度信号，并进行阈值比较，输出报警信号；显示电路，其输入端与单片机的输出端相连，用于显示甲烷浓度信号；语音报警电路，其输入端与单片机的输出端相连，用于发出语音警示信号；闪烁报警灯，其输入端与单片机的输出端相连，用于发出闪烁灯光警示信号；电源电路，用于为整个区域报警终端提供电源供给；无线通讯电路，与单片机双向连接，用于为区域报警终端与远程控制主机建立通讯连接。

相应地，一种矿用无线激光甲烷报警方法，包括下列步骤：s10，在井下采煤工作面、采区进风巷、采区回风巷处分别安装激光甲烷传感器，在采煤工作面安装区域报警终端，使激光甲烷传感器与区域报警终端电气连接；s20，激光甲烷传感器将采集的甲烷浓度信号发送至区域报警终端；s30，区域报警终端接收并显示激光甲烷传感器输出的甲烷浓度信号，当甲烷浓度超过设定值时，发出远程报警信号、语音警示信号以及闪烁灯光警示信号；s40，远程控制主机接收区域报警终端发出的远程报警信号，分析整个井下的甲烷浓度分布，发出断电闭锁信号至电气设备，以及发出紧急撤离指令至区域报警终端；s50，电气设备断电闭锁，区域报警终端发出撤离警示音。

优选地，所述步骤s40具体包括：s401，以编号的形式存储区域报警终端的位置信息，以及每个区域报警终端连接的激光甲烷传感器的位置信息；s402，设定各个作业区域对应的甲烷浓度阈值，其中：每个区域对应的甲烷浓度阈值均设定正常、警示和紧急三个阈值，并分颜色进行阈值状态标记；s403，接收区域报警终端发出的远程报警信号，所述的远程报警信号包括：每个激光甲烷传感器对应的甲烷浓度信号；s404，对接收的每个激光甲烷传感器对应的甲烷浓度信号，进行阈值状态计算，当作业区域的甲烷浓度超过预设的警戒值时，发出执行指令，所述的执行指令包括：断电闭锁指令信号和紧急撤离指令；s405，使电气设备断电闭锁，使区域报警终端发出撤离警示音。

优选地，在所述步骤s404之后还包括：在井下地图上显示各个激光甲烷传感器的位置信息，以及阈值状态。

优选地，所述步骤s404中，所述的警戒值为：采煤工作面、采区进风巷、采区回风巷三处的甲烷浓度均超过警示阈值，或2项超过警示阈值、1项超过紧急阈值。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

本发明通过设置在井下采煤工作面、采区进风巷、采区回风巷处的激光甲烷传感器能够实时的对上述作业区域的甲烷浓度进行监测，当甲烷浓度超过设定值时，区域报警终端发出远程报警信号、语音警示信号以及闪烁灯光警示信号，远程控制主机收到远程报警信号后，分析整个井下的甲烷浓度分布，发出断电闭锁信号至电气设备，以及发出紧急撤离指令至区域报警终端，使区域报警终端用于发出撤离警示音；本发明能够在甲烷浓度超过设定值时，区域报警终端发出语音警示信号以及闪烁灯光警示信号提醒采矿人员注意观察甲烷浓度变化，当区域报警终端接收并发出撤离警示音后，进行有序撤离；

本发明，一方面能够对采矿人员进行多次提醒，避免因环境噪音造成的无效提醒，另一方面，通过多次提醒，使得采矿人员在撤离指令到达前，做好撤离准备，极大的避免了因紧急撤离带来的突发性人员伤害，报警效果好，实用性极强。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明；

