一种基于石油钻井平台的硫化氢报警系统及方法与流程

本发明属于安全生产技术领域，具体涉及一种基于石油钻井平台的硫化氢报警系统及方法。

背景技术：

在工业化不断发展的今天，整个社会对于石油的需求也在急剧增加，供不应求的现状愈演愈烈。我国国内石油资源短缺矛盾已经越来越成为制约中国经济发展的关键因素，故此石油开采的安全性也就显得格外重要。在石油的开采过程中，油田底下可能存在着大量的高压硫化氢气体，若不能及时发现并做出必要的防护，一旦发生井喷事故，极易造成大量的人员伤亡事故，以及严重的经济损失。目前国内很多公司生产的h2s报警器，虽然实现的功能很多，但往往存在功耗较大难以降低，以至于在恶劣的环境条件下无法使用的问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于石油钻井平台的硫化氢报警系统及方法，可以有效地提高石油生产过程的安全性，避免事故的发生。

本发明采用以下技术方案：

一种基于石油钻井平台的硫化氢报警系统，包括h2s传感器、单片机、声光报警单元、led显示单元、存储电路和电源单元，所述h2s传感器经过滤波放大电路与所述单片机连接，所述h2s传感器用于浓度信号的采集并经过滤波后发送给所述单片机，所述声光报警单元、led显示单元和存储电路分别与所述单片机连接，所述单片机通过限流电路与所述h2s传感器连接，所述单片机用于接收所述h2s传感器的数据进行比对处理后通过分别发送给所述声光报警单元、led显示单元和存储电路，所述单片机还通过通信电路连接上位机用于数据上传，所述电源单元分别与所述h2s传感器、单片机、声光报警单元、led显示单元和存储电路连接。

进一步的，所述单片机内设置有数模转换电路，用于对接收的所述h2s传感器数据进行模数转换。

进一步的，所述存储电路内设置有i2c总线串行的at24c32型eeprom存储器，用于对预设报警阈值、报警信息、程序代码、开/关机记录以及用户数据进行记录。

进一步的，所述通信电路采用p521光耦合器，用于和所述上位机通信。

进一步的，所述单片机还连接有遥控电路，用于接收来自遥控器的输入信号，所述遥控电路选用tc9012红外遥控芯片。

进一步的，所述h2s传感器采用电化学式传感器。

进一步的，所述单片机为msp430f149。

一种基于石油钻井平台的硫化氢报警系统的报警方法，其特征在于，包括以下步骤：

s1、系统上电，对单片机芯片及其各个寄存器和i/o管脚的初始化，并检查系统各单元的加电情况；

s2、步骤s1自检完成后，执行开机记录程序，记录下此次开机信息；

s3、时间片处理程序对a/d转换、遥控处理子程序和掉电记录分时调度处理，a/d转换单元工作时，将启动传感器电压a/d转换并将转换后的数据，通过滤波和线性化处理后换算成浓度单位值并以led方式显示；

s4、如果检测到的浓度超过了预设的报警阈值，则执行浓度超标记录同时输出声光报警，并通过通信子程序向上位机发送浓度超标信息。

进一步的，步骤s1中，如果检查到错误，即不符合设计的要求时，则执行错误记录程序，记录下错误信息，同时输出声光报警，并通过通信子程序向上位机发送错误代码。

进一步的，步骤s4中，当系统接收到上位机发送的查询命令时，执行通信子程序，将记录在存储器中的指定信息发送给上位机。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明基于石油钻井平台的硫化氢报警系统以单片机控制器作为主芯片，结合外围的单片机最小系统电路、硫化氢检测单元、led显示单元、声光报警单元、通信单元、存储单元和红外遥控单元组成硬件电路，实现了硫化氢浓度的实时监测和led同步显示，当检测到的浓度超过预设的阈值时，系统迅速输出声光报警，可以有效地提高石油生产过程的安全性，避免事故的发生。

进一步的，存储器采用i2c总线，接口线少，控制方式简单，器件封装形式小，通信速率较高，at24c32存储器拥有32kbit的存储空间，具有低功耗的特点。

进一步的，硫化氢传感器将所采集到的模拟信号先通过桥式整流，然后经过低通滤波，已达到信号更加稳定的要求，为之后的信号放大做好提前准备，采用电化学式传感器能够满足一般检测所需要的灵敏度和准确性，体积小、操作简单、携带方便、可用于现场监测，且价格低廉。

进一步的，采用具有超低功耗的msp430系列单片机，充分发挥其优势，将极大的弥补以往气体检测仪功耗较高的缺陷，提高了报警器性能的稳定性和可靠性，增加了信息的开机记录和历史查询以及遥控接收功能，采用具有高性能的cmos工艺以及低功耗的9012芯片为红外遥控装置，使得系统的功能更加完善和智能化。

本发明还公开了一种基于石油钻井平台的硫化氢报警方法，在系统调试之前，首先进行硬件调试，包括对硬件各部分元器件的检查以及对led显示完全与否的验证，以确保硬件各个部分能够稳定工作，设定一个浓度信号值，检查led数码管能否正常显示；改变设定值，且超过报警阈值时能否正常声光报警，报警的强度能否达到技术要求，实现了硫化氢浓度的实时监测和led同步显示，当检测到的浓度超过预设的阈值时，系统迅速输出声光报警，还加入了存储功能，在报警的同时也将检测到的数据记录到存储器上，方便操作人员对报警记录的调用和查询。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明报警系统示意图；

