【正文】 ............................................ 24 軟件設(shè)計(jì)總述 .................................................................................................. 24 開發(fā)軟件的選擇 .............................................................................................. 24 軟件功能實(shí)現(xiàn) .................................................................................................. 25 主程序流程圖 ........................................................................................... 25 軟件模擬 SPI接口 ................................................................................... 26 通過 A/D TLC1549讀取數(shù)據(jù) ................................................................. 27 結(jié) 論 .......................................................................................................................... 29 致 謝 ............................................................................................................................ 30 參考文獻(xiàn) ...................................................................................................................... 31 附 錄 .......................................................................................................................... 32 成都理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 第 1 章 前 言 對(duì)礦井開采的相關(guān)資料查閱和煤礦安全相關(guān)信息的整理之后發(fā)現(xiàn)，瓦斯礦井在我國煤礦生產(chǎn)礦井中所占比重很大，隨著礦井開采強(qiáng)度和深度的增加，瓦斯涌出量也在不斷增加，瓦斯的積聚極其容易引起事故，所以及時(shí)掌握煤礦井下瓦斯動(dòng)態(tài)情況是一件十分重要的工作。瓦斯?jié)舛葯z測(cè)儀器就是用來監(jiān)視礦井瓦斯?jié)舛葎?dòng)態(tài)變化的有效工具。因此 ,選擇瓦斯?jié)舛葯z測(cè)儀器作為畢業(yè)設(shè)計(jì)課題。鑒于瓦斯在礦井中存在的普遍性及其可能造成災(zāi)害的嚴(yán)重性，瓦斯?jié)舛?檢測(cè)儀器在煤礦是數(shù)量最多，使用最普遍，而且也是煤炭系統(tǒng)研制種類最多的儀器。 瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測(cè)儀概況及研究必要性 煤礦生產(chǎn)是地下作業(yè)，自然條件和生產(chǎn)條件都復(fù)雜，在采掘過程中出現(xiàn)的瓦斯涌出、煤塵飛揚(yáng)、自然發(fā)火等都有可能造成嚴(yán)重事故。為了防止事故發(fā)生，保障礦工的健康和安全，促進(jìn)生產(chǎn)發(fā)展，提高煤炭企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，需要對(duì)井下的生產(chǎn)環(huán)境進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)可能造成災(zāi)害事故的各種有害氣體及礦塵進(jìn)行及時(shí)而準(zhǔn)確的檢測(cè)和嚴(yán)格控制，這就需要有瓦斯?jié)舛葯z測(cè)儀這樣的儀器。 最初，人們?yōu)榱朔乐咕驴諝庵谢煊幸谎趸荚斐芍卸臼鹿剩褂眠^ 金絲雀一類的小動(dòng)物來進(jìn)行檢測(cè)。 1815 年英國人在煤礦井下開始使用安全火焰燈檢測(cè)瓦斯。 1897 年瑞典制成第一臺(tái)容積壓力式瓦斯?jié)舛葴y(cè)量?jī)x。隨著礦井開采深度的增大，機(jī)械化和綜合機(jī)械采煤的普遍推廣和儀表工業(yè)及電子技術(shù)的發(fā)展，瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測(cè)儀也得到了不斷的發(fā)展。 