煤礦瓦斯監(jiān)測儀設計.doc

此文檔收集于網(wǎng)絡 如有侵權 請聯(lián)系網(wǎng)站刪除 精品文檔 單片機原理及接口技術單片機原理及接口技術 課程設計 論文 課程設計 論文 題目 題目 煤礦瓦斯監(jiān)測儀設計煤礦瓦斯監(jiān)測儀設計 院 系 院 系 電氣工程學院電氣工程學院 專業(yè)班級 專業(yè)班級 學學 號 號 學生姓名 學生姓名 指導教師 指導教師 簽字 此文檔收集于網(wǎng)絡 如有侵權 請聯(lián)系網(wǎng)站刪除 精品文檔 課程設計 論文 任務及評語課程設計 論文 任務及評語 院 系 電氣工程學院 教研室 注 成績 平時20 論文質(zhì)量60 答辯20 以百分制計算 學 號 學生姓名 專業(yè)班級 課程設計 論文 題目 煤礦瓦斯監(jiān)測儀設計 課程設計 論文 任務 該檢測儀實時監(jiān)測煤礦的瓦斯 當瓦斯?jié)舛瘸^閾值時發(fā)出報警信號 并啟動輸出相 應的開關量信號 可以啟動排風設備 檢測儀由 AC220V 供電 設計任務 設計任務 1 CPU 最小系統(tǒng)設計 包括 CPU 選擇 晶振電路 復位電路 2 傳感器選擇及瓦斯檢測接口電路設計 3 報警電路以及工作電源設計 4 程序流程圖設計及 程序清單編寫 技術參數(shù) 技術參數(shù) 1 瓦斯?jié)舛壬舷逓?3 2 檢測儀的工作電源為 220V 設計要求設計要求 1 分析系統(tǒng)功能 盡可能降低成本 選擇合適的單片機 AD 轉(zhuǎn)換器 輸出電路等 2 應用專業(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 打印設計說明書一份 其中程序開發(fā)要有詳細的軟件設計說明 詳細闡述系統(tǒng)的工作過程 字數(shù)應在 4000 字以上 進度計劃 第 1 天 查閱收集資料 第 2 天 總體設計方案的確定 第 3 4 天 CPU 最小系統(tǒng)設計 第 5 天傳感器選擇及瓦斯檢測接口電路設計 第 6 天報警電路以及工作電源設計 第 7 天 程序流程圖設計 第 8 天 軟件編寫與調(diào)試 第 9 天 設計說明書完成 第 10 天 答辯 指導教師評語及成績 平時 論文質(zhì)量 答辯 總成績 指導教師簽字 年 月 日 此文檔收集于網(wǎng)絡 如有侵權 請聯(lián)系網(wǎng)站刪除 精品文檔 摘 要 隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展 各行各業(yè)對煤炭的需求急劇增加 而各種礦難事 故的發(fā)生 使得煤炭安全生產(chǎn)面臨嚴峻的挑戰(zhàn) 這篇文章就是針對導致礦難頻發(fā) 的瓦斯?jié)舛冗M行監(jiān)控而設計的 本文針對瓦斯的特點 設計出同時監(jiān)測高低濃度的瓦斯系統(tǒng) 全天候不間斷 的對井下瓦斯?jié)舛冗M行監(jiān)測 同時采用聲光報警系統(tǒng) 一旦瓦斯超標 系統(tǒng)立即 提醒正在井下作業(yè)的工人緊急撤離 避免人員傷亡 并且還運用紅外遙控系統(tǒng)來 進行遠程監(jiān)控 設計這種智能傳感器采用閉環(huán)控制來確保采樣的平穩(wěn) 該傳感器以 AT89C51 單片機為核心 包含甲烷濃度采樣器 把 220V 交流電 轉(zhuǎn)換成 5V 直流電源 紅外遙控系統(tǒng) 存儲器擴展 LED 顯示器和報警裝置等組 成 實現(xiàn)對瓦斯的檢測 報警和控制 安全可靠 經(jīng)久耐用 適合各類煤礦瓦斯 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 提高煤炭開采率 為我 國煤炭事業(yè)做出貢獻 關鍵詞 煤礦事故 瓦斯監(jiān)測 AT89C51 此文檔收集于網(wǎng)絡 如有侵權 請聯(lián)系網(wǎng)站刪除 精品文檔 目 錄 第 1 章 緒論 1 1 1 瓦斯監(jiān)測儀概況 1 1 2 本文研究內(nèi)容 2 第 2 章 CPU 最小系統(tǒng)設計 3 2 1 瓦斯監(jiān)測儀總體設計方案 3 2 2 CPU 的選擇 3 2 3 數(shù)據(jù)存儲器擴展 5 2 4 時鐘電路設計 6 2 5 復位電路設計 7 2 6 CPU 最小系統(tǒng)圖 7 第 3 章 瓦斯監(jiān)測儀輸入輸出接口電路設計 8 3 1 瓦斯監(jiān)測儀傳感器的選擇 8 3 1 1 敏感元件的組成及作用 8 3 1 2 熱催化原件的特性 9 3 2 小信號放大電路 11 3 3 瓦斯監(jiān)測儀檢測接口電路設計 12 3 3 1 A D 轉(zhuǎn)換器選擇 12 3 3 2 模擬量檢測接口電路圖 13 3 4 瓦斯監(jiān)測儀輸出接口電路設計 13 第 4 章 