【正文】 氧化物半導(dǎo)體，在較低溫度下吸附被測(cè)氣體，并改變半導(dǎo)體表面電位及電導(dǎo)率。后者一般是易還原的金屬氧化物半導(dǎo)體。當(dāng)氣體接觸到金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管或金屬半導(dǎo)體結(jié)型二級(jí)管時(shí)，前者的閾值電壓變化，后者的整流特性變化。當(dāng)元件接觸到還原性氣體時(shí)，氣體吸附，吸附分子在表面擴(kuò)散，失去其功能。通過(guò)電橋檢測(cè)電阻變化量可以檢測(cè)氣體濃度。但也存在嚴(yán)重缺點(diǎn)，一是選擇性差，尤其是受水蒸氣影響嚴(yán)重，雖然通過(guò)添加某些材料或改變反應(yīng)溫度可以適當(dāng)提高氣體檢測(cè)選擇性，但作用不大；二是線性測(cè)量范圍窄，在煤礦是測(cè)量1%CH4以下瓦斯。一般的光纖傳感系統(tǒng)由光源、信號(hào)傳輸線、傳感器件、光電轉(zhuǎn)換及信號(hào)處理四部分組成，光作為載波經(jīng)入射光纖傳輸?shù)綒馐?，光波的某些特性參量在傳感頭內(nèi)被外界物理參量所控制，含有被調(diào)制信息的光波經(jīng)出射光纖輸出到光電轉(zhuǎn)換部分，經(jīng)解調(diào)后就能得到被測(cè)物理量的大小和狀態(tài)，即與瓦斯?jié)舛扔嘘P(guān)的模擬電壓信號(hào)。用壓電材料可以制成壓電晶體振子。目前，還尚未出現(xiàn)檢測(cè)CH4儀器?？讖匠叽鐟?yīng)能夠允許(一)工作原理電化學(xué)傳感器通過(guò)與被測(cè)氣體發(fā)生反應(yīng)并產(chǎn)生與氣體濃度成正比的電信號(hào)來(lái)工作。穿過(guò)屏障擴(kuò)散的氣體與傳感電極發(fā)生反應(yīng)，傳感電極可以采用氧化機(jī)理或還原機(jī)理。由于該過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生電流，電化學(xué)傳感器又常被稱為電流氣體傳感器或微型燃料電池。固定的穩(wěn)定恒電勢(shì)作用于傳感電極。施加于傳感電極的電壓值可以使傳感器針對(duì)目標(biāo)氣體。某些傳感器要求電極之間存在偏壓，而且在這種情況下，傳感器在出廠時(shí)帶有九伏電池供電的電子電路。建議在使用非氧氣背景氣應(yīng)用場(chǎng)合中與制造商執(zhí)行復(fù)檢。在低潮濕條件下，傳感器可能燥結(jié)。使用按鍵面板輸入外部命令。2．監(jiān)控軟件選用最新的Windows2000為平臺(tái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，操作簡(jiǎn)單， 功能強(qiáng)大，界面美觀，具有語(yǔ)音報(bào)警功能3．特有的軟件容錯(cuò)糾錯(cuò)技術(shù)，提高了系統(tǒng)的可靠性。2． 系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)風(fēng)、電、瓦斯閉鎖功能。6． 井口瓦斯數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示；不僅可使“煤礦安全員”也可讓每位下井煤礦員工自覺(jué)對(duì)瓦斯安全進(jìn)行有效的監(jiān)督和警視。CZ，C4的作用是對(duì)LM317電壓調(diào)節(jié)端(ADJ)的電壓進(jìn)行濾波，以提高輸出電壓的穩(wěn)定性。電源部分的核心器件是二端可調(diào)輸出集成穩(wěn)壓器 LM317。并且引腳3為正端。值得注意的是，LM317有一個(gè)最小負(fù)載電流的問(wèn)題，即只有負(fù)載電流超過(guò)某一值時(shí)，才能起到穩(wěn)壓作用。