1927年日本制造成光干涉原理瓦斯監(jiān)測(cè)儀，以后又陸續(xù)出現(xiàn)熱導(dǎo)、熱催化原理、氣敏半導(dǎo)體等各種不同原理的瓦斯監(jiān)測(cè)儀，其測(cè)量精度不斷提高，檢測(cè)方式從 “間斷 ”、 “就地 ”檢測(cè)發(fā)展到 “連續(xù) ”、 “集中自動(dòng) ”遙測(cè)。特別是隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，一套監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，除能檢測(cè)高低濃度瓦斯外，還可測(cè)一氧化碳、氧、氫的濃度，氣溫，風(fēng)速等等。同時(shí)還能對(duì)井下設(shè)備的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。如英國 DYNSLINKMINOS 系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)容量為 986 個(gè)模擬量， 896個(gè)開關(guān)量，傳輸距離為 131n。在地面中心站一般都配有用來進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理的計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、顯示器、控制臺(tái)和模擬盤等。譬如當(dāng)井下某測(cè)點(diǎn)的瓦斯?jié)舛瘸迺r(shí)，能發(fā)出聲、光報(bào)警信號(hào)，切斷該測(cè)點(diǎn)附近的電源。作為間斷成都理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 方式檢測(cè)的攜帶式儀器，也隨著測(cè)試技術(shù)的飛速發(fā)展及多功能集成電路的出現(xiàn)，檢測(cè)元件的性能不斷提高而實(shí)現(xiàn)了單機(jī)分級(jí)報(bào)警，數(shù)碼顯示，自動(dòng)校正，電源監(jiān)視和故 障指示等功能。而且操作簡(jiǎn)單，維修量小，體積小。 解放前我國煤炭工業(yè)技術(shù)十分落后，瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測(cè)儀更是屬于空白。解放后，黨和政府對(duì)安全工作極為重視，煤礦安全狀況及勞動(dòng)條件得到了很大的改善，瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測(cè)儀從無到有地發(fā)展起來在儀器的研究、生產(chǎn)制造方面，多年來投入了很大的力量，形成了以撫順、重慶、西安、常州、上海等地為中心的生產(chǎn)基地，除生產(chǎn)大量的通風(fēng)安全儀器和救護(hù)設(shè)備外，從 1980 年起，先后從波蘭、英國、美國和西德等地引進(jìn)了多種形式的煤礦安全監(jiān)測(cè)儀和生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)，在引進(jìn)消化的基礎(chǔ)上，我國也研制了一批安全監(jiān)測(cè)儀，如常州 煤研所的 KJl 型，北京長(zhǎng)城科學(xué)儀器廠的 KJ4 型，重慶煤礦安全儀器廠的 TF200 型和 AWJ80 型，西安儀表廠的 MJC100型，撫順煤礦安全儀器廠的 AU1型，總參 6904廠的 WDJ1型和鎮(zhèn)江煤礦專用設(shè)備廠的 A1 型等安全監(jiān)控系統(tǒng)來裝備礦井。其中 KJ4 型的系統(tǒng)容量為 1536個(gè)，傳輸距離為 13 m。所有這些成就，表明我國的安全監(jiān)測(cè)儀器的研制和裝備進(jìn)入了新的水平。但是目前瓦斯監(jiān)測(cè)傳感器的種類和質(zhì)量與國際水平的差距還較大，這是需要解決的問題。 從我國煤炭生產(chǎn)的現(xiàn)狀及我國能源結(jié)構(gòu)戰(zhàn)略規(guī)劃均可看出，在本世紀(jì)中葉以前 ，煤炭仍是支持我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要能源，煤炭生產(chǎn)，作為我國能源工業(yè)的支柱，其地位將是長(zhǎng)期的，穩(wěn)定的，但是煤炭工業(yè)的安全生產(chǎn)狀況卻不容樂觀，中小型煤礦的情況尤為嚴(yán)重，已經(jīng)直接威脅到整個(gè)煤炭工業(yè)的穩(wěn)定生產(chǎn)，給國家財(cái)產(chǎn)和人民生命造成了很大的損失，作為 “萬惡之首 ”的瓦斯爆炸事故更是重大事故發(fā)生率之首。僅 2020 年上半年，山西又接連發(fā)生了多起瓦斯爆炸事故，事故的結(jié)果觸目驚心，因此通過提高瓦斯監(jiān)測(cè)監(jiān)控水平，已經(jīng)成為中小型煤礦確保安全生產(chǎn)最迫切的任務(wù)之一。 