【正文】 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)了我國礦井安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展。從新中國成立初期到 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)。 1815 年，英國發(fā)明的世界上第一種瓦斯監(jiān)測(cè)儀器 —— 瓦斯檢定燈。 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。s occurrence greatly, reduces the private costs, raises the coal recovery ratio, makes the contribution for our country coal enterprise. KEYWARDS: gas, AT87C552, PID controller i 目 錄 摘要（中文） .............................................................. I 摘要（英文） ............................................................. II 1 緒論 .................................................................... 1 引言 ............................................................... 1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介 ........................................................... 2 2 系統(tǒng)功能介紹 ............................................................ 3 性能描述 ........................................................... 3 系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu) ...................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 該 傳感器 以 AT87C552 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(xiàn)。這 篇 文章就是針對(duì)導(dǎo)致礦難頻發(fā)的瓦斯 濃度 進(jìn)行監(jiān)控而設(shè)計(jì)的。 在文章里，我針對(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)鍵詞：瓦斯， AT87C552， PID 控制 器 安徽理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) II BASED ON THE UNDERGROUND GAS DENSITY SINGLECHIP MICROCOMPUTER INTELLIGENT SENSE ORQAN DESIGN ABSTRACT With the rapid development of China39。 3 硬件電路介紹 ........................................................... 12 甲烷傳感器 ........................................................ 12 KG9701 型智能低濃度沼氣傳感器 ............................. 12 高濃度瓦斯傳感器 (國產(chǎn) ) 型號(hào) :ZR14GJW4/100 ................... 13 ADC0809 引腳圖與接口電路 ......................................... 14 A/D 轉(zhuǎn)換器芯片 ADC0809 簡(jiǎn)介 ................................. 14 . ADC0809 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) ......................................... 16 ．信號(hào)引腳 ................................................... 17 MCS51 單片機(jī)與 ADC0809 的接口 ............................... 18 A/D 轉(zhuǎn)換應(yīng)用舉例 ........................................... 22 AT89C51 簡(jiǎn)介 ..................................................... 22 AT89C51 概述 ................................................ 22 主要特性 .................................................... 23 管腳說明 .................................................... 24 振蕩器特性 ................................................. 25 芯片擦除 .................................................... 25 8155 簡(jiǎn)介 ......................................................... 29 8155 各引腳功能 ............................................. 29 8155 的地址編碼及工作方式 .................................. 30 8155 的定時(shí) /計(jì)數(shù)器 ......................................... 30 DAC0832 介紹 .................................................... 31 LED 顯示器 ....................................................... 35 LED 顯示器的結(jié)構(gòu) ............................................ 35 LED 顯示器的工作原理 ........................................ 37 安徽理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) ii 4 PID 控制 .............................................................. 38 PID 控制器介紹 .................................................... 38 PID 控制實(shí)現(xiàn) ...................................................... 43 5 軟件流程圖 ............................................................. 