摘要：本文设计了一种基于计算机技术的煤气数据采集系统，结合作者的实践经验进行详细的阐述和解析，从系统工作原理和整体结构出发针对信号调理板电路和系统软件给出了设计方案和总体规划。通过在冶金生产中应用该系统发现，无论是在测量煤气数据方面还是系统本身的运行方面都极具优势，对于煤气的综合治理有深远的影响。
关键词：计算机数据采集 信号调理 煤气治理
中图分类号：TP274.2 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）01-0000-00
在自然灾害中，对于冶金安全生产有着致命威胁的当属煤气突出，只要发生突出就会威胁井巷作业人员的生命安全和机电设备安全，我们平常所熟知的冶金火灾和煤气爆炸等事故就是由它所引起的。所以说煤气突出是煤气综合治理中的关键问题，我们只有实现了实时的检测煤气突出情况，然后根据检测数据采取适当的措施，才能保障矿井生产的安全，才能避免事故的发生，进而将经济效益进行提升。文中针对煤气突出情况的检测，围绕着嵌入式计算机，对多通道信号调理和数据采集系统进行了研发和设计。
1 系统硬件设计
1.1 系统总体设计
计算机会以煤气流量分布曲线的方式来绘制煤气数据，前方工作面中煤气卸压带分布情况也就通过该曲线表现了出来，我们根据这些情况就能够判断出前方工作面完全与否。通常情况，冶金生产的环境都比较恶劣，在生产使用煤气数据采集系统便要求其必须拥有强大的硬件。以PC104总线为基础的PC104计算机，其构成方式为针孔堆叠，不仅拥有紧密的结构，而且还具有较好的抗震性、兼容性和可靠性，能够高速的传输数据，并且能够支持多系统。所以我们围绕着PC104嵌入式计算机设计了这种煤气数据采集系统。
煤气数据采集系统的传感器主要有四种，即流量传感器、压力传感器、进钻位移传感器和料位传感器。有3种传感器所输出的数据为连续模拟量，即流量传感器、压力传感器和进钻位移传感器，而数字量数据的输出由两个料位传感器负责。信号调理板能够隔离并放大传感器采集到的各项数据，然后PC104嵌入式计算机负责收集、分析和处理放大的数据信息，我们能够通过LCD显示器及时的观测到这些数据。
1.2 信号调理板设计
煤气数据采集系统中有一个重要的构件，那就是信号调理板，所有的传感器及部分外围控制设备都与信号调理板的前端进行相连，然后其后端通过ADT700模数转换模块与PC104嵌入式计算机进行连接。通常情况下，模数转换器输入端不能直接获取所有传感器输出的模拟信号，它们之间需要信号调理板按照相应的要求变换信号，除此之外还要通过放大及校准整形等方式处理数字信号。站在功能角度来看，以下3个部分共同组成了信号调理板：
（1）模拟量输入部分。对于线性隔离和放大信号来说，模拟量输入电路采用的方式为光电耦合器与软件补偿相结合。该部分输入的模拟量数据有三种，及流量、压力和进钻位移，其作用是将电磁干扰信号等从模拟数据中屏蔽掉，将信号转换为AD700模块能够获取的信号数据。（2）数字量输入部分。隔离电路和信号整形电路这两部分构成了数字量输入部分的电路。该部分能够将电磁干扰信号从料位数据中屏蔽掉，然后能够整形料位信号，以此来讲触发电平按照PC104的数字输入接口的电平要求进行调整，进而达到CPU接收数字量信号的目的。（3）数字量输出部分。对于PC104来说，其对于外围设备的控制重要依赖于数字量输出部分。因为从数字量控制能力考虑，PC104嵌入式计算机与A/D模块输出端口没有足够的能力来控制工作电流极大的继电器控制端线圈，所以这一部分的电路为了将输出端口的带负载能力进行提升，选用了达林顿阵列驱动器代替继电器进行驱动。
2 系统软件设计
2.1 嵌入式操作系统的选择
近些年来，DOS操作系统、Windows操作系统和Linux操作系统是工业现场中比较常见的嵌入式操作系统。而应用最为普遍的当属Linux操作系统，该系统无论是在图形界面上还是在操作上都具有明显的优势，而且因为其开放了源代码，所以我们还能够任意的裁剪体积较小的内核。我们在设计煤气数据采集系统的过程中为PC104嵌入式计算机选择了Linux操作系统，以满足其对于性能、界面和扩展性的要求。
2.2 软件结构
煤气数据采集系统能够完成实时的采集、存储、分析和处理数据，同时还能够通过数据文件的形式进行保存，而且其输出的控制命令会随着数据的分析结果变化而变化，还可以实现对外部命理输入的实时扫描和判断。
2.3 数据采集程序设计
在恶劣且快速变化的环境中进行现场作业会严重影响测量结果，同时对于器件来说，测量误差是不可避免的，所以我们在设计数据采集部分的程序过程中选择的方法为多次连续测量结合平均值算法，以此来讲测量误差降到最低。
2.4 输入/输出控制程序设计
对于系统来说，其键盘输入、命令控制和系统对控制设备的控制输出共同构成了煤气突出预测系统的控制。键盘输入控制对于不同键值的识别通过输入控制程序完成，而不同的控制命令是由各个键值所决定的。系统通过输出控制程序来控制设备，此过程中传感器和系统输入控制命令会根据实际需求对控制命令进行实时的输出。
3 结语
对于煤气数据采集综合技术来说，其核心技术为PC104嵌入式计算机，通过分析和研究得出，其功能有多通道信号调理、采集数据、分析数据、处理数据、存储数据和实时显示，能够完成检测和预测煤气突出等任务。以此技术设计的采集系统因为其低于5%的误差和良好的可靠性等优势被广泛的应用于实际工业生产中。
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收稿日期：2015-11-20
作者简介：石朋（1984—），男，河北唐山人，本科，助理工程师，研究方向：钢铁自动化。