瓦斯監(jiān)測儀軟件設計 15 4 1 軟件實現(xiàn)功能綜述 15 4 1 1 主程序流程圖設計 15 4 1 2 模擬量檢測流程圖設計 16 4 1 3 報警裝置流程圖設計 16 4 2 程序清單 17 第 5 章 系統(tǒng)設計與分析 20 5 1 系統(tǒng)原理圖 20 5 2 系統(tǒng)原理綜述 20 第 6 章 課程設計總結(jié) 21 此文檔收集于網(wǎng)絡 如有侵權 請聯(lián)系網(wǎng)站刪除 精品文檔 參考文獻 22 此文檔收集于網(wǎng)絡 如有侵權 請聯(lián)系網(wǎng)站刪除 精品文檔 第 1 章 緒論 1 1 瓦斯監(jiān)測儀概況 在我國煤礦安全事故中 瓦斯爆炸造成的傷亡人數(shù)占所有重大事故傷亡人數(shù) 的70 以上 成為實現(xiàn)安全生產(chǎn)的最大障礙 及時準確地檢測瓦斯含量 在安全 生產(chǎn)中具有重要意義 為了適應現(xiàn)代社會煤礦安全的要求 針對我國中小型煤礦 特別是小型煤礦存在的隱患問題 現(xiàn)代化的 小型的 價格低廉的煤礦安全監(jiān)測 系統(tǒng)的研制勢在必行 它的研制在煤礦安全方面具有舉足輕重的作用 所以設計 一種低成本煤礦瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)是適應我國許多中小型煤礦需求的 煤礦瓦斯是指礦井中主要由煤層氣構(gòu)成的以甲烷為主的有害氣體的總稱 有 時也單獨指甲烷 瓦斯在空氣的體積分數(shù)達到一定的程度 5 12 時 在一 定條件下可與空氣中的氧氣發(fā)生劇烈的化學反應而形成瓦斯爆炸 對煤礦安全構(gòu) 成嚴重威脅 傳統(tǒng)的煤礦瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)大體可以分為兩大部分 井下部分和井上部分 井 下部分主要通過各種檢測設備 各種傳感器 如風量傳感器 負壓 壓力 傳感 器 一氧化碳傳感器和礦用設備開停傳感器等 來采集井下各種氣體的濃度與含 量 井下空氣狀況 設備的運轉(zhuǎn)情況等數(shù)據(jù) 然后通過現(xiàn)場總線將數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄?上 在井上 井下傳上來的數(shù)據(jù)通過專線與煤礦安全管理辦公室服務器和更高一 級安全主管部門服務器連接 服務器上面運行的是監(jiān)控軟件 上面有井下每一個 傳感器的標簽 所顯示的數(shù)據(jù)通過上傳數(shù)據(jù)的改變而不斷刷新 同時 監(jiān)控軟件 還可以對這些數(shù)據(jù)進行匯總 處理 分析和存檔 可以作為相關負責人員決策的 重要依據(jù) 并且監(jiān)控軟件具有超標自動報警功能 用來提示工作人員對設備的故 障或現(xiàn)場瓦斯?jié)舛惹闆r 以及時采取措施 避免重大事件的發(fā)生 煤礦瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)的意義不言而喻 以山西省為例 近幾年 特別是 2006年以來 山西省煤炭系統(tǒng)在黨和各級政府及安全部門的重視下 全省煤礦信 息化工作有了新發(fā)展 取得了新成績 特別是由瓦斯監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)建設所形成的 全省煤礦四級信息網(wǎng)絡平臺 是計算機網(wǎng)絡及信息技術用于瓦斯安全治理的一項 創(chuàng)舉 極大的促進了山西煤炭信息化工作 山西省地方煤礦現(xiàn)有2806座礦井全部 安裝了瓦斯監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng) 已連網(wǎng)運行2671座 這些系統(tǒng)的運用 極大的降低了 煤礦瓦斯事故 此文檔收集于網(wǎng)絡 如有侵權 請聯(lián)系網(wǎng)站刪除 精品文檔 1 2 本文研究內(nèi)容 該檢測儀實時監(jiān)測煤礦的瓦斯 當瓦斯?jié)舛瘸^閾值時發(fā)出報警信號 并啟 動輸出相應的開關量信號 可以啟動排風設備 檢測儀由AC220V供電 本設計主要設計內(nèi)容是 1 CPU最小系統(tǒng)設計 包括CPU選擇 晶振電路 復位電路 2 傳感器選擇及瓦斯檢測接口電路設計 3 報警電路以及工作電源設計 4 程序流程圖設計及 程序清單編寫 此文檔收集于網(wǎng)絡 如有侵權 請聯(lián)系網(wǎng)站刪除 精品文檔 第 2 章 CPU 最小系統(tǒng)設計 2 1 瓦斯監(jiān)測儀總體設計方案 敏 感 元 件 小 信 號 放 大 電 路 A D 轉(zhuǎn) 換 CPU 報警電路 圖2 1 