煤礦瓦斯監(jiān)測(cè)儀設(shè)計(jì)(共29頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) 單片機(jī)原理及接口技術(shù) 課程設(shè)計(jì)（論文）題目： 煤礦瓦斯監(jiān)測(cè)儀設(shè)計(jì) 院（系）： 新能源學(xué)院 專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 光伏應(yīng)用技術(shù)131 學(xué) 號(hào)： 學(xué)生姓名： 曲善民 指導(dǎo)教師： （簽字）起止時(shí)間：2016.06.20-2016.7.3 專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè) 學(xué) 號(hào) 學(xué)生姓名曲善民 專(zhuān)業(yè)班級(jí)電氣131課程設(shè)計(jì)（論文）題目煤礦瓦斯監(jiān)測(cè)儀設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)該檢測(cè)儀實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)煤礦的瓦斯，當(dāng)瓦斯?jié)舛瘸^(guò)閾值時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并啟動(dòng)輸出相應(yīng)的開(kāi)關(guān)量信號(hào)，可以啟動(dòng)排風(fēng)設(shè)備，檢測(cè)儀由AC220V供電。設(shè)計(jì)任務(wù)：1. CPU最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)（包括CPU選擇，晶振電路，復(fù)位電路）2.

2、 傳感器選擇及瓦斯檢測(cè)接口電路設(shè)計(jì)3. 報(bào)警電路以及工作電源設(shè)計(jì)4程序流程圖設(shè)計(jì)及.程序清單編寫(xiě)技術(shù)參數(shù)：1瓦斯?jié)舛壬舷逓?%2檢測(cè)儀的工作電源為220V設(shè)計(jì)要求：1、分析系統(tǒng)功能，盡可能降低成本，選擇合適的單片機(jī)、AD轉(zhuǎn)換器、輸出電路等；2、應(yīng)用專(zhuān)業(yè)繪圖軟件繪制硬件電路圖和軟件流程圖；3、按規(guī)定格式，撰寫(xiě)、打印設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份，其中程序開(kāi)發(fā)要有詳細(xì)的軟件設(shè)計(jì)說(shuō)明，詳細(xì)闡述系統(tǒng)的工作過(guò)程，字?jǐn)?shù)應(yīng)在4000字以上。進(jìn)度計(jì)劃第1天 查閱收集資料第2天 總體設(shè)計(jì)方案的確定第3-4天 CPU最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)第5天 傳感器選擇及瓦斯檢測(cè)接口電路設(shè)計(jì)第6天報(bào)警電路以及工作電源設(shè)計(jì)第7天 程序流程圖設(shè)計(jì)第8天 軟

3、件編寫(xiě)與調(diào)試第9天 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)完成第10天 答辯指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)及成績(jī) 平時(shí)： 論文質(zhì)量： 答辯： 總成績(jī)： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日注：成績(jī)：平時(shí)20% 論文質(zhì)量60% 答辯20% 以百分制計(jì)算摘 要能源工業(yè)是國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的命脈，近年來(lái)，隨著石油資源的緊張、石油價(jià)格的騰升，煤炭行業(yè)的重要地位和不可替代性也日益顯現(xiàn)。然而，中國(guó)煤炭行業(yè)的安全生產(chǎn)形勢(shì)卻不容樂(lè)觀，尤其是重、特大傷亡事故屢見(jiàn)報(bào)端。在這些事故中，瓦斯爆炸又占絕大多數(shù)。這其中，固然有很多誘發(fā)因素，但各煤礦生產(chǎn)企業(yè)安全監(jiān)測(cè)設(shè)備不完備、管理手段落后是造成事故頻發(fā)的重要原因之一。該傳感器以89C51單片機(jī)為核心，實(shí)現(xiàn)對(duì)瓦斯的檢測(cè)、報(bào)警和控制，安

