【正文】 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題 目： 基于單片機(jī)的智能瓦斯檢測(cè)儀設(shè)計(jì) 院 系： 陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院 專業(yè)班級(jí)： 電氣 104 班 指導(dǎo)教師： 孟卓 學(xué)生姓名： 張健 學(xué) 號(hào)： 100433415 陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 摘 要 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，各行各業(yè)對(duì)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(yán)峻的挑戰(zhàn)。在這些礦難中絕大部分是由于瓦斯爆炸所引起的，而瓦斯要達(dá)到爆炸極限的最重要條件是瓦斯?jié)舛瘸蓿阅軐?shí)時(shí)對(duì)瓦斯?jié)舛鹊谋O(jiān)控可以大量減少礦難。但是現(xiàn)有的一些瓦斯傳感器不僅價(jià)格昂貴而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且對(duì)于井下瓦斯?jié)舛鹊谋O(jiān)測(cè)和報(bào)警存在一定的局限性，安全系數(shù)不高。因此開(kāi)發(fā)智能的瓦斯傳感器是現(xiàn)在煤礦行業(yè)的迫切需求。 瓦斯傳感器是用于檢測(cè)瓦斯?jié)舛鹊闹饕獌x器，本設(shè)計(jì)的瓦斯傳感器其基于的思想就是要開(kāi)發(fā)精度高、可靠性強(qiáng)、同時(shí)易于控制并且要大大降低成本，因此對(duì)于礦井的未來(lái)發(fā)展具有重要意義。 該瓦斯傳感器硬件部分以 AT87C552 單片機(jī)為核心，包括檢測(cè)電路、報(bào)警電路、顯示電路、電源電路和紅外遙控電路等，通過(guò)對(duì)該傳感器進(jìn)行軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)瓦斯?jié)舛鹊臋z測(cè)、報(bào)警、顯示和控制。安全可靠，經(jīng)久耐用，適合多種礦井瓦斯的監(jiān)控，可以大大降低煤礦事故的發(fā)生。 關(guān)鍵詞 ： 瓦斯； AT87C552；變流瓦斯檢測(cè) 陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 目 錄 1 緒論 .................................................................... 1 引言 ................................................................ 1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介 ............................................................ 2 2 系統(tǒng)原理介紹 ............................................................ 3 變流瓦斯檢測(cè)方法的原理 .............................................. 3 變流瓦斯檢測(cè)方法的基本思想 ...................................... 3 變流瓦斯檢測(cè)方法的原理 .......................................... 4 變流瓦斯檢測(cè)電路簡(jiǎn)介 ................................................ 7 恒溫控制信號(hào)取樣電路 ............................................ 7 鋸齒波發(fā)生電路 .................................................. 8 電壓比較電路 .................................................... 9 脈沖電壓穩(wěn)幅電路 ............................................... 10 3 整體硬件介紹 ........................................................... 11 87C552 簡(jiǎn)介 ......................................................... 11 概述 ...................................................... 11 主要特性 ....................................................... 12 管腳說(shuō) 明 ....................................................... 13 單片機(jī)復(fù)位 ..................................................... 15 振蕩器特性 ..................................................... 16 芯片擦除 ....................................................... 17 顯示電路簡(jiǎn)介 ....................................................... 20 顯示器工作原理 ............................................... 20 顯示器概述及特點(diǎn) ............................................. 