瓦斯監(jiān)測儀原理框圖 在催化元件電源端加上一正電壓 使催化元件開始工作 輸出與甲烷濃度相 對應的電壓信號 此電壓經(jīng)過放大電路放大后 送到A D轉(zhuǎn)換 A D轉(zhuǎn)換電路將 模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號送入CPU CPU對采樣值進行數(shù)值計算 處理后 驅(qū)動顯 示器顯示出被測氣體中的甲烷濃度值 若被測氣體中甲烷濃度超過報警電路預定 的數(shù)值時 報警電路即發(fā)出聲 光報警信號 并啟動輸出相應的開關量信號 可 以啟動排風設備 檢測儀由AC220V供電 2 2 CPU 的選擇 CPU 是監(jiān)控報警儀的核心 完成數(shù)據(jù)采集 處理 輸出 顯示等功能 是整個 儀器正常工作的基礎 它的選擇直接關系到整個系統(tǒng)的工作 選擇通用性強 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 片機兼容 工作電壓為 2 7V 6 OV 具有 32 條可編程 I O 端口 3 個 16 位定時 計數(shù)器 256 8 位內(nèi)部 RAM 內(nèi)帶 8K 字節(jié)快閃 EEPROM 的特點 大大簡化了電路 的設計 此文檔收集于網(wǎng)絡 如有侵權 請聯(lián)系網(wǎng)站刪除 精品文檔 引腳圖如圖 E A V PP 31 X 1 19 X 2 18 R E SE T 9 IN T 0 12 IN T 1 13 T 0 P3 4 14 T 1 P3 5 15 P1 0 1 P1 1 2 P1 2 3 P1 3 4 P1 4 5 P1 5 6 P1 6 7 P1 7 8 P0 0 39 P0 1 38 P0 2 37 P0 3 36 P0 4 35 P0 5 34 P0 6 33 P0 7 32 P2 0 21 P2 1 22 P2 2 23 P2 3 24 P2 4 25 P2 5 26 P2 6 27 P2 7 28 R D P3 7 17 W R P3 6 16 PS E N 29 A L E P 30 T X D 11 R X D 10 V C C 40 V SS 20 89 C 5 1 圖2 2 89C51引腳圖 部分引腳功能說明 RST AT89C51的復位信號輸入引腳 高電位工作 當要對芯片復位時 只 要將此引腳電位提升到高電位 并持續(xù)兩個機器周期以上的時間 AT89C51便能 完成系統(tǒng)復位的各項工作 使得內(nèi)部特殊功能寄存器的內(nèi)容均被設成已知狀態(tài) XTAL1 接外部晶振的一個引腳 在單片機內(nèi)部 它是一反相放大器輸入端 這個放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器 它采用外部振蕩器時 此引腳應接地 XTAL2 接外部晶振的一個引腳 在片內(nèi)接至振蕩器的反相放大器輸出端和 內(nèi)部時鐘發(fā)生器輸入端 當采用外部振蕩器時 則此引腳接外部振蕩信號的輸入 訪問外部程序存儲器選通信號 低電平有效 在訪問外部程序存儲 PSEN 器讀取指令碼時 每個機器周期產(chǎn)生二次 信號 在執(zhí)行片內(nèi)程序存儲器指 PSEN 令時 不產(chǎn)生PSEN 信號 在訪問外部數(shù)據(jù)時 亦不產(chǎn)生信號 PSEN ALE ALE表示允許地址鎖存允許信號 當訪問外部存儲器時 ALE PROG 信號負跳變來觸發(fā)外部的8位鎖存器 如74LS373 將端口P0 的地址總線 A0 A7 鎖存進入鎖存器中 在非訪問外部存儲器期間 ALE引腳的輸出頻率是系統(tǒng)工作 頻率的1 16 因此可以用來驅(qū)動其他外圍芯片的時鐘輸入 P0 P0口 P0 0 P0 7 是一個8位漏極開路雙向輸入輸出端口 當訪問外部數(shù) 據(jù)時 它是地址總線 低8位 和數(shù)據(jù)總線復用 外部不擴展而單片應用時 則 作一般雙向I O口用 P0口每一個引腳可以推動8個LSTTL負載 P2 P2口 P2 0 P2 7 是具有內(nèi)部提升電路的雙向I 0端口 準雙向并行I O口 當訪問外部程序存儲器時 它是高8位地址 外部不擴展而單片應用時 則作一 般雙向I O口用 每一個引腳可以推動4個LSTL負載 P1 P1口 P1 0 P1 7 口是具有內(nèi)部提升電路的雙向I 0端口 準雙向并行I O口 其輸出可以推動4個LSTTL負載 僅供用戶作為輸入輸出用的端口 此文檔收集于網(wǎng)絡 如有侵權 請聯(lián)系網(wǎng)站刪除 精品文檔 P3 P3口 P3 0 P3 7 口是具有內(nèi)部提升電路的雙向I 0端口 準雙向并行I O口 它還提供特殊功能 包括串行通信 外部中斷控制 計時計數(shù)控制及外部隨機存 