4、全可靠，經(jīng)久耐用，適合各類(lèi)煤礦瓦斯的監(jiān)控，可以大大降低煤礦事故的發(fā)生，降低企業(yè)成本，提高煤炭開(kāi)采率，為我國(guó)煤炭事業(yè)做出貢獻(xiàn)。關(guān)鍵詞：煤礦事故；傳感器；89C51目 錄第1章 緒論1.1 瓦斯監(jiān)測(cè)儀概況我國(guó)監(jiān)測(cè)監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用較晚，80年代初，從波蘭、法國(guó)、德國(guó)、英國(guó)和美國(guó)等引進(jìn)了一批安全監(jiān)控系統(tǒng)，裝備了部分煤礦；在引進(jìn)的同時(shí)，通過(guò)消化、吸收并結(jié)合我國(guó)煤礦的實(shí)際情況，先后研制出一系列監(jiān)控系統(tǒng)，在我國(guó)煤礦已大量使用。實(shí)踐表明，安全監(jiān)控系統(tǒng)為煤礦安全生產(chǎn)和管理起到了十分重要的作用，各局礦已作為一項(xiàng)重大安全裝備。由于當(dāng)時(shí)相當(dāng)一部分監(jiān)控系統(tǒng)由于技術(shù)水平低、功能和擴(kuò)展性能差、現(xiàn)場(chǎng)維修維護(hù)和技術(shù)服務(wù)跟不上等原因

5、，或者已淘汰、或者停產(chǎn)。因此造成相當(dāng)一部分礦井無(wú)法繼續(xù)正常使用已裝備的系統(tǒng)。特別是近年來(lái)由于老系統(tǒng)服務(wù)年限將至，已無(wú)繼續(xù)維修維護(hù)的必要，系統(tǒng)面臨更新改造的機(jī)遇。 隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的迅猛發(fā)展和企業(yè)自身發(fā)展的需要，國(guó)內(nèi)各主要科研單位和生產(chǎn)廠家又相繼推出了一系列監(jiān)控系統(tǒng)，以及一些煤礦安全綜合化和數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)。同時(shí)，在“以風(fēng)定產(chǎn)，先抽后采，監(jiān)測(cè)監(jiān)控”十二字方針和煤礦安全規(guī)程有關(guān)條款指導(dǎo)下，規(guī)定了我國(guó)各大、中、小煤礦的高瓦斯或瓦斯突出礦井必須裝備礦井監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)。因此，大大小小的系統(tǒng)生產(chǎn)廠家如雨后春筍般的不斷出現(xiàn)，為用戶提供了更多的選擇機(jī)會(huì)、也促進(jìn)了各廠家在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)條件下不斷提高

6、產(chǎn)品質(zhì)量和服務(wù)意識(shí)。瓦斯安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)是傳感器技術(shù)、信息傳輸技術(shù)、計(jì)算機(jī)應(yīng) 用技術(shù)、電氣防爆技術(shù)和控制技術(shù)等多種技術(shù)在礦井安全生產(chǎn)監(jiān)控領(lǐng)域應(yīng)用的產(chǎn)物，對(duì)保障煤礦安全生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率和機(jī)電設(shè)備的利用率都具有十分重要的作用。礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)一般由三部分組成:中心站(包括應(yīng)用軟件、計(jì)算機(jī)及外圍設(shè)備)；信息傳輸裝置(包括傳輸接口、分站、傳輸線、接線盒等)；傳感器和執(zhí)行裝置。具體來(lái)講，煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)是指對(duì)煤礦的瓦斯、風(fēng)速、一氧化碳、煙霧、溫度等環(huán)境參數(shù)和礦井生產(chǎn)、運(yùn)輸、提升、排水等環(huán)節(jié)的機(jī)電設(shè)備工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，用計(jì)算機(jī)分析處理并取得數(shù)據(jù)的一種系統(tǒng)。安全監(jiān)控系統(tǒng)可以為各級(jí)生產(chǎn)指揮者和業(yè)務(wù)部門(mén)

7、提供環(huán)境安全參數(shù)動(dòng)態(tài)信息，為指揮生產(chǎn)提供及時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)資料和信息，便于提前采取防范措施。另外通過(guò)對(duì)被測(cè)參數(shù)的比較和分析，系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警、斷電和閉鎖，便于制止事故的發(fā)生或擴(kuò)大；在發(fā)生事故的情況下，能及時(shí)指示最佳救災(zāi)和避災(zāi)路線，為搶救和疏散人員、器材，提供決策信息。1.2 本文研究?jī)?nèi)容該檢測(cè)儀實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)煤礦的瓦斯，當(dāng)瓦斯?jié)舛瘸^(guò)閾值時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并啟動(dòng)輸出相應(yīng)的開(kāi)關(guān)量信號(hào)，可以啟動(dòng)排風(fēng)設(shè)備，檢測(cè)儀由AC220V供電。本設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì)內(nèi)容是：1. CPU最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)（包括CPU選擇，晶振電路，復(fù)位電路）2. 傳感器選擇及瓦斯檢測(cè)接口電路設(shè)計(jì)3. 報(bào)警電路以及工作電源設(shè)計(jì)4程序流程圖設(shè)計(jì)及.程序清單編