21 液晶顯示電路 ................................................... 22 其它部分元件簡(jiǎn)介 ................................................... 30 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 6264 ................................................. 31 程序存儲(chǔ)器 2764 ................................................. 32 其它部分電路簡(jiǎn)介 ................................................... 34 聲光報(bào)警電路 ................................................... 34 紅外遙控電路 ................................................... 35 電源電路 ....................................................... 37 4 軟件設(shè)計(jì) ............................................................... 41 陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 主流程圖 ........................................................... 41 各子流程圖 ......................................................... 43 總結(jié) ..................................................................... 47 致 謝 .................................................................. 48 參考文獻(xiàn) ................................................................. 49 附錄：電氣設(shè)備常用基本文字符號(hào) ........................................... 50 陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 1 1 緒論 隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，對(duì)煤炭需求量也越來(lái)越大，這就使得煤礦的安全生產(chǎn)面臨著一個(gè)十分嚴(yán)峻的問(wèn)題。煤礦礦難事故屢屢發(fā)生，造成的原因有很多，其中不少是因?yàn)橥咚贡ㄒ鸬?。為了防止瓦斯?炸事故的發(fā)生，除了加強(qiáng)井下作業(yè)人員的管理，改善井下的作業(yè)環(huán)境外，還需要精確可靠適用范圍廣的瓦斯傳感器。 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(shí)也單獨(dú)指甲烷。瓦斯在空氣的體積分?jǐn)?shù)達(dá)到一定的程度（ 5%～ 12%）時(shí)，在一定條件下可與空氣中的氧氣發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)而形成瓦斯爆炸，對(duì)煤礦安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。 我國(guó)礦井瓦斯監(jiān)控技術(shù)經(jīng)歷了從簡(jiǎn)單到復(fù)雜、從低水平到高水平的發(fā)展過(guò)程。從新中國(guó)成立初期到 20世紀(jì) 70 年代，煤礦下井人員主要使用光學(xué)瓦斯檢定儀、風(fēng)表等攜帶式儀器檢測(cè)井下環(huán)境參數(shù)。 20世紀(jì) 60年代初期，我國(guó)開(kāi)始研制載體催化元件，隨著敏感元件制造水平的提高和電子技術(shù)的發(fā)展，特別是大規(guī)模集成電路、微型計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，使監(jiān)控技術(shù)進(jìn)入了新的發(fā)展時(shí)期。 20世紀(jì) 70年代瓦斯斷電儀問(wèn)世，裝備在采掘工作面、回風(fēng)港道等井下固定地點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)瓦斯的自動(dòng)連續(xù)檢測(cè)及超限自動(dòng)切斷被控制設(shè)備的電源。隨后，陸續(xù)研制了便攜式瓦斯監(jiān)控檢測(cè)報(bào)警儀、瓦斯報(bào)警礦燈。 1983年至 1985 年，從歐美國(guó)家先后引進(jìn)了數(shù)十套監(jiān)控系統(tǒng)及配套的傳感器和便攜式儀器裝備煤礦礦井，并相應(yīng)地引進(jìn)了部分監(jiān)控系統(tǒng)、傳感器和敏感元件制造技，由此推動(dòng)了我國(guó)礦井 安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展。 1983 年以后，國(guó)內(nèi)有多種型號(hào)礦井監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)了技術(shù)鑒定，逐步實(shí)現(xiàn)了對(duì)煤礦礦井安全、生產(chǎn)多種參數(shù)的連續(xù)監(jiān)測(cè)、監(jiān)控、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)處理。近幾年，隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)明和應(yīng)用，特別是網(wǎng)絡(luò)和信息化建設(shè)的不斷發(fā)展，給瓦斯治理提供了機(jī)遇條件，煤礦瓦斯監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。