儲器內(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 0INT P3 3 外部中斷1輸入 低電平有效 1INT P3 4 T0 計數(shù)器0 外部事件計數(shù)輸入端 P3 5 T1 計數(shù)器1 外部事件計數(shù)輸入端 P3 6 外部隨機存儲器的寫選通 低電平有效 WR P3 7 外部隨機存儲器的讀選通 低電平有效 RD 在設計中用到了多片串行通信的芯片 但選用的單片機AT89C51只有一個串 行口 這給連接帶來了極大的麻煩 在設計中 用單片機未用到的普通I O口輔之 控制軟件來模擬串行口工作 從而解決了串行口不夠用的難題 2 3 數(shù)據(jù)存儲器擴展 89C51單片機片內(nèi)有128B的RAM存儲器 在實際應用中僅靠這128B的數(shù)據(jù)存 儲器是遠遠不夠的 這種情況下可利用89C51單片機所具有的拓展功能 拓展數(shù) 據(jù)存儲器 本文利用6264與單片機進行拓展 6264是8K 8位的靜態(tài)隨機存儲器 采用CMOS工藝制造 單一 5電源供電 額定功耗200mW 典型存取時間200ns 為28線雙列直插式封裝 如圖 此文檔收集于網(wǎng)絡 如有侵權 請聯(lián)系網(wǎng)站刪除 精品文檔 D7 18 D6 17 D5 14 D4 13 D3 8 D2 7 D1 4 D0 3 Q7 19 Q6 16 Q5 15 Q4 12 Q3 9 Q2 6 Q1 5 Q0 2 G 11 1 OE OE 22 WE 27 CE1 20 A12 2 A11 23 A10 21 A9 24 A8 25 A7 3 A6 4 A5 5 A4 6 A3 7 A2 8 A1 9 A0 10 I O7 19 I O6 18 I O5 17 I O4 16 I O3 15 I O2 13 I O1 12 I O0 11 VCC 28 CE2 26 GND 14 17 16 P2 7 28 P2 4 25 P2 3 24 P2 2 23 P2 1 22 P2 0 21 P0 7 32 P0 6 33 P0 5 34 P0 4 35 P0 3 36 P0 2 37 P0 1 38 P0 0 39 ALE 30 74LS373 89C51 6264 1k 5V WR RD 5V 圖2 3 89C51與6264的拓展 2 4 時鐘電路設計 片內(nèi)電路與片外器件就構(gòu)成一個時鐘產(chǎn)生電路 CPU的所有操作均在時鐘脈 沖同步下進行 片內(nèi)振蕩器的振蕩頻率非常接近晶振頻率 一般多在 1 2MHz 24MHz之間選取 C1 C2是反饋電容 其值在20pF 100pF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 機器周期 指令周期 s 121 sSm 1 s 4 1 C 1 30 pF C 2 30 pF X T A L 1 X T A L 2 圖2 5 晶振電路圖 此文檔收集于網(wǎng)絡 如有侵權 請聯(lián)系網(wǎng)站刪除 精品文檔 2 5 復位電路設計 復位操作可以使單片機初始化 也可以使死機狀態(tài)下的單片機重新啟動 因 此非常的重要 在時鐘電路工作后 只要在單片機的RESET引腳上出現(xiàn)24個時鐘振蕩脈沖 兩個機器周期 以上的高電平 單片機就可以實現(xiàn)復位 為了保證系統(tǒng)可靠復 位 在設計復位電路時 一般使RESET引腳保持10ms以上的高電平 單片機就可 以可靠的復位 本文采用按鍵復位方式 該方式可以通過按鍵實現(xiàn)復位 按下鍵后 通過R1 和R2形成回路 使RESET端產(chǎn)生高電平 按鍵的時間決定了復位的時間 22 u C A P 10 k R E S2 D 1 41 48 S1 R E SE T 20 0 R E S2 V CC R ST 圖2 4 按鍵復位電路圖 2 6 CPU 最小系統(tǒng)圖 根據(jù)上述4節(jié)圖 形成完整的CPU最小系統(tǒng)圖 此文檔收集于網(wǎng)絡 如有侵權 請聯(lián)系網(wǎng)站刪除 精品文檔 D7 18 D6 17 D5 14 D4 13 D3 8 D2 7 D1 4 D0 3 Q7 19 Q6 16 Q5 15 Q4 12 Q3 9 Q2 6 Q1 5 Q0 2 G 11 1 OE OE 22 WE 27 CE1 20 A12 2 A11 23 A10 21 A9 24 A8 25 A7 3 A6 4 A5 5 A4 6 A3 7 A2 8 A1 9 A0 10 I O7 19 I O6 18 I O5 17 I O4 16 I O3 15 I O2 13 I O1 12 I O0 11 VCC 28 CE2 26 GND 14 74LS373 6264 1k 5V C1 C2 Y1 SW 10 R5 1K