8、寫(xiě)第2章 CPU最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1 瓦斯監(jiān)測(cè)儀總體設(shè)計(jì)方案催化元件小信號(hào)放大電路A/D轉(zhuǎn)換CPU報(bào)警電路圖2.1 瓦斯監(jiān)測(cè)儀原理框圖在催化元件電源端加上一正電壓，使催化元件開(kāi)始工作，輸出與甲烷濃度相對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)，此電壓經(jīng)過(guò)放大電路放大后，送到A/D轉(zhuǎn)換，A/D轉(zhuǎn)換電路將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)送入CPU, CPU對(duì)采樣值進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，處理后，驅(qū)動(dòng)顯示器顯示出被測(cè)氣體中的甲烷濃度值，若被測(cè)氣體中甲烷濃度超過(guò)報(bào)警電路預(yù)定的數(shù)值時(shí)，報(bào)警電路即發(fā)出聲、光報(bào)警信號(hào)，并啟動(dòng)輸出相應(yīng)的開(kāi)關(guān)量信號(hào)，可以啟動(dòng)排風(fēng)設(shè)備，檢測(cè)儀由AC220V供電。2.2 CPU的選擇CPU是監(jiān)控報(bào)警儀的核心，完成數(shù)據(jù)采集、處理、輸

9、出、顯示等功能,是整個(gè)儀器正常工作的基礎(chǔ)，它的選擇直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的工作。選擇通用性強(qiáng)、功耗小、性能穩(wěn)定良好的8位CMOS微處理器芯片AT89C51，它與常用MCS-51型單片機(jī)兼容，工作電壓為2.7V6.OV,具有32條可編程I/O端口，3個(gè)16位定時(shí)計(jì)數(shù)器，256×8位內(nèi)部RAM,內(nèi)帶8K字節(jié)快閃EEPROM的特點(diǎn)，大大簡(jiǎn)化了電路的設(shè)計(jì)。引腳圖如圖：圖2.2 89C51引腳圖部分引腳功能說(shuō)明：RST：AT89C51的復(fù)位信號(hào)輸入引腳，高電位工作，當(dāng)要對(duì)芯片復(fù)位時(shí)，只要將此引腳電位提升到高電位，并持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上的時(shí)間，AT89C51便能完成系統(tǒng)復(fù)位的各項(xiàng)工作，使得內(nèi)部特殊功

10、能寄存器的內(nèi)容均被設(shè)成已知狀態(tài)。XTAL1：接外部晶振的一個(gè)引腳。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一反相放大器輸入端，這個(gè)放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。它采用外部振蕩器時(shí)，此引腳應(yīng)接地。XTAL2：接外部晶振的一個(gè)引腳。在片內(nèi)接至振蕩器的反相放大器輸出端和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器輸入端。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，則此引腳接外部振蕩信號(hào)的輸入。：訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)，低電平有效。在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器讀取指令碼時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期產(chǎn)生二次 信號(hào)。在執(zhí)行片內(nèi)程序存儲(chǔ)器指令時(shí)，不產(chǎn)生PSEN 信號(hào)，在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)時(shí)，亦不產(chǎn)生信號(hào)。ALE/：ALE表示允許地址鎖存允許信號(hào)。當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，ALE信號(hào)負(fù)跳變來(lái)觸發(fā)外部的8位鎖存器 (如

11、74LS373)，將端口P0 的地址總線(A0-A7)鎖存進(jìn)入鎖存器中。在非訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器期間，ALE引腳的輸出頻率是系統(tǒng)工作頻率的1/16，因此可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)其他外圍芯片的時(shí)鐘輸入。P0：P0口(P0.0P0.7)是一個(gè)8位漏極開(kāi)路雙向輸入輸出端口，當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)時(shí)，它是地址總線（低8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用。外部不擴(kuò)展而單片應(yīng)用時(shí)，則作一般雙向I/O口用。P0口每一個(gè)引腳可以推動(dòng)8個(gè)LSTTL負(fù)載。P2：P2口(P2.0P2.7)是具有內(nèi)部提升電路的雙向I/0端口(準(zhǔn)雙向并行I/O口)，當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，它是高8位地址。外部不擴(kuò)展而單片應(yīng)用時(shí)，則作一般雙向I/O口用。每一個(gè)引腳可以推動(dòng)4個(gè)L

