【正文】 測(cè)方法及安全質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。 該系統(tǒng)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?xún)r(jià)比， AT89C51 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。該傳感器以 AT89C51 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)。 人們對(duì)礦內(nèi)環(huán)境問(wèn)題及工作人員健康問(wèn)題日益重視，礦內(nèi)空氣品質(zhì)狀況受到越來(lái)越多的關(guān)注。本文針對(duì)瓦斯的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出同時(shí)監(jiān)測(cè)高低濃度的瓦斯系統(tǒng)，全天候不間斷的對(duì)井下瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行監(jiān)測(cè)。 關(guān)鍵字： AT89C51 瓦斯 數(shù)碼管 目 錄 1 緒論 ................................................................... 1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介 ........................................................... 1 本文的主要研究?jī)?nèi)容 ........................................... 1 本文的結(jié)構(gòu)安排 ............................................... 1 項(xiàng)目提出的背景 ..................................................... 2 國(guó)內(nèi)外研究狀況 ..................................................... 3 測(cè)量?jī)x器儀器概況 ................................................... 5 測(cè)量?jī)x器的概念 ............................................... 5 測(cè)量?jī)x器的基本性能 ........................................... 5 2 礦內(nèi)環(huán)境品質(zhì)的基本介紹 .................................................. 6 礦內(nèi)主要污染物 ..................................................... 6 ...................................................... 6 3 礦內(nèi)空氣傳感器的原理及主要元器件 ........................................ 7 甲烷濃度檢測(cè)儀原理分析 ............................................ 7 AT89C51 單片機(jī)簡(jiǎn)介 ............................................... 10 單片機(jī)選用 .................................................. 10 AT89C51 單片機(jī)的擴(kuò)展 ........................................ 14 瓦斯傳感器的選用 .................................................. 14 4 礦內(nèi)空氣傳感器的硬件 .................................................. 17 實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊 ..................................................... 17 放大電路 .......................................................... 17 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的模塊 ................................................ 18 看門(mén)狗電路 ....................................................... 20 聲光報(bào)警電路的設(shè)計(jì) ................................................ 22 數(shù)碼管顯示電路設(shè)計(jì) ................................................ 23 電源電路設(shè)計(jì) ...................................................... 24 本章小結(jié) .......................................................... 24 5 礦內(nèi)空氣傳感器的軟件設(shè)計(jì) .............................................. 25 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)思路 .................................................. 25 總體設(shè)計(jì)思想 ................................................ 25 編程語(yǔ)言的選擇 .............................................. 26 軟件模塊設(shè)計(jì) ...................................................... 26 主程序模塊 .................................................. 26 AD 轉(zhuǎn)換模塊 ................................................. 27 比較判斷函數(shù) ............................................... 28 顯示報(bào)警函數(shù) ................................................ 29 液晶顯示模塊 ................................................ 29 聲光報(bào)警模塊 ................................................ 30 本章小結(jié) .......................................................... 30 結(jié) 論 .................................................................... 30 致 謝 ................................................................... 30 附錄 A ................................................................... 32 1 1 緒論 本文的主要研究?jī)?nèi)容 本 課題設(shè)計(jì)的是基于單片機(jī)的井下瓦斯?jié)舛戎悄軅鞲衅?，該系統(tǒng)以單片機(jī)AT89C51 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、存儲(chǔ)器的擴(kuò)展、 LCD 顯示器和報(bào)警裝置等組成。 