R4 200 C4 22 F P2 7 28 P2 6 27 P2 5 26 P2 4 25 P2 3 24 P2 2 23 P2 1 22 P2 0 21 P0 7 32 P0 6 33 P0 5 34 P0 4 35 P0 3 36 P0 2 37 P0 1 38 P0 0 39 ALE 470 XTAL1 19 XTAL2 18 VCC 40 RESET 9 5V C CAP 89C51 圖2 6 CPU最小系統(tǒng)圖 第 3 章 瓦斯監(jiān)測儀輸入輸出接口電路設計 3 1 瓦斯監(jiān)測儀傳感器的選擇 3 1 1 敏感元件的組成及作用 敏感元件是準確檢測甲烷氣體含量的核心元件之一 它由工作元件和補償元 件組成 將這兩個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元 件開始工作 當環(huán)境中無甲烷氣體時 調(diào)整電橋使之輸出為零 當有甲烷氣體時 甲烷氣體以擴散方式進入儀器原測量氣室 內(nèi)部接于橋臂的熱催化元件或熱導元 件發(fā)生氧化 還原反應 引起元件溫度升高 阻值增大 使原來平衡的電橋失去 平衡 輸出與甲烷濃度相對應的電壓信號 測量該電壓信號即可知甲烷濃度 它的基本測試電路圖如圖4 2所示 此文檔收集于網(wǎng)絡 如有侵權 請聯(lián)系網(wǎng)站刪除 精品文檔 R c R p 1K 1K 1K 2 8V m A 圖3 1 敏感元件的基本測試電路 3 1 2 熱催化原件的特性 本文采用的是熱催化式瓦斯監(jiān)測儀傳感器 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測定甲烷濃度 其優(yōu)點是元件和儀器的生產(chǎn)成 本低 輸出信號大 對于1 氣樣 電橋輸出可達15mV以上 處理和顯示都比較 方便 所以儀器的結(jié)構(gòu)簡單 受背景氣體和溫度變化的影響小 容易實現(xiàn)自動檢 測 其缺點是探測元件的壽命較短 不能測高濃度甲烷 硫化氫及硅蒸汽會引起 元件中毒而失效 目前國內(nèi)外檢測甲烷的儀器廣泛采用這一原理 在選擇敏感元件時 主要從以下幾個方面來衡量 1 工作點與工作區(qū)間 元件工作點是指元件的標準工作電壓和電流值 實 際使用中 為了便于組成電橋和選定電橋電流 通常是指一對元件 即一只黑元件 和一只白元件 的標準工作電壓或電流值 在工作點上 元件具有較大的輸出 較 好的穩(wěn)定性和最小的零點飄移 目前國內(nèi)元件的工作點有 直1 2V 2 2V 2 4V 2 8V及320mA等幾種 當元件的工作電壓或工作電流變動時 在同一甲烷濃度下輸出活性大小是不 相同的 只有當工作電壓或工作電流在某一范圍內(nèi)變動時 輸出活性才接近直線 這個電壓或電流的變動范圍稱為元件的工作區(qū)間 區(qū)間越寬越好 目前元件的工 作區(qū)間只能達到標準電壓的 10 2 活性 元件活性是指元件對甲烷氧化燃燒的速率 元件活性高 通過電 橋測量甲烷時 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 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 烷濃度的關系 在0 5 CH4范圍內(nèi) 電橋輸出信號與甲烷濃度呈線性關系 當甲 烷濃度在9 5 處時 曲線出現(xiàn)拐點 以后隨著甲烷濃度的增大 電橋輸出信號不 此文檔收集于網(wǎng)絡 如有侵權 請聯(lián)系網(wǎng)站刪除 精品文檔 斷下降 出現(xiàn)了高濃度和低濃度輸出信號相同現(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儀只能測量低 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 井下電氣設備用的硅油 硅絕緣材料等揮發(fā)物 也會使元件中毒 這主要是 由于硅分子量大 一旦吸附在元件表面 就會阻止甲烷進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數(shù)百倍 經(jīng)過一段時間工作的元件 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 元件在幾十小時內(nèi)活性才會逐步下降到原值附近 以后又保 持穩(wěn)定的活性 這種現(xiàn)象稱為元件被濃甲烷激活 元件的激活特性是一個缺點 因為被激活的元件在一段時間內(nèi)會造成輸出不穩(wěn) 這是在使用中應該加以注意和 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程中 其活性下降到某一規(guī) 定值的時間 7 反應速度 反應速度是工作元件的一個重要指標 