12、STL負(fù)載。P1：P1口(P1.0P1.7)口是具有內(nèi)部提升電路的雙向I/0端口(準(zhǔn)雙向并行I/O口)，其輸出可以推動(dòng)4個(gè)LSTTL負(fù)載。僅供用戶作為輸入輸出用的端口。P3：P3口(P3.0P3.7)口是具有內(nèi)部提升電路的雙向I/0端口(準(zhǔn)雙向并行I/O口)，它還提供特殊功能，包括串行通信、外部中斷控制、計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)控制及外部隨機(jī)存儲(chǔ)器內(nèi)容的讀取或?qū)懭肟刂频裙δ?。其特殊功能引腳分配如下：P3.0 RXD 串行通信輸入P3.1 TXD 串行通信輸出P3.2 外部中斷0輸入,低電平有效P3.3 外部中斷1輸入,低電平有效P3.4 T0 計(jì)數(shù)器0 外部事件計(jì)數(shù)輸入端P3.5 T1 計(jì)數(shù)器1 外部事件計(jì)數(shù)

13、輸入端P3.6 外部隨機(jī)存儲(chǔ)器的寫(xiě)選通，低電平有效P3.7 外部隨機(jī)存儲(chǔ)器的讀選通，低電平有效在設(shè)計(jì)中用到了多片串行通信的芯片，但選用的單片機(jī)AT89C51只有一個(gè)串行口，這給連接帶來(lái)了極大的麻煩。在設(shè)計(jì)中，用單片機(jī)未用到的普通I/O口輔之控制軟件來(lái)模擬串行口工作，從而解決了串行口不夠用的難題。2.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展89C51單片機(jī)片內(nèi)有128B的RAM存儲(chǔ)器，在實(shí)際應(yīng)用中僅靠這128B的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。這種情況下可利用89C51單片機(jī)所具有的拓展功能，拓展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。本文利用6264與單片機(jī)進(jìn)行拓展。6264是8K*8位的靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器，采用CMOS工藝制造，單一+5電源供電，額定功

14、耗200mW,典型存取時(shí)間200ns，為28線雙列直插式封裝。如圖：圖2.3 89C51與6264的拓展2.4 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)片內(nèi)電路與片外器件就構(gòu)成一個(gè)時(shí)鐘產(chǎn)生電路，CPU的所有操作均在時(shí)鐘脈沖同步下進(jìn)行。片內(nèi)振蕩器的振蕩頻率非常接近晶振頻率，一般多在1.2MHz24MHz之間選取。C1、C2是反饋電容，其值在20pF100pF之間選取，典型值為30pF。本電路選用的電容為30pF，晶振頻率為12MHz。振蕩周期； 機(jī)器周期； 指令周期C130pFC230pF晶振XTAL1XTAL2.圖2.4 晶振電路圖2.5 復(fù)位電路設(shè)計(jì)在時(shí)鐘電路工作后，只要在單片機(jī)的RESET引腳上出現(xiàn)24個(gè)時(shí)鐘振蕩脈沖

15、（兩個(gè)機(jī)器周期）以上的高電平，單片機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)復(fù)位。為了保證系統(tǒng)可靠復(fù)位，在設(shè)計(jì)復(fù)位電路時(shí)，一般使RESET引腳保持10ms以上的高電平，單片機(jī)就可以可靠的復(fù)位。本文采用按鍵復(fù)位方式。該方式可以通過(guò)按鍵實(shí)現(xiàn)復(fù)位。按下鍵后，通過(guò)R1和R2形成回路，使RESET端產(chǎn)生高電平。按鍵的時(shí)間決定了復(fù)位的時(shí)間。VCC22uCAP10kRES2D14148S1RESET200RES2RST圖2.5 按鍵復(fù)位電路圖2.6 CPU最小系統(tǒng)圖圖2.6為完整的CPU最小系統(tǒng)圖圖2.6 CPU最小系統(tǒng)圖第3章 瓦斯監(jiān)測(cè)儀輸入輸出接口電路設(shè)計(jì)3.1 瓦斯監(jiān)測(cè)儀傳感器的選擇3.1.1 敏感元件的組成及作用敏感元件是準(zhǔn)確檢