本文的結(jié)構(gòu)安排 第一章是文章概述。 第三章是對(duì)瓦斯傳感器的原理及主要元器件單片機(jī)及敏感原件的簡(jiǎn)介。介紹了軟件設(shè)計(jì)采用的方法和所遵循的原則，并給出了部分主要程序的軟件流程圖及程序。 煤礦生產(chǎn)安全監(jiān)控系統(tǒng)雖在國(guó)內(nèi)已有生產(chǎn)和應(yīng)用，但 還沒(méi)有一種真正適合于中小型煤礦使用的產(chǎn)品，我國(guó)從八十年代初期開(kāi)始引進(jìn)煤礦生產(chǎn)安全監(jiān)控系統(tǒng)，歷經(jīng)了直接引進(jìn)、消化吸收、仿制配套、自主開(kāi)發(fā)的過(guò)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(wèn)題，如 : 造價(jià)高，系統(tǒng)最基本的配置過(guò)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(lài)專(zhuān)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。甲烷濃度傳感器就是用來(lái)監(jiān)視礦 井沼氣動(dòng)態(tài)的有效工具。為了防 止瓦斯爆炸事故的發(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，還必須建立一個(gè)性能可靠的瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)。 礦井瓦斯監(jiān)測(cè)監(jiān)控技術(shù)是伴隨著煤炭工業(yè)發(fā)展而逐步發(fā)展起來(lái)的。 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。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。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。服務(wù)器上面運(yùn)行的是監(jiān)控軟件。 煤礦瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)的意義不言而喻。目前，該省國(guó)有重點(diǎn)煤礦 121 座礦井全部安裝了瓦斯監(jiān)測(cè)監(jiān)控系 統(tǒng)，并全部聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，在線(xiàn)運(yùn)行率達(dá) 100%。 5 測(cè)量?jī)x器的概念 煤礦安全儀器是用來(lái)檢查測(cè)量礦井安全狀況的物質(zhì)手段。例如，在采煤機(jī)上安裝采煤機(jī)瓦斯斷電控制儀。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。 ：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。 5. 經(jīng)濟(jì)性 ：任何工業(yè)產(chǎn)品都要講究經(jīng)濟(jì)性。所以，工程檢測(cè)儀器的經(jīng)濟(jì)性也是其重要的指標(biāo)之一。 （ 2）硫化氫（ HzS）：是一種無(wú)色、微甜、有臭雞蛋味的氣體，易溶于水，遇火后能燃燒及爆炸；硫化氫極毒，它能使血液中毒，對(duì)眼睛及呼吸系統(tǒng)的粘液膜有強(qiáng)烈的刺激作用。 （ 4）二氧化氮（ NO2）：為紅褐色，易溶于水，是劇毒氣體，對(duì)人的眼睛及呼吸器官有強(qiáng)烈刺激作用?！兑?guī)程》中對(duì)沼氣容許濃度因在井下各點(diǎn)不同。 （ 7）二氧化碳（ COz）：是一種無(wú)色、微毒、稍有酸味的氣體，它不助燃，也不維持久的呼吸，它比空氣重，常聚集在巷道的下方及通風(fēng)不良的下山盡頭；易溶于水，生成碳酸，對(duì)人的眼、鼻、喉的粘膜有刺激作用。于 2021 年 8月 8日，國(guó)家安監(jiān)總局、國(guó)家煤礦安監(jiān)局對(duì) 標(biāo)準(zhǔn)再次修訂，聯(lián)合頒布安監(jiān)總煤行〔 2021〕 150 號(hào)《關(guān)于印發(fā) “ 煤礦安全質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化標(biāo)準(zhǔn)及考核評(píng)級(jí)辦法（試行） ” 的通知》。其缺點(diǎn)是濃度指示不直觀(guān)，受氣壓溫度影響嚴(yán)重，特別是空氣中氧氣不足或氮、氧的比例不正常時(shí)，要產(chǎn)生誤差 。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。其缺點(diǎn)是測(cè)量低濃度甲烷時(shí)輸出信號(hào)小，受氣溫及背景氣體的影響較大。 氣敏半導(dǎo)體的種類(lèi)較多，如氧化錫、氧化鋅等燒結(jié)型金屬氧化物。 在溫度為 220℃、氣壓為 101325Pa 條件下，聲波在甲烷中的傳播速度為 432m/s，而在清潔空氣中為 332m/s。 氣體在放射性元素的輻射作用下發(fā)生電離，在氣體介質(zhì)中的兩個(gè)電極之間便有電流產(chǎn)生。 載體催化元件最里層是用 ～ 的高性能鉑絲繞制的螺旋圈，外面是由三氧化二鋁和催化劑組成的催化外殼。當(dāng)載體催化元件遇到甲烷與空氣的混合氣體時(shí)，在催化劑的作用下，甲烷氣體在元件表面發(fā)生無(wú)焰燃燒，產(chǎn)生的熱量使鉑絲的溫度升高。此 9 外，傳感器電源應(yīng)是經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓的穩(wěn)壓源。但由于它處于與黑元件相同的工作環(huán)境中，所以，對(duì)非甲烷濃度變化引起的催化元件阻值變化起補(bǔ)償作用，以提高儀器零點(diǎn)穩(wěn)定性和抗干擾能力。利用該原理的甲烷測(cè)定器是當(dāng)前國(guó)內(nèi)測(cè)量低濃度甲烷的傳感器中采用最廣泛的一種，而且還在不斷的提高和發(fā)展。 AT89C51 單片機(jī)簡(jiǎn)介 單片機(jī)選用 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)因具有集成度高、體積小、速度快、價(jià)格低等特點(diǎn)而在許多領(lǐng)域如過(guò)程控制、數(shù)據(jù)采集、機(jī)電一體化、智能化儀表、家用電器以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等方面得到廣泛應(yīng)用，從而使這些領(lǐng)域的技術(shù)水平、自動(dòng)化程度大大提高。由于 MCS51 系列在我國(guó)使用最廣且該系列的資料和能夠兼容的外圍芯片也比較多，故本文采用 ATMEL 公司生產(chǎn)的 AT89C51 單片機(jī)作為本系統(tǒng)控制單元的核心部件。 4K 字節(jié)可 編程閃爍存儲(chǔ)器 壽命： 1000 寫(xiě) /擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時(shí)間： 10年 32 可編程 I/O 線(xiàn) 低功耗的閑置和掉電模式 當(dāng) P1 口的管腳第一次寫(xiě) 1時(shí)，被定義為高阻輸入。 P1 口管腳寫(xiě)入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P3口： P3 口管腳是 8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個(gè) TTL 門(mén)電流。 RST：復(fù)位輸入。在平時(shí)， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN 有效。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。 （ 4） 芯片擦除 整個(gè) PEROM 陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過(guò)正確的控制信號(hào)組合，并保持 ALE管腳處于低電平 10ms 來(lái)完成。但 RAM，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在