特別是當元件應用到各 種運動機械上時 就更為突出 在井下空氣中 當甲烷濃度發(fā)生變化時 元件的反應速度由兩個因素決定 一是元件本身的時間常數(shù) 二是甲烷向元件擴散的速度 元件的時間常數(shù)可由 下式確定 a RITsas E 23 4 式中 元件的時間常數(shù) E 元件的熱容量 a 等效熱導系數(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 此文檔收集于網(wǎng)絡 如有侵權 請聯(lián)系網(wǎng)站刪除 精品文檔 鉑絲電阻溫度系數(shù) a R 通過對上式的分析 可以合理地選擇元件參數(shù) 以提高工作元件的反應速度 本設計中選擇的敏感元件型號為 FWC 2 參數(shù)為 測量介質(zhì) 甲烷 工作電流 直流穩(wěn)壓 工作點 2 8V 175mA 測量范圍 0 4 CH4 穩(wěn)定性 靈敏度變化 0 1 CH4 響應時間 20S 3 2 小信號放大電路 目前有許多型號的單片測量放大器集成芯片可供選擇 因此不再用分立的運 算放大器來構(gòu)成測量放大器 采用單片測量放大器芯片與用分立的運算放大器相 比具有性能優(yōu)異 體積小 結(jié)構(gòu)簡單 成本低的優(yōu)點 在本設計中選擇集成芯片 INA128 儀用放大器 其特點如下 低偏置電壓最大 50 V 低溫度漂移最大 0 5 V 低輸入偏置電流最大 5nA 高共模抵制 CMR 最小 120DB 輸入保護 至 40V 寬電源電壓范圍 2 25 至 18V 低靜態(tài)電流 700 A 8 引腳塑料 DIP 和 SO 8 封裝 電路圖如圖所示 10 0 0 1 F C 0 1 F INO U T R G A 128 V 1 8 5 6 7 4 3 2IN IN 圖3 2 小信號放大電路 此文檔收集于網(wǎng)絡 如有侵權 請聯(lián)系網(wǎng)站刪除 精品文檔 3 3 瓦斯監(jiān)測儀檢測接口電路設計 3 3 1 A D 轉(zhuǎn)換器選擇 因為單片機不能直接接收模擬量信號 所以電壓測量信號 必須通過 A D 轉(zhuǎn) 換后方可以輸入單片機進行處理 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 能對多路模 擬信號進行分時采集和 A D 轉(zhuǎn)換 輸出數(shù)字信號通過三態(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 不必進行零點和滿度調(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鐘頻率 時鐘頻率范圍是 10 1280KHZ 當時鐘 頻率為 500KHZ 時 對應的轉(zhuǎn)換時間為 125uS ra b2 1 21 2 2 20 2 3 19 2 4 18 2 5 8 2 6 15 2 7 14 ts b2 8 17 B O C 7 A D D A 25 A D D C 23 A D D B 24 A L E 22 E N A BL E 9 ST A R T 6 C L O CK 10 IN 0 26 IN 1 27 IN 2 28 IN 3 1 IN 4 2 IN 5 3 IN 6 4 IN 7 5 re f 12 re f 16 A D C 08 09 圖3 3 ADC0809引腳圖 此文檔收集于網(wǎng)絡 如有侵權 請聯(lián)系網(wǎng)站刪除 精品文檔 3 3 2 模擬量檢測接口電路圖 P0 0 39 P0 1 38 P0 2 37 P0 3 36 P0 4 35 P0 5 34 P0 6 33 P0 7 32 P2 0 21 P2 1 22 P2 2 23 P2 3 24 P2 4 25 P2 5 26 P2 6 27 P2 7 28 A LE P 30 RXD 10 TXD 11 PSEN 29 P1 0 1 P1 1 2 P1 2 3 P1 3 4 P1 4 5 P1 5 6 P1 6 7 P1 7 8 IN T1 13 IN T0 12 T1 15 T0 14 EA VPP 17 X 1 19 X 2 18 RESET 9 RD 17 WR 16 LS A T89C51 Q 0 2 Q 1 5 Q 2 6 Q 3 9 Q 4 12 Q 5 15 Q 6 16 Q 7 19 D 0 3 D 1 4 D 2 7 D 3 8 D 4 13 D 5 14 D 6 17 D 7 18 O E 1 LE 11 LS 74LS373 rab2 1 21 2 2 20 2 3 19 2 4 18 2 5 8 2 6 15 2 7 14 1sb2 8 17 ref 16 ref 12 IN 0 26 IN 1 27 IN 2 28 IN 3 1 IN 4 2 IN 5 3 IN 6 4 IN 7 5 EOC 