图1为本发明实施例一提供的一种矿用无线激光甲烷报警系统的结构示意图；

图2为本发明实施例二提供的一种矿用无线激光甲烷报警系统中远程控制主机的结构示意图；

图3为本发明实施例三提供的一种矿用无线激光甲烷报警系统中远程控制主机的结构示意图；

图4为本发明实施例四提供的一种矿用无线激光甲烷报警系统中区域报警终端的结构示意图；

图5为本发明实施例四提供的区域报警终端中信号接收电路的电路原理图；

图6为本发明实施例四提供的区域报警终端中显示电路的电路原理图；

图7为本发明实施例四提供的区域报警终端中语音报警电路的电路原理图；

图8为本发明实施例四提供的区域报警终端中闪烁报警灯的电路原理图；

图9为本发明实施例一提供的一种矿用无线激光甲烷报警方法的流程示意图；

图中：10为激光甲烷传感器，20为区域报警终端，30为远程控制主机；

201为信号接收电路，202为单片机，203为显示电路，204为语音报警电路，205为闪烁报警灯，206为电源电路，207为无线通讯电路；

301为数据模块，302为设定模块，303为接收模块，304为分析模块，305为执行模块，306为地理信息显示模块。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例一提供的一种矿用无线激光甲烷报警系统的结构示意图，如图1所示，一种矿用无线激光甲烷报警系统，包括：激光甲烷传感器10、区域报警终端20和远程控制主机30，所述激光甲烷传感器10，为多个，设置在井下采煤工作面、采区进风巷、采区回风巷处，用于采集上述作业区域的甲烷浓度；所述区域报警终端20，为多个，每个所述的区域报警终端20均连接有多个激光甲烷传感器10，用于接收并显示激光甲烷传感器10输出的甲烷浓度信号，当甲烷浓度超过设定值时，发出远程报警信号、语音警示信号以及闪烁灯光警示信号；所述远程控制主机30，与区域报警终端20无线通讯连接，用于接收区域报警终端20发出的远程报警信号，分析整个井下的甲烷浓度分布，发出断电闭锁信号至电气设备，以及发出紧急撤离指令至区域报警终端20，所述的区域报警终端20用于发出撤离警示音。

本发明能够在甲烷浓度超过设定值时，区域报警终端20发出语音警示信号以及闪烁灯光警示信号提醒采矿人员注意观察甲烷浓度变化，当区域报警终端20接收并发出撤离警示音后，进行有序撤离；本发明，一方面能够对采矿人员进行多次提醒，避免因环境噪音造成的无效提醒，另一方面，通过多次提醒，使得采矿人员在撤离指令到达前，做好撤离准备，极大的避免了因紧急撤离带来的突发性人员伤害，报警效果好，实用性极强。

图2为本发明实施例二提供的一种矿用无线激光甲烷报警系统中远程控制主机的结构示意图，如图2所示，在实施例一的基础上，所述远程控制主机30包括：

数据模块301，用于以编号的形式存储区域报警终端20的位置信息，以及每个区域报警终端20连接的激光甲烷传感器10的位置信息；

设定模块302，用于设定各个作业区域对应的甲烷浓度阈值，其中：每个区域对应的甲烷浓度阈值均设定正常、警示和紧急三个阈值，并分颜色进行阈值状态标记；

接收模块303，用于接收区域报警终端20发出的远程报警信号，所述的远程报警信号包括：每个激光甲烷传感器10对应的甲烷浓度信号；

分析模块304，用于对接收的每个激光甲烷传感器10对应的甲烷浓度信号，进行阈值状态计算，当作业区域的甲烷浓度超过预设的警戒值时，发出执行指令，所述的执行指令包括：断电闭锁指令信号和紧急撤离指令；