图2为本发明工作流程图。

具体实施方式

本发明提供了一种基于石油钻井平台的硫化氢报警系统，采用具有低电压、超低功耗、快速苏醒等优点的msp430型单片机，配合其丰富的片上外围单元，使得系统更为数字化和高效化，提高了设计的可靠性和可操作性。

请参阅图1，本发明基于石油钻井平台的硫化氢报警系统，包括h2s传感器、单片机、声光报警单元、led显示单元、存储电路和电源单元，所述h2s传感器经过滤波放大电路与所述单片机连接，所述声光报警单元、led显示单元和存储电路分别与所述单片机连接，所述单片机通过限流电路与所述h2s传感器连接。

其中，所述h2s传感器采用电化学式传感器对硫化氢气体浓度进行采集，结合限流电路将非电量转化为电量，因为电信号太小，需经放大电路放大，并且通过滤波电路将信号中不希望的频率分量滤除；

所述单片机接收信号后对信号进行模数转换，对离散信号的幅度进行量化处理，输出时间和幅度均离散的数字信号，并对数据再做进一步的处理，通过led显示同步实时监测浓度值；

当检测到的浓度超过报警阈值时，立即输出声光报警，通过通信电路将数据上传，并在i2c总线串行的eeprom存储器上记录下当前的数据，记录在存储器上的信息能够通过通信电路随时进行访问。

所述通信电路采用p521光耦合器，以实现和上位机之间的通信，首先光耦合器的输入端属于电流型工作器件，又是低阻元件，因而共模抑制能力很强。所以，将它应用在长线传输信息中作为终端隔离元件，能够极大地提高信噪比。然而在计算机数字通信及实时控制中，也可作为信号隔离的接口器件，使得计算机工作的可靠性得到极大地增强。

所述存储电路主要用于对预设报警阈值、报警信息、程序代码、开/关机记录以及一些在系统掉电后需要保存的用户数据等的记录。

i2c总线为两线式串行总线，用于连接微控制器及其外围设备具有接口线少，控制方式简单，器件封装形式小，通信速率较高等优点。

本发明采用的是i2c总线串行的eeprom存储单元，型号为at24c32，且拥有32kbit的存储空间，具有低功耗的特点。

所述单片机还连接有遥控电路，用于接收来自遥控器的输入信号，遥控器采用红外遥控装置，选用9012芯片。

红外通信的发送端将基带二进制信号调制成一系列的脉冲串信号，通过红外发射管发射红外信号脉冲串，通过脉冲串之间的时间间隔来进行信号调制的方法来实现红外信号的发射和接收。当发射器相应键按下的时候，接收器输出高电平信号，通过接入单片机控制器的外中断，由中断服务程序检测键按下状态，从而来完成相应的中断服务。

所述单片机为msp430f149芯片，采用16位的总线，并且片内含有程序代码容量为60kb+256字节的可系统编程的flash只读程序以及2kb的ram。另外，在单元的配置上，包括了基本的时钟单元(一个内部时钟和两个外部时钟)、1个看门狗定时器、1个模拟比较器、7个捕获/比较寄存器和pwm输出的16位定时器、4个8位并行端口、2个具有中断功能的8位并行端口、12位a/d转换器、2个串行通信接口等单元。

电源单元采用18v宽电压电源供电，内部采用mc34064，将电压从18v转换为系统电源所需的5v。经mc34064转换的5v系统电源，再经过经sp6200转换为3v的电源，为硫化氢传感器供电。当检测到的硫化氢浓度达到阈值浓度后能够自动断电，当硫化氢浓度下降到安全值时自动恢复供电。这样既能够降低功耗，还因为此次设计所采用的传感器为耗尽型的，使用这种方法还可最大程度的有效应用传感器，如此一来，就可以延长传感器的使用年限，以及本报警器的使用时间并且降低了维护次数，使得系统工作更加稳定可靠。

本发明硫化氢报警系统具有以下特点：

(1)硫化氢气体浓度同步显示功能：实时监测，并且同步显示该环境下的气体浓度值；

(2)声光报警功能：当h2s气体浓度报达预设阈值时，输出声光报警；

(3)技术报警功能：当仪器异常时，输出声光报警，由led数码管显示报警信息；

(4)记录查询功能：系统自动将浓度监测数据及报警信息存入系统扩展的大容量存储器中，可调出并显示。

请参阅图2，本发明还公开一种基于石油钻井平台的硫化氢报警方法，具体包括以下步骤：

s1、系统上电，对单片机芯片及其各个寄存器和i/o管脚的初始化，并检查系统各单元的加电情况；

如果检查到错误，即不符合设计的要求时，则执行错误记录程序，记录下错误信息，同时输出声光报警，并通过通信子程序向上位机发送错误代码；

s2、步骤s1自检完成后，执行开机记录程序，记录下此次开机信息；

s3、时间片处理程序对a/d转换、遥控处理子程序和掉电记录分时调度处理，a/d转换单元工作时，将启动传感器电压a/d转换并将转换后的数据，通过滤波和线性化处理后换算成浓度单位值并以led方式显示；

s4、如果检测到的浓度超过了预设的报警阈值，则执行浓度超标记录同时输出声光报警，并通过通信子程序向上位机发送浓度超标信息；

当系统接收到上位机发送的查询命令时，执行通信子程序，将记录在存储器中的指定信息发送给上位机。

优选的，本系统在电源配置的选择上，选用充电电池作为备份电源，当仪器处于正常的工作状态时，备用电池则处于充电的状态，当掉电的情况发生时，可通过电路切换成电池供电，并记录下此次的掉电/关机信息。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。