16、測(cè)甲烷氣體含量的核心元件之一，它由工作元件和補(bǔ)償元件組成，將這兩個(gè)元件分別接在惠斯登電橋上，在元件的電源端加入高電平時(shí)元件開(kāi)始工作，當(dāng)環(huán)境中無(wú)甲烷氣體時(shí)，調(diào)整電橋使之輸出為零，當(dāng)有甲烷氣體時(shí)，甲烷氣體以擴(kuò)散方式進(jìn)入儀器原測(cè)量氣室，內(nèi)部接于橋臂的熱催化元件或熱導(dǎo)元件發(fā)生氧化還原反應(yīng)，引起元件溫度升高，阻值增大，使原來(lái)平衡的電橋失去平衡，輸出與甲烷濃度相對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)，測(cè)量該電壓信號(hào)即可知甲烷濃度它的基本測(cè)試電路圖如圖3.1所示。圖3.1 敏感元件的基本測(cè)試電路3.1.2 熱催化元件的特性本文采用的是熱催化式瓦斯監(jiān)測(cè)儀傳感器。熱催化式是利用甲烷在催化元件上的氧化生熱引起其電阻的變化來(lái)測(cè)定甲烷濃度。

17、其優(yōu)點(diǎn)是元件和儀器的生產(chǎn)成本低，輸出信號(hào)大，對(duì)于1%氣樣，電橋輸出可達(dá)15mV以上，處理和顯示都比較方便，所以?xún)x器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，受背景氣體和溫度變化的影響小，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)。其缺點(diǎn)是探測(cè)元件的壽命較短，不能測(cè)高濃度甲烷，硫化氫及硅蒸汽會(huì)引起元件中毒而失效。目前國(guó)內(nèi)外檢測(cè)甲烷的儀器廣泛采用這一原理。在選擇敏感元件時(shí)，主要從以下幾個(gè)方面來(lái)衡量:(1) 工作點(diǎn)與工作區(qū)間。元件工作點(diǎn)是指元件的標(biāo)準(zhǔn)工作電壓和電流值。實(shí)際使用中，為了便于組成電橋和選定電橋電流，通常是指一對(duì)元件(即一只黑元件和一只白元件)的標(biāo)準(zhǔn)工作電壓或電流值。在工作點(diǎn)上，元件具有較大的輸出，較好的穩(wěn)定性和最小的零點(diǎn)飄移。目前國(guó)內(nèi)元件的工

18、作點(diǎn)有:直1.2V, 2.2V, 2.4V, 2.8V及320mA等幾種。當(dāng)元件的工作電壓或工作電流變動(dòng)時(shí)，在同一甲烷濃度下輸出活性大小是不相同的。只有當(dāng)工作電壓或工作電流在某一范圍內(nèi)變動(dòng)時(shí)，輸出活性才接近直線。這個(gè)電壓或電流的變動(dòng)范圍稱(chēng)為元件的工作區(qū)間。區(qū)間越寬越好。目前元件的工作區(qū)間只能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)電壓的±10%。 (2) 活性。元件活性是指元件對(duì)甲烷氧化燃燒的速率。元件活性高，通過(guò)電橋測(cè)量甲烷時(shí)，可以得到較高的電壓輸出。(3) 穩(wěn)定性。元件的穩(wěn)定性是指元件在新鮮空氣與一定濃度的甲烷中，在規(guī)定的連續(xù)工作時(shí)間里的活性下降率。下降率其值越低越好，活性下降率越低，表明元件工作性能越穩(wěn)定。

19、(4)輸出特性。元件輸出特性，是指在不同的甲烷濃度下，元件的活性與甲烷濃度的關(guān)系。在0-5%CH4范圍內(nèi)，電橋輸出信號(hào)與甲烷濃度呈線性關(guān)系。當(dāng)甲烷濃度在9.5%處時(shí)，曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)，以后隨著甲烷濃度的增大，電橋輸出信號(hào)不斷下降，出現(xiàn)了高濃度和低濃度輸出信號(hào)相同現(xiàn)象。產(chǎn)生的原因是由于高濃度甲烷氣體中缺氧使燃燒不完全所造成的。所以，這種原理的甲烷檢測(cè)儀只能測(cè)量低濃度甲烷。(5) 元件的“中毒現(xiàn)象”。礦井空氣中的硫化氫、二氧化硫等氣體會(huì)使元件產(chǎn)生中毒現(xiàn)象，使活性降低。其原因主要是由于這些毒性氣體元件活性下降。此外，井下電氣設(shè)備用的硅油、硅絕緣材料等揮發(fā)物，也會(huì)使元件中毒。這主要是由于硅分子量大，一旦吸