46 總結(jié) ..................................................................... 48 參考文獻(xiàn) ................................................................. 49 致謝 ..................................................................... 50 1 1 緒論 引言 隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，對(duì)煤炭需求量也越來越大，這就使得煤礦的安全生產(chǎn)面臨著一個(gè)十分嚴(yán)峻的問題。有時(shí)也單獨(dú)指甲烷。利用火焰的高度來檢測(cè)瓦斯?jié)舛龋?0 世紀(jì) 30 年代，日本發(fā)明了光干涉瓦斯 檢定器，一直沿用至今； 20 世紀(jì) 40 年代，美國研制了檢測(cè)瓦斯?jié)舛鹊拿舾性?— 鉑絲催化元件； 1954 年，英國采礦安全所研制了最早的載體催化元件。 20 世紀(jì) 60 年代初期，我國開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。 1983 年以后，國內(nèi)有多種型號(hào)礦井監(jiān)控系統(tǒng)通過了技術(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。井下部分安徽理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 主要通過各種檢測(cè)設(shè)備（各種傳感器，如風(fēng)量傳感器、 負(fù)壓（壓力）傳感器 、 一氧化碳傳感器和礦用設(shè)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(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)情 況等數(shù)據(jù)，然后通過現(xiàn)場(chǎng)總線將數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄?。同時(shí)，監(jiān)控軟件還可以對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總、 處理 、 分析和存檔，可以作為相關(guān)負(fù)責(zé)人員決策的重要依據(jù)。特別是由瓦斯監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)所形成的全省煤礦四級(jí)信息網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及信息技術(shù)用于瓦斯安全治理的一項(xiàng)創(chuàng)舉，極大的促進(jìn)了山西煤炭信息化工作 。這些系統(tǒng) 的運(yùn)用，極大 的降低了煤礦瓦斯事故。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 ，如果瓦斯超過規(guī)定值，該系統(tǒng)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Ｔ谝幌盗袖忼X波作用下，比較器就輸出一矩形脈沖電壓系列； D 部分由高準(zhǔn)確度可控穩(wěn)壓管 TL431 構(gòu)成的脈沖穩(wěn)幅電路，當(dāng)通過 TL431 的電流在 (1～ 100)mA 范圍內(nèi)時(shí)，只要分壓電阻的溫度系數(shù)相同，則輸出電壓有很高的穩(wěn)定性，從而保證了在輸入脈沖幅值變化時(shí)，輸出脈沖的幅值恒定。當(dāng)有瓦斯氣體時(shí)，在黑元件上發(fā)生催化燃燒，黑元件溫度上升，其阻值也隨之上升，它上面的電壓升高，不難推出： )()(2)(2)()0()()()0(214 iCHiRRRRRiRRiiRRRiUUU白白黑黑黑白黑白白黑????????????? 式中 )0(黑R 、 )0(白R(shí) 為無瓦斯時(shí)的阻值， )(iR黑 、 )(iR白 為電流流經(jīng)元件時(shí)溫度上升產(chǎn)生的阻值， )(4CHR黑為瓦斯氣 體在元件上燃燒時(shí)溫度上升產(chǎn)生的阻值，前面已經(jīng)提及，所謂安徽理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 的恒溫是指溫度在一個(gè)很小的范圍內(nèi)波動(dòng)近似看成的，因此)(iR黑、)(iR白、)( 4CHR黑的值都是非常小的，故Δ U 也很小，需要經(jīng)過放大才能與鋸齒波進(jìn)行比較。在圖 8 中有： 12042 )1( ofo URRU ?? 取204RRf 為 14 左右，則可將瓦斯催化燃燒產(chǎn)生的電壓放大到合適的幅值與鋸齒波電壓進(jìn)行比較。其非線性可控制在 1%以下，且溫度穩(wěn)定性好。電路如圖 10 所示： 圖 10 電壓比較器電路 安徽理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 Fig10 voltage paring circuit 這里選用的電壓比較器的型號(hào)為 AD790，它有同相和反相兩個(gè)輸入端，同相端接鋸齒波電壓信號(hào)，反相端 接瓦斯檢測(cè)電路的輸出電壓，也就是脈沖電壓寬度的控制信號(hào)。 脈沖電壓穩(wěn)幅電路 電路中選用 TL431 芯片對(duì)比較器輸出的脈沖電壓進(jìn)行穩(wěn)幅。此時(shí)報(bào)警器便進(jìn)入報(bào)警守候狀態(tài)。 555 與 R C2 組成一個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，調(diào)節(jié)電阻 R6使 ② 腳的電壓略 高于 l/3VDD。當(dāng) C2上的充電電壓超過 2/3VDD 時(shí)， 555 復(fù)位， 3腳輸出低電平， BG2 相應(yīng)截止，可控硅 SCR 斷開。 2)發(fā)光二極管亮但不閃爍： ① ．測(cè)三極管 VT2，若 VT2 擊穿，更換 VT2 故障即可排除； ② ．測(cè) ICl⑥ 、 ⑦ 腳的電平，若為低電平，查 RP1 及連線是否有斷線或虛焊 ，查 C1 是否擊穿及 ICl② 腳是否懸空。 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題，就必須拋開連續(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。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。 變流瓦斯檢測(cè)方法的原理 變流檢測(cè)方法是一種使載體催化傳感元件在檢測(cè)瓦斯氣體時(shí)保持恒溫狀 態(tài)的新型檢測(cè)方法。方程兩邊在催化傳感元件達(dá)到熱平衡時(shí)是相等的。當(dāng)瓦斯體積分?jǐn)?shù)增加時(shí)，減少脈沖的寬度 T以減少通過元件的平均電流。 智能瓦斯監(jiān)測(cè)儀原理框圖 安徽理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 3 硬件電路介紹 甲烷傳感器 KG9701 型智能低濃度沼氣傳感器 KG9710 型智能低濃度沼氣傳感器 主要用于監(jiān)測(cè)煤礦井下環(huán)境氣體中的瓦斯?jié)舛?，是煤礦預(yù)防瓦斯突出和瓦斯爆炸必不可少的測(cè)量?jī)x表。 目前 該傳感器 已廣泛應(yīng)用于全國大、中、小