执行模块305，用于执行分析模块304输出的执行指令。

图3为本发明实施例三提供的一种矿用无线激光甲烷报警系统中远程控制主机的结构示意图，在实施例二的基础上，所述远程控制主机30还包括：

地理信息显示模块306，用于在井下地图上显示各个激光甲烷传感器10的位置信息，以及阈值状态。

具体地，所述警戒值为：采煤工作面、采区进风巷、采区回风巷三处的甲烷浓度均超过警示阈值，或2项超过警示阈值、1项超过紧急阈值。

图4为本发明实施例四提供的一种矿用无线激光甲烷报警系统中区域报警终端的结构示意图，如图4所示，在实施例一的基础上，所述区域报警终端20包括：信号接收电路201，与激光甲烷传感器10的信号输出端相连，用于接收激光甲烷传感器10输出的甲烷浓度信号；单片机202，与无线通讯电路207相连，接收甲烷浓度信号，并进行阈值比较，输出报警信号；显示电路203，其输入端与单片机202的输出端相连，用于显示甲烷浓度信号；语音报警电路204，其输入端与单片机202的输出端相连，用于发出语音警示信号；闪烁报警灯205，其输入端与单片机202的输出端相连，用于发出闪烁灯光警示信号；电源电路206，用于为整个区域报警终端20提供电源供给；无线通讯电路207，与单片机202双向连接，用于为区域报警终端20与远程控制主机30建立通讯连接，本实施例中，所述的单片机202的型号可为stm32f103zet6。

本实施例以一个激光甲烷传感器10、一个区域报警终端20的连接关系进行电路说明，具体地，所述的单片机202的型号可为stm32f103zet6，所述的电源电路206将输入的24v电压信号转换为区域报警终端20内部各个电路单元使用的各种电源信号，包括12v、5v、3.3v；本实施例中的无线通讯电路207包括无线通讯模块nrf24l01。

图5为本发明实施例四提供的区域报警终端中信号接收电路的电路原理图，如图5所示，所述信号接收电路201的电路结构为：包括电流放大器u21、可控稳压源u21，所述电流放大器u21的信号负端-in并接电阻r28的一端后与电阻r26的一端相连，所述电阻r26的另一端并接电阻r24的一端后与激光甲烷传感器10的信号输出端sensor相连；所述电阻r24的另一端并接电阻r25的一端、电阻r21的一端，所述电阻r21的另一端与所述电源电路206的12v电源输出端a0相连，所述电阻r25的另一端并接电阻r27的一端、电阻r22的一端，所述电阻r27的另一端并接电阻r29的一端后与电流放大器u21的信号正端+in相连，所述电阻r22的另一端、电阻r29的另一端、电流放大器u22的电源负端均接地；所述电阻r28的另一端并接电阻r23的一端后与所述电流放大器u21的信号输出端out相连，所述电阻r23的另一端并接二极管d21的负极后与二极管d22的负极、信号接收电路201的输出端s1相连，所述信号接收电路201的输出端s1与单片机202的引脚pc3相连，所述二极管d22的正极与电源电路206的3.3v电源输出端a1相连，所述二极管d21的正极接地，所述电流放大器u21的电源正端v+并接电容c21的一端后与电源电路24的12v电源输出端a0相连，所述电容c21的另一端接地。

图6为本发明实施例四提供的区域报警终端中显示电路的电路原理图，如图6所示，所述显示电路203包括：显示驱动控制器接头p1，所述显示驱动控制器接头p1的引脚21～引脚28分别与单片机202的引脚pf1～引脚pf8相连，所述显示驱动控制器接头p1的引脚7～引脚14分别与单片机202的引脚pg1～引脚pg8相连；所述显示驱动控制器接头p1的引脚1接地，所述显示驱动控制器接头p1的引脚2与电源电路206的3.3v电源输出端a1相连，所述显示驱动控制器接头p1的引脚4、引脚5、引脚6、引脚15分别与单片机202的引脚pa8、pc9、pc8、pf14相连，所述显示驱动控制器接头p1的引脚34串接电阻r34后与单片机202的引脚pf13相连，所述显示驱动控制器接头p1的引脚30串接电阻r30后与单片机202的引脚pd10相连，所述显示驱动控制器接头p1的引脚29串接电阻r31后与单片机202的引脚pb13相连，所述显示驱动控制器接头p1的引脚33串接电阻r30后与单片机202的引脚pb14相连，所述显示驱动控制器接头p1的引脚31串接电阻r30后与单片机202的引脚pb15相连；所述显示驱动控制器接头p1的引脚19并接电阻r35的一端、电阻r36的一端，所述电阻r35的另一端与单片机202的引脚pf15相连；所述电阻r36的另一端与电源电路206的3.3v电源输出端a1相连。