20、附在元件表面，就會(huì)阻止甲烷進(jìn)入而影響元件氧化速率，致使活性下降。為防止元件中毒，可以加過(guò)濾器，例如用活性炭吸收管，1 cm厚活性炭的吸收管，可使工作在有毒環(huán)境中的元件壽命延長(zhǎng)數(shù)百倍。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間工作的元件，遇到較高濃度，工作數(shù)分鐘后，元件的活性將升高，高濃度消失后，元件在幾十小時(shí)內(nèi)活性才會(huì)逐步下降到原值附近，以后又保持穩(wěn)定的活性。這種現(xiàn)象稱(chēng)為元件被濃甲烷激活。元件的激活特性是一個(gè)缺點(diǎn)，因?yàn)楸患せ畹脑谝欢螘r(shí)間內(nèi)會(huì)造成輸出不穩(wěn)，這是在使用中應(yīng)該加以注意和調(diào)整的。載體催化元件與純鉑絲元件相比，其抗毒性能較弱，在有毒氣體的環(huán)境中，宜采用鉑絲元件。(6) 元件的壽命。元件的壽命是指元件在使用過(guò)程中，

21、其活性下降到某一規(guī)定值的時(shí)間。(7)反應(yīng)速度。反應(yīng)速度是工作元件的一個(gè)重要指標(biāo)。特別是當(dāng)元件應(yīng)用到各種運(yùn)動(dòng)機(jī)械上時(shí)，就更為突出。在井下空氣中，當(dāng)甲烷濃度發(fā)生變化時(shí)，元件的反應(yīng)速度由兩個(gè)因素決定，一是元件本身的時(shí)間常數(shù):，二是甲烷向元件擴(kuò)散的速度。元件的時(shí)間常數(shù)可由下式確定:式中: :元件的時(shí)間常數(shù); E:元件的熱容量; a:等效熱導(dǎo)系數(shù); s:元件的表面積; :常數(shù); T:元件的工作溫度; I:工作電流; R:元件電阻; :鉑絲電阻溫度系數(shù)通過(guò)對(duì)上式的分析，可以合理地選擇元件參數(shù)，以提高工作元件的反應(yīng)速度。本設(shè)計(jì)中選擇的敏感元件型號(hào)為:FWC-2。參數(shù)為:測(cè)量介質(zhì):甲烷工作電流:直流穩(wěn)壓工作點(diǎn)

22、:2. 8V/175mA測(cè)量范圍:0-4%CH4穩(wěn)定性:靈敏度變化±0.1%CH4響應(yīng)時(shí)間:20S3.2 小信號(hào)放大電路目前有許多型號(hào)的單片測(cè)量放大器集成芯片可供選擇，因此不再用分立的運(yùn)算放大器來(lái)構(gòu)成測(cè)量放大器。采用單片測(cè)量放大器芯片與用分立的運(yùn)算放大器相比具有性能優(yōu)異、體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低的優(yōu)點(diǎn)。在本設(shè)計(jì)中選擇集成芯片INA128儀用放大器。其特點(diǎn)如下： 低偏置電壓最大50V，低溫度漂移最大0.5V/，低輸入偏置電流最大5nA，高共模抵制CMR 最小120DB，輸入保護(hù)至±40V，寬電源電壓范圍±2.25 至±18V，低靜態(tài)電流700A，8 引腳塑

23、料DIP 和SO-8封裝。電路圖如圖3.2所示：圖3.2 小信號(hào)放大電路3.3 瓦斯監(jiān)測(cè)儀檢測(cè)接口電路設(shè)計(jì)3.3.1 A/D轉(zhuǎn)換器選擇因?yàn)閱纹瑱C(jī)不能直接接收模擬量信號(hào)，所以電壓測(cè)量信號(hào)，必須通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后方可以輸入單片機(jī)進(jìn)行處理。A/D轉(zhuǎn)換器芯片有很多種,在此選擇比較熟悉的ADC0809。ADC0809是8路8位逐次逼近行A/D轉(zhuǎn)換CMOS器件，能對(duì)多路模擬信號(hào)進(jìn)行分時(shí)采集和A/D轉(zhuǎn)換，輸出數(shù)字信號(hào)通過(guò)三態(tài)緩沖器，可直接與微處理器的數(shù)據(jù)總線相連接。ADC0809的主要特性如下：分辨率為8位最大不可調(diào)誤差小于±ULSB可鎖存三態(tài)輸出，能與8位微處理器接口輸出與TTL兼容不必進(jìn)行零點(diǎn)和