這些裝備和系統(tǒng)的推廣與應(yīng)用，豐富了我國(guó)煤礦安全監(jiān)控 產(chǎn)品的市場(chǎng)，改善了煤礦安全技術(shù)裝備的面貌，縮小了我國(guó)與國(guó)外先進(jìn)技術(shù)水平的差距。 雖然現(xiàn)在在采煤方面科學(xué)技術(shù)和材料設(shè)備有了最大改進(jìn)，但頻繁發(fā)生諸如瓦斯爆炸、煤與瓦斯突出、礦井突水等重 特大事故。針對(duì)煤礦安全生產(chǎn)中的共性、關(guān)鍵性和前瞻性的技術(shù)問(wèn)題，以煤礦事故因素 —— 瓦斯、粉塵、水災(zāi)、等為重點(diǎn)研究對(duì)象，加強(qiáng)科技攻關(guān)，提高對(duì)煤礦主要災(zāi)害的識(shí)別能力、監(jiān)測(cè)預(yù)警能力、防治與控制能力是當(dāng)前煤礦生產(chǎn)的首要任務(wù)。煤礦安全裝備是防治煤礦事故的重要手段，在防治災(zāi)害事故中發(fā)揮了陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 2 重要作用，但目前仍有許多裝備存在適應(yīng)性不強(qiáng)、可靠性差的問(wèn)題 。 由于現(xiàn)在井下常用瓦斯傳感器有以下的缺點(diǎn)： 1. 觸媒有壽命限界。不同的環(huán)境劣化程度不一樣，壽命也不一定，但可推定其概略值。 2. 觸媒種類中有因水分引起急速劣化的，各廠商的產(chǎn)品 不一樣，要根據(jù)預(yù)定使用場(chǎng)所做一番調(diào)查再?zèng)Q定。 3. 超過(guò)爆發(fā)上限 (HEL)濃度的瓦斯無(wú)法燃燒而使輸出減少。使用于此種地反易發(fā)生危險(xiǎn)要特別注意。 給予目前現(xiàn)狀考慮開(kāi)發(fā)新型瓦斯傳感器不僅有利于提高工作效率節(jié)約成本、更加有利于保障了礦井安全。 本設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)的瓦斯檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)以單片機(jī) AT87C552 為核心，包含甲烷濃度采樣器、把 220V 的交流電轉(zhuǎn)換成 5V的直流電源、紅外遙控系統(tǒng)、存儲(chǔ)器的擴(kuò)展、 LCD 顯示器和報(bào)警裝置等組成。該傳感器可以有效的監(jiān)測(cè)井下低濃及高濃瓦斯，試用范圍非常廣泛。監(jiān)測(cè) 到的信息傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)，經(jīng)單片機(jī)處理后發(fā)出指令，如果瓦斯超過(guò)規(guī)定值，傳感器可以立即發(fā)出聲光報(bào)警并自動(dòng)發(fā)出執(zhí)行指令以降低瓦斯?jié)舛取? 該傳感器可有效的降低瓦斯事故發(fā)生率，結(jié)構(gòu)靈活，擴(kuò)展性強(qiáng)，具有較高的性價(jià)比，AT87C552 的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了電子硬件設(shè)計(jì)的 “ 軟件化 ” ，大大的提高了系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力，非常實(shí)用于各種大小煤礦井下瓦斯的監(jiān)測(cè)監(jiān)控，性能優(yōu)良，經(jīng)久耐用，可靠性高。陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 3 2 系統(tǒng)原理介紹 單 片 機(jī)存 儲(chǔ) 器數(shù) 據(jù) 顯 示紅 外 遙 控信 號(hào) 輸 出電 壓 比 較 器瓦 斯 檢 測(cè) 電 路脈 寬 控 制 電 路鋸 齒 波 發(fā) 生 器信 號(hào) 適 配 通 道穩(wěn) 幅 電 路聲 光 報(bào) 警 圖 21 原理框圖 變流瓦斯檢測(cè)方法的原理 變流 瓦斯檢測(cè)方法的基本思想 為了解決上節(jié)所提到催化傳感器存在的問(wèn)題，就必須拋開(kāi)連續(xù)電流供電的傳統(tǒng)方法，以保證測(cè)量元件與參比元件溫度永遠(yuǎn)相等，設(shè)計(jì)出真正的恒溫檢測(cè)橋路。 實(shí)現(xiàn)方法是通過(guò)一個(gè)硬件電路構(gòu)成的閉環(huán)反饋系統(tǒng)，強(qiáng)迫檢測(cè)元件與參比元件保持在平衡狀態(tài)，使測(cè)量元件工作在恒溫狀態(tài)下。該檢測(cè)環(huán)路使測(cè)量元件的溫度與參比元件的溫度進(jìn)行比較，當(dāng)環(huán)境中的 CH4 氣體在測(cè)量元件表面燃燒時(shí)，測(cè)量元件的溫度將很快上升使電橋失去平衡，硬件電路構(gòu)成的閉環(huán)反饋系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到偏移信號(hào)后，輸出控制脈沖信號(hào)，將已經(jīng)偏移的橋路 “ 矯正 ” 回來(lái)，使回路周而 復(fù)始地工作在偏移 /校正的振蕩之中。測(cè)量元件的溫度是以微小的鋸齒波形狀的軌跡在恒溫區(qū)波動(dòng)，如圖 22所示： 陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 4 圖 22 傳統(tǒng)的檢測(cè)橋路與恒溫橋路的濃度溫度特性曲線 這個(gè)波動(dòng)的溫差很小，只有零點(diǎn)幾度的差別，基本上可以認(rèn)為參比元件和測(cè)量元件的溫度是相等的。這種方法保證了在任何 CH4 濃度下，測(cè)量元件的溫度不變，徹底有效地杜絕了高濃 CH4 的燃燒，大大延長(zhǎng)了催化元件的使用壽命，也使儀器的零點(diǎn)穩(wěn)定性、精度穩(wěn)定性得到了的提高。 本研究所研制的脈沖供電檢測(cè)橋路與傳統(tǒng)