图7为本发明实施例四提供的区域报警终端中语音报警电路的电路原理图，如图7所示，所述语音报警电路204包括：语音芯片u41,所述语音芯片u41的输入端分别与电容c42的一端、电容c43的一端、三极管q42的集电极、电阻r43的一端相连，所述电容c42的另一端分别与电容c43的另一端、语音芯片u41的引脚vdd、电阻r43的另一端、电阻r42的一端、电阻r41的一端、二极管d42的负极、相连，所述二极管d42的正极串接二极管d41后与电源电路206的5v电源输出端a2相连；所述电阻r42的另一端与三极管q42的基极、三极管q41的集电极相连，所述三极管q41的基极分别与电阻r41的另一端、电阻r44的一端相连，所述电阻r44的另一端串接电容c41后与单片机202的引脚pd14相连，所述三极管q41的发射极串接电阻c44后分别与三极管q42的发射极、语音芯片u41的引脚gnd相连，所述语音芯片u41的引脚pwm1、pwm2与喇叭bl41相连。

图8为本发明实施例四提供的区域报警终端中闪烁报警灯的电路原理图，如图8所示，所述闪烁报警灯包括：发光二极管led1、发光二极管led2，所述发光二极管led1的正极串接电阻r51后与单片机202的引脚pa1相连，所述发光二极管led2的正极串接电阻r52后与单片机202的引脚pa0相连，所述发光二极管led1的负极与发光二极管led2的负极连接后接地。

图9为本发明实施例一提供的一种矿用无线激光甲烷报警方法的流程示意图，如图9所示，一种矿用无线激光甲烷报警方法，包括下列步骤：

s10，在井下采煤工作面、采区进风巷、采区回风巷处分别安装激光甲烷传感器，在采煤工作面安装区域报警终端，使激光甲烷传感器与区域报警终端电气连接；

s20，激光甲烷传感器将采集的甲烷浓度信号发送至区域报警终端；

s30，区域报警终端接收并显示激光甲烷传感器输出的甲烷浓度信号，当甲烷浓度超过设定值时，发出远程报警信号、语音警示信号以及闪烁灯光警示信号；

s40，远程控制主机接收区域报警终端发出的远程报警信号，分析整个井下的甲烷浓度分布，发出断电闭锁信号至电气设备，以及发出紧急撤离指令至区域报警终端；

s50，区域报警终端发出撤离警示音。

本发明中，所述步骤s40具体包括：

s401，以编号的形式存储区域报警终端的位置信息，以及每个区域报警终端连接的激光甲烷传感器的位置信息；

s402，设定各个作业区域对应的甲烷浓度阈值，其中：每个区域对应的甲烷浓度阈值均设定正常、警示和紧急三个阈值，并分颜色进行阈值状态标记；

s403，接收区域报警终端发出的远程报警信号，所述的远程报警信号包括：每个激光甲烷传感器对应的甲烷浓度信号；

s404，对接收的每个激光甲烷传感器对应的甲烷浓度信号，进行阈值状态计算，当作业区域的甲烷浓度超过预设的警戒值时，发出执行指令，所述的执行指令包括：断电闭锁指令信号和紧急撤离指令；

s405，使电气设备断电闭锁，使区域报警终端发出撤离警示音。

在所述步骤s404之后还包括：在井下地图上显示各个激光甲烷传感器的位置信息，以及阈值状态。

所述步骤s404中，所述的警戒值为：采煤工作面、采区进风巷、采区回风巷三处的甲烷浓度均超过警示阈值，或2项超过警示阈值、1项超过紧急阈值。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。