7 A DD A 25 A DD B 24 A DD C 23 A LE 22 ENA BLE 9 START 6 CLO CK 10 LS A DC0809 U N OR U N OR 圖3 4 ADC0809與單片機連接 3 4 瓦斯監(jiān)測儀輸出接口電路設計 報警電路由 NPN 三極管 蜂鳴器 LED 和限流電阻組成 如圖 4 10 所示 由單片機兩個 I 0 口控制聲報警方式和光報警方式 實際應用時 可以通過軟件 設置選擇其中一種報警方式 也可以兩種都選擇 8050 是一種常用的小功率開關三極管 它的最大負載電流為 700mA VCEO 20V 飽和壓降為 0 5V Q1 和 Q2 分別作為蜂鳴器和發(fā)光二極管的驅(qū)動器 蜂鳴器的正常工作為 3V 聲音強度為 80dB 發(fā)光二極管的額定電流為 5 lOmA 當單片機 I O 口信號為高電平時 三極管導通 蜂鳴器發(fā)出報警聲音 發(fā)光二極管則給出光指示信號 其中 R2 R3 和 R1 均為限流電阻 此文檔收集于網(wǎng)絡 如有侵權 請聯(lián)系網(wǎng)站刪除 精品文檔 R3 10K R2 10K R1 470 Q2 8050 Q1 8050 D4 LS1 SPEAKER 3 3V 3 3V 3 3V P1 0 P1 1 圖3 5報警裝置電路圖 此文檔收集于網(wǎng)絡 如有侵權 請聯(lián)系網(wǎng)站刪除 精品文檔 第 4 章 瓦斯監(jiān)測儀軟件設計 4 1 軟件實現(xiàn)功能綜述 該系統(tǒng)軟件主要由主程序 A D 轉(zhuǎn)換子程序和報警子程序等模塊組成 因為 C 語言編寫的軟件易于實現(xiàn)模塊化 生成的機器代碼質(zhì)量高 可讀性強 移植好 1 報警的同時啟動排風裝置 2 比較監(jiān)測到的瓦斯?jié)舛戎抵岛蛨缶O置值 發(fā)現(xiàn)超限則蜂鳴器報警提示流 程圖設計 4 1 1 主程序流程圖設計 主程序功能是將 A D 轉(zhuǎn)換主程序與數(shù)據(jù)處理主程序結(jié)合在一起檢驗數(shù)據(jù)是否 大于閾值 若大于則報警 反之則不報警 主程序流程圖如圖 開 始 讀 取 瓦 濃 度 值 讀 取 成 功 約 定 值 進 行 比 較 是否超限 返 回 發(fā) 送 報 警 信 號 并 啟 動 通 風 N Y 是 否 圖3 5 主程序流程圖 4 1 2 模擬量檢測流程圖設計 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 此文檔收集于網(wǎng)絡 如有侵權 請聯(lián)系網(wǎng)站刪除 精品文檔 5V 的模擬信號轉(zhuǎn)換為對應的數(shù)字量 00H FFH 然后將對應數(shù)值存儲到內(nèi)存單元 程序框圖如圖 開 始 啟 動 ADC0809 并 延 時 100 s 轉(zhuǎn) 換 完 讀 出 A D 轉(zhuǎn) 換 結(jié) 果 結(jié) 果 存 入 內(nèi) 存 單 元 返 回 N Y 圖3 6 A D轉(zhuǎn)換子程序流程圖 4 1 3 報警裝置流程圖設計 系統(tǒng)設定閾值并保存在以 50H 開始的 3 個單元 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 個位放人 52H 中 報警電路分為蜂鳴 器報警電路和 LED 發(fā)光報警電路組成 當輸入端 P3 5 為低電平時 有電流通過 蜂鳴器 蜂鳴器發(fā)出聲音報警 而當輸入端為高電平時不報警 報警子程序執(zhí)行之前 將報警閾值轉(zhuǎn)換為壓縮的 BCD 碼并存放在兩個存儲 單元中 傳感器輸入值 A D 轉(zhuǎn)換后 調(diào)用比較程序 經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后顯示的測量 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的 P3 5 口 清零進行聲光報警 40H 4lH 42H 單元存放 A D 轉(zhuǎn)換后 并進行十進制轉(zhuǎn)換后 的結(jié)果 40H 和 50H 分別存放的是處理后的測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量值與閾值的個位的壓縮 BCD 碼 程序首 先對 40H 50H 中的值進行比較大小 如果 40H 中的值大于 50H 中的值 則進行 此文檔收集于網(wǎng)絡 如有侵權 請聯(lián)系網(wǎng)站刪除 精品文檔 報警 依此類推 比較 41H 和 51H 42H 和 52H 程序框圖如圖 4 3 開 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 