國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 煤礦生產(chǎn)中瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測(cè)系統(tǒng) 是目前為止實(shí)際工作中最重要和最有效的自動(dòng)化手段，已經(jīng)裝備監(jiān)控系統(tǒng)的煤礦的瓦斯事故發(fā)生率大為下降，實(shí)踐證明，瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)保障煤礦安全生產(chǎn)，提高煤礦生產(chǎn)率，提高煤礦自動(dòng)化程度以及促進(jìn)煤礦管理現(xiàn)代化水平，都有著舉足輕重的作用。 成都理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測(cè)系統(tǒng)雖在國內(nèi)已有生產(chǎn)和應(yīng)用，但還沒有一種真正適合于中小型煤礦使用的產(chǎn)品，我國從八十年代初期開始引進(jìn)煤礦生產(chǎn)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，歷經(jīng)了直接引進(jìn)、消化吸收、仿制配套、自主開發(fā)的過程，但迄今為止的產(chǎn)品大多都是面對(duì)大型礦井設(shè)計(jì)的，而且自身尚有一些有待解決的問題，如： ? 造價(jià)高，系統(tǒng)最基本 的配置過于龐大，運(yùn)行費(fèi)用大 ? 傳感器測(cè)量穩(wěn)定性差，調(diào)校頻繁，壽命短 ? 系統(tǒng)安裝、維護(hù)復(fù)雜，操作不便，人機(jī)界面較差 ? 系統(tǒng)設(shè)備可靠性差 ? 必須依賴專業(yè)的維護(hù)隊(duì)伍，對(duì)人員技術(shù)、素質(zhì)有較高的要求 國外的瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測(cè)技術(shù)理論上講高于國內(nèi)發(fā)展水平，但應(yīng)用于國內(nèi)煤礦尚有一定的局限性，如煤礦管理模式生產(chǎn)方式的不同，價(jià)格過高不適于國內(nèi)煤礦現(xiàn)有條件，除在傳感器技術(shù)方面可供借鑒外，其它僅具一定的參考價(jià)值。 研究目的與研究?jī)?nèi)容 由前文可知，開發(fā)研制適用于中小型煤礦的瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測(cè)系統(tǒng)的任務(wù)迫在眉睫，而根據(jù)我國煤礦生產(chǎn)模式，設(shè)計(jì)一 種便攜式的方便易用的瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測(cè)儀，在煤礦巷道之中使用，實(shí)時(shí)的提供當(dāng)前環(huán)境中的瓦斯?jié)舛惹闆r，并在瓦斯?jié)舛冗^高時(shí)報(bào)警，可以大大的提高煤礦生產(chǎn)的安全程度。因此，瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測(cè)儀對(duì)于許多缺乏安全設(shè)施的中小型煤礦是十分必要的。 對(duì)于瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測(cè)儀的設(shè)計(jì)，主要研究?jī)?nèi)容在于以下幾個(gè)方面： ? 比較各種瓦斯?jié)舛葌鞲衅鞯男阅軈?shù)，選擇適合的傳感器。 ? 傳感器外圍電路的設(shè)計(jì)以及微處理器的選擇。 ? 確定對(duì)于濃度的顯示和報(bào)警方式，并完成整個(gè)硬件電路的設(shè)計(jì)。 ? 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，并完成具體程序，實(shí)現(xiàn)功能。 成都理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 第 2 章 基本理論 對(duì)于瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測(cè)儀 來說，信號(hào)處理和響應(yīng)部分已經(jīng)有了較為合理、成熟的設(shè)計(jì)，因此設(shè)計(jì)的核心在于根據(jù)需要確定儀器所需要達(dá)到的性能指標(biāo)，并根據(jù)性能指標(biāo)來選擇可以達(dá)到精度要求并且具有一定性價(jià)比的瓦斯?jié)舛葌鞲衅?。顯然，對(duì)于瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測(cè)儀器的工作環(huán)境的定位和瓦斯傳感器的選擇變得尤為重要。 儀器的基本性能 瓦斯?jié)舛缺O(jiān)控系統(tǒng)是用來檢查測(cè)量礦井安全狀況的物質(zhì)手段。什么是測(cè)量呢 ?測(cè)量是人們對(duì)自然界的客觀事物取得數(shù)量觀念的一種認(rèn)識(shí)過程。在這一過程中，借助于專門的技術(shù)工具，通過實(shí)驗(yàn)方法，求出以所采用的測(cè)量單位表示的未知量的數(shù)值大小。測(cè)量的目 的是為了在限定的時(shí)間內(nèi)盡可能正確地收集被測(cè)對(duì)象未知信息，以便掌握被測(cè)對(duì)象的參數(shù)及控制生產(chǎn)過程。例如，在采煤機(jī)上安裝彩燈機(jī)瓦斯斷電控制儀。