24、滿度調(diào)整單電源供電，供電電壓為+5V轉(zhuǎn)換速率取決于芯片的時(shí)鐘頻率，時(shí)鐘頻率范圍是：101280KHZ，當(dāng)時(shí)鐘頻率為500KHZ時(shí)，對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)換時(shí)間為125uS圖3.3 ADC0809引腳圖3.3.2 模擬量檢測(cè)接口電路圖圖3.4 ADC0809與單片機(jī)連接3.4 瓦斯監(jiān)測(cè)儀輸出接口電路設(shè)計(jì)報(bào)警電路由NPN三極管、蜂鳴器、LED和限流電阻組成，如圖4-10所示。由單片機(jī)兩個(gè)I/0口控制聲報(bào)警方式和光報(bào)警方式，實(shí)際應(yīng)用時(shí)，可以通過(guò)軟件設(shè)置選擇其中一種報(bào)警方式，也可以?xún)煞N都選擇。8050是一種常用的小功率開(kāi)關(guān)三極管，它的最大負(fù)載電流為700mA, VCEO=20V,飽和壓降為0.5V。 Q1和Q2分別

25、作為蜂鳴器和發(fā)光二極管的驅(qū)動(dòng)器，蜂鳴器的正常工作為3V，聲音強(qiáng)度為80dB，發(fā)光二極管的額定電流為5lOmA。當(dāng)單片機(jī)I/O口信號(hào)為高電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲音，發(fā)光二極管則給出光指示信號(hào)，其中，R2, R3和R1均為限流電阻。圖3.5報(bào)警裝置電路圖第4章 瓦斯監(jiān)測(cè)儀軟件設(shè)計(jì)4.1 軟件實(shí)現(xiàn)功能綜述該系統(tǒng)軟件主要由主程序、A /D轉(zhuǎn)換子程序和報(bào)警子程序等模塊組成,因?yàn)镃語(yǔ)言編寫(xiě)的軟件易于實(shí)現(xiàn)模塊化,生成的機(jī)器代碼質(zhì)量高、可讀性強(qiáng)、移植好。1) 報(bào)警的同時(shí)啟動(dòng)排風(fēng)裝置。2) 比較監(jiān)測(cè)到的瓦斯?jié)舛戎抵岛蛨?bào)警設(shè)置值,發(fā)現(xiàn)超限則蜂鳴器報(bào)警提示流程圖設(shè)計(jì)4.1.1 主程序流程圖設(shè)計(jì)主程序功能

26、是將A/D轉(zhuǎn)換主程序與數(shù)據(jù)處理主程序結(jié)合在一起檢驗(yàn)數(shù)據(jù)是否大于閾值，若大于則報(bào)警，反之則不報(bào)警，主程序流程圖如圖：YN是 否開(kāi) 始 讀 取 瓦 斯 濃 度讀 取 成 功約 定 值 進(jìn) 行 比 較是否超限返 回發(fā) 送 報(bào) 警 信 號(hào) 并 啟 動(dòng) 通 風(fēng)圖4.1 主程序流程圖4.1.2 模擬量檢測(cè)流程圖設(shè)計(jì)A/D轉(zhuǎn)換子程序流程圖如下圖所示。ADC0809初始化后，把0通道輸入的0-5V的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的數(shù)字量00H-FFH，然后將對(duì)應(yīng)數(shù)值存儲(chǔ)到內(nèi)存單元。程序框圖如圖：開(kāi) 始啟 動(dòng) ADC0809，并 延 時(shí) 100µs轉(zhuǎn) 換 完 ？讀 出 A/D 轉(zhuǎn) 換 結(jié) 果結(jié) 果 存 入 內(nèi) 存

27、 單 元返 回NY圖4.2 A/D轉(zhuǎn)換子程序流程圖4.1.3 報(bào)警裝置流程圖設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)定閾值并保存在以50H開(kāi)始的3個(gè)單元，為了便于比較和顯示，閾值的千位放入50H中，百位和十位放入5lH，個(gè)位放人52H中。報(bào)警電路分為蜂鳴器報(bào)警電路和LED發(fā)光報(bào)警電路組成。當(dāng)輸入端P3.5為低電平時(shí)，有電流通過(guò)蜂鳴器，蜂鳴器發(fā)出聲音報(bào)警。而當(dāng)輸入端為高電平時(shí)不報(bào)警。報(bào)警子程序執(zhí)行之前，將報(bào)警閾值轉(zhuǎn)換為壓縮的BCD碼并存放在兩個(gè)存儲(chǔ)單元中。傳感器輸入值A(chǔ)/D轉(zhuǎn)換后，調(diào)用比較程序，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理后顯示的測(cè)量值與閾值比較，小于閾值則繼續(xù)執(zhí)行顯示程序。若大于閾值則將單片機(jī)的P3.5口清零進(jìn)行聲光報(bào)警。40H、4lH、