報警 Y N Y N Y N Y Y N N 圖3 7 報警子程序流程框圖 4 2 程序清單 1 初始化子程序清單 Private Sub Form Load0 窗體過程 設置串口屬性 MSComm1 CommPort 1 設置串口 1 MSComm1 Settings 9600 n 8 1 以字符串形式設置或返回波特率等參數(shù) MSComm1 inputLen 0 用 input 可讀出整個接收緩沖區(qū)中的內(nèi)容 MSComm1 RThreshold 1 每當接收到一個數(shù)據(jù)時就引發(fā) OnComm 事件 此文檔收集于網(wǎng)絡 如有侵權 請聯(lián)系網(wǎng)站刪除 精品文檔 MSComm1 inBufferCount 0 清空接收緩沖區(qū) MSComm1 OutBufferCount 0 清空發(fā)送緩沖區(qū) MSComm1 inBufferSize 1024 設置接收緩沖區(qū)大小為 1024 個字符 MSComm1 OutBufferSize 1024 設置發(fā)送緩沖區(qū)大小為 1024 個字符 MSComm1 RThreshold 1 當緩沖區(qū)每接收到 1 個字符就引發(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 機發(fā)送命令 MSCornm1 inputMode comInputModeBinary 接收二進制數(shù)據(jù) If MSComm1 PortOpen False Then MSComm1 PortOpen True 打開串口 1 End if End Sub 2 發(fā)送命令子程序清單 Private Sub Timer1 Timer 定時器定時發(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 初始化下位機地址編號 NumberofXWJ 1 End If NumberofXWJ NumberofXWJ 1 從 0 號下位機開始發(fā)采集命令 If MSComm1 PortOpen True Then 打開串口 MSComm1 PortOpen False End If MSComm1 Settings 9600 d 8 1 發(fā)送地址 FS 0 NumberofXWJ 取地址編號 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)送標識符 MSComm1 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 Sub 3 接收數(shù)據(jù)子程序清單 此文檔收集于網(wǎng)絡 如有侵權 請聯(lián)系網(wǎng)站刪除 精品文檔 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 緩沖區(qū)接收到信息 JS MSComm1 Input 接收數(shù)據(jù) i i i 變量遞增 If i 21 Then Textl Text JS 顯示數(shù)據(jù) i 0 變量清零 Else MSComm1 InBufferCount 0 清輸入緩沖區(qū) MSComm1 RTSEnable False 發(fā)送使能 End If End Select End Sub 此文檔收集于網(wǎng)絡 如有侵權 請聯(lián)系網(wǎng)站刪除 精品文檔 第 5 章 系統(tǒng)設計與分析 5 1 系統(tǒng)原理圖 P0 0 39 P0 1 38 P0 2 37 P0 3 36 P0 4 35 P0 5 34 P0 6 33 P0 7 32 P2 0 21 P2 1 22 P2 2 23 P2 3 24 P2 4 25 P2 5 26 P2 6 27 P2 7 28 ALE P 30 RXD 10 TXD 11 PSEN 29 P1 0 1 P1 1 2 P1 2 3 P1 3 4 P1 4 5 P1 5 6 P1 6 7 P1 7 8 INT1 13 INT0 12 T1 15 T0 14 EA VPP 17 X1 19 X2 18 RESET 9 RD 17 WR 16 U1 AT89C51 rab2 1 21 2 2 20 2 3 19 2 4 18 2 5 8 2 6 15 2 7 14 1sb2 8 17 BOC 7 ADD A 25 ADD C 23 ADD B 24 ALE 22 ENABLE 9 START 6 CLOCK 10 IN 0 26 IN 1 27 IN 2 28 IN 3 1 IN 4 2 IN 5 3 IN 6 4 IN 7 5 ref 16 ref 12 DS ADC0809 WD0 8 RS1 7 WD1 6 PF0 5 NR 1 V