它不僅可以連續(xù)監(jiān)測(cè)采煤機(jī)附近風(fēng)流的瓦斯?jié)舛?，而且在瓦斯?jié)舛瘸迺r(shí)還可發(fā)出聲、光報(bào)警信號(hào)，確保生產(chǎn)安全。 評(píng)價(jià)測(cè)量?jī)x器品質(zhì)的指標(biāo)是多方面的。儀器的基本性能，主要是衡量?jī)x器測(cè)量能力的一些指標(biāo)，如精確度、穩(wěn)定性、測(cè)量范圍、動(dòng)態(tài)范圍等。但工作可靠性、經(jīng)濟(jì)性也很重要，這些因素在很大程度上影響儀器的使用。 精確度 。即對(duì)某一穩(wěn)定 的被測(cè)量，在相同的規(guī)定工作條件下，由同一測(cè)量者用同一儀器在相當(dāng)短的時(shí)間內(nèi)按同一方法連續(xù)重復(fù)測(cè)量多次，其測(cè)量示值的不一致程度。不一致程度愈小，說明測(cè)量愈精密。例如某溫度儀表精密度為 ，意即用該儀表測(cè)量溫度時(shí)其不一致程度不會(huì)大于 。但精密不一定準(zhǔn)確。 。 （簡(jiǎn)稱精度）是測(cè)量的精密與準(zhǔn)確程度的綜合反映。要使儀器的精度高，還必須使其準(zhǔn)確度高才行。在工程測(cè)試中，為了簡(jiǎn)單表示儀器測(cè)量結(jié)果的可靠程度，引入一個(gè)儀器精度等級(jí)的概念，用 A 表示。 A 以一系列標(biāo) 準(zhǔn)百分比數(shù)值進(jìn)行分檔。這個(gè)數(shù)值通常是儀器在規(guī)定條件下，其最大絕對(duì)允許誤差值相對(duì)成都理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 于儀器測(cè)量范圍的百分?jǐn)?shù)，即 : m axm ax m in 100%gA XX???? （ 11） 式中 : maxg? 為儀器在全刻度范圍內(nèi)的最大絕對(duì)允許誤差， maxX ， minX 為測(cè)量范圍的上、下限值， A 為 儀器的精度等級(jí)。 工業(yè)檢測(cè)用的儀器的精度等級(jí)值約為 110? ～ 。 穩(wěn)定性 穩(wěn)定性是指儀器的性能在工作條件保持恒定的情況下，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)保持不變的能力。它用精密度的數(shù)值和觀測(cè)時(shí)間長(zhǎng)短一起來表示。例如，某儀表 24小時(shí)內(nèi)示值變化幅度達(dá) 1. 3mV，則該儀表的穩(wěn)定度為 。 影響系數(shù) 儀器由于室溫、大氣壓、振動(dòng)等外部狀態(tài)變化及電源電壓、工作條件變化對(duì)示值的影響統(tǒng)稱為環(huán)境影響，為儀器在校準(zhǔn)時(shí)都規(guī)定有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)工作條件，用影響系數(shù)表 示。但在實(shí)際使用該儀器時(shí)又很難達(dá)到這個(gè)要求。影響系數(shù)是用示值變化值與影響量變化值之比來表示。例如某壓力表的溫度影響系數(shù)為 2Pa/℃ 即溫度每變化 10℃ 就會(huì)引起壓力表示值變化 2Pa。 量程 量程 B 是指測(cè)量上限值與下限值之差，即儀表刻度盤上的上限值 maxX 減去下限值 minX ，其表達(dá)式為 minmax XX ??? 。通常儀表的 min 0X ? 。但在整個(gè)測(cè)量范圍內(nèi)儀表提供被 測(cè)量信息的可靠程度并不相同，一般在儀表的上、下限值附近的測(cè)量誤差較大，故不宜在該區(qū)使用。這樣，更確切的量程概念應(yīng)定為 :在工作量程內(nèi)的相對(duì)誤差應(yīng)該不超過某個(gè)設(shè)定值。 量程用絕對(duì)值 B 來表示時(shí)，各類不同儀表之間便無法比較，所以常用量程比 D作為量程的指標(biāo)，即 m a xm i nXD X????? 滿 足 的 測(cè) 量 上 限 值滿 足 的 測(cè) 量 下 限 值 （ 12） 可靠性 可靠性是指儀器對(duì)規(guī)定的條件在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成所要求功能的能力。儀器的成都理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 可靠性可用平均無故障工作時(shí)間 MTBF 來表征。它是儀器連續(xù)運(yùn)行時(shí)發(fā) 生一次故障的時(shí)間間隔的平均值。假設(shè)某儀器在 90000小時(shí)的運(yùn)行中發(fā)生了 12次故障，則該儀器的 MTBF為 7500小時(shí)。 瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測(cè)報(bào)警儀的發(fā)展已經(jīng)歷了三個(gè)階段：模擬儀器、數(shù)字式儀器以及目前的智能儀器?；趩纹瑱C(jī)的瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測(cè)報(bào)警儀即為一種智能儀器，因?yàn)榫蛢x器本身來講，無論數(shù)據(jù)的采集還是