28、42H單元存放A/D轉(zhuǎn)換后，并進(jìn)行十進(jìn)制轉(zhuǎn)換后的結(jié)果。40H和50H分別存放的是處理后的測(cè)量值與閾值的千位的壓縮BCD碼，41H和51H分別存放的是處理后的測(cè)量值與閾值的百位、十位壓縮的BCD碼，42H和52H分別存放的是處理后的測(cè)量值與閾值的個(gè)位的壓縮BCD碼。程序首先對(duì)40H、50H中的值進(jìn)行比較大小，如果40H中的值大于50H中的值，則進(jìn)行報(bào)警。依此類(lèi)推，比較41H和51H，42H和52H。程序框圖如圖4.3：NN開(kāi) 始40H中的BCD碼>50H中的BCD碼？與閾值相等？41H中的BCD碼>51H中的BCD碼？與閾值相等？40H中的BCD碼>50H中的BCD碼？返 回報(bào)

29、警YYNYNYYN圖4.3 報(bào)警子程序流程框圖4.2 程序清單1.初始化子程序清單Private Sub Form_Load0窗體過(guò)程，設(shè)置串口屬性MSComm1.CommPort=1設(shè)置串口1MSComm1.Settings="9600,n,8,1" ' 以字符串形式設(shè)置或返回波特率等參數(shù)MSComm1.inputLen=0 '用input可讀出整個(gè)接收緩沖區(qū)中的內(nèi)容MSComm1.RThreshold=1 '每當(dāng)接收到一個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)就引發(fā)OnComm事件MSComm1.inBufferCount=0 '清空接收緩沖區(qū)MSComm1.OutBu

30、fferCount=0 '清空發(fā)送緩沖區(qū)MSComm1.inBufferSize=1024 '設(shè)置接收緩沖區(qū)大小為1024個(gè)字符MSComm1.OutBufferSize=1024 '設(shè)置發(fā)送緩沖區(qū)大小為1024個(gè)字符MSComm1.RThreshold=1 '當(dāng)緩沖區(qū)每接收到1個(gè)字符就引發(fā)一次ONComm事件MSComm1.SThreshold=0 '任何一次發(fā)送操作都觸發(fā)ONComm事件MSComm1.RTSEnable=False '允許PC機(jī)發(fā)送命令MSCornm1.inputMode=comInputModeBinary '接收

31、二進(jìn)制數(shù)據(jù)If MSComm1.PortOpen=False Then MSComm1.PortOpen=True '打開(kāi)串口1End ifEnd Sub2.發(fā)送命令子程序清單Private Sub Timer1_Timer() '定時(shí)器定時(shí)發(fā)送命令子程序Dim FS(0 To 4) As Byte '定義發(fā)送變量If IsEmpty(NumberofXWJ) Then '初始化下位機(jī)地址編號(hào)NumberofXWJ = -1End IfNumberofXWJ = NumberofXWJ + 1 '從0號(hào)下位機(jī)開(kāi)始發(fā)采集命令I(lǐng)f MSComm1.PortO

32、pen = True Then '打開(kāi)串口MSComm1.PortOpen = FalseEnd IfMSComm1.Settings = "9600,d,8,1" '發(fā)送地址FS(0) = NumberofXWJ '取地址編號(hào)MSComm1.OutBufferCount = 0 '情輸出緩沖區(qū)MSComm1.Output = FS(0) '發(fā)送地址幀MSComm1.Settings = "9600,S,8,1" '發(fā)送數(shù)據(jù)MSComm1.Output = FS(1) '7發(fā)送標(biāo)識(shí)符MSComm1.

33、Output = FS(2) '發(fā)送命令MSComm1.Output = FS(3) '發(fā)送命令參數(shù)MSComm1.Output = FS(4) '發(fā)送結(jié)束符MSComm1.RTSEable = True '串口接收使能End Sub3.接收數(shù)據(jù)子程序清單Private Sub MSComm1_OnComm() '串口接收中斷子程序Dim i As Integer '定義字節(jié)變量Dim JS As Variant '定義接收變量Select Case MSComm1.CommEvent '返回通訊事件代碼Case comEvReceive &#