該產(chǎn)品有8腳DIP和SOIC兩種封裝形式，并帶有內(nèi)部時(shí)鐘。1)高速模式。當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，AD7810會(huì)自動(dòng)將轉(zhuǎn)換結(jié)果鎖存到輸出移位寄存器中。另外，串行時(shí)鐘SCLK的最高頻率不能超過(guò)20MHz。當(dāng)器件被喚醒后，系統(tǒng)將自動(dòng)啟動(dòng)一次轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時(shí)間也是2uS圖中tl)。在5V電源電壓下，當(dāng)數(shù)據(jù)吞吐率為100kSPS時(shí)。圖 AD78lO應(yīng)用電路AD7810幾乎與各種MCU進(jìn)行接口。二是AT89S52串行口首先接收低位數(shù)據(jù)，這一點(diǎn)與 AD7810剛好相反，編程時(shí)需要注意。LED數(shù)碼管顯示有動(dòng)態(tài)顯示和靜態(tài)顯示兩種方式。每片可控制顯示8個(gè)七段LED數(shù)碼管、條形圖或64個(gè)發(fā)光二極管，控制字簡(jiǎn)單。MAX7219有多種封裝形式，如窄式DIP封裝和SOP封裝等。D0一D7為數(shù)據(jù)位，其形式與顯示出的數(shù)字間的關(guān)系與解碼方式有關(guān)。掃描限制寄存器控制顯示的位數(shù)。器件上電后所有控制寄存器復(fù)位。數(shù)據(jù)由DIN引腳輸入，最先輸入的為最高位，在CI。串行口工作于方式0時(shí)。、CLK。（1）I2C總線的基本結(jié)構(gòu)采用廠I2C總線標(biāo)準(zhǔn)的單片機(jī)或兀器件，其內(nèi)部不僅有工ZC接口電路，而且將內(nèi)部各渾七兒電路按功能劃分為若干相對(duì)獨(dú)立的模塊，通過(guò)軟件尋址實(shí)現(xiàn)片選，減少了器件片選線的連接。主器件用于啟動(dòng)總線上傳送數(shù)據(jù)井產(chǎn)生時(shí)鐘以開(kāi)放傳送的器件，此時(shí)任何被尋址的器件均被認(rèn)為是從器件。SDA和SCL均為雙向I/0線，通過(guò)上拉電阻接正電源。（3）I2C總線上的時(shí)鐘信號(hào)在I2C總線上傳送信息時(shí)的時(shí)鐘同步信號(hào)是由掛接在SCL時(shí)鐘線上的所有器件的邏輯“與”完成的。其后，第一個(gè)結(jié)束高電平期的器件又將SCL線拉成低電平。在I2C總線技術(shù)規(guī)范中，開(kāi)始和結(jié)束信號(hào)(也稱啟動(dòng)和停止信號(hào))。在開(kāi)始信號(hào)以后，總線即被認(rèn)為處于忙狀態(tài)。方向位為“1”表示主器件將從從器件讀信息。如果從器件正在處理一個(gè)實(shí)時(shí)事件而不能接收數(shù)據(jù)時(shí)，(例如正在處理一個(gè)內(nèi)部中斷，在這個(gè)中斷處理完之前就不能接收I2C總線上的數(shù)據(jù)字節(jié))可以使時(shí)鐘SCL線保持低電平，從器件必須使SD八保持高電平，此時(shí)主器件產(chǎn)生1個(gè)結(jié)束信號(hào)，使傳送異常結(jié)束，迫使主器件處于等待狀態(tài)。(5)I2C總線接口器件日前在視頻處理、移動(dòng)通信、數(shù)據(jù)采集等領(lǐng)域采用I2C總線接口器件己經(jīng)比較普遍。它們都接地，第8腳和第4腳分別為正、負(fù)電源。在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中為了保證單片機(jī)可靠而穩(wěn)定的運(yùn)行，使單片機(jī)系統(tǒng)盡快擺脫因干擾而產(chǎn)生的程序跑飛或死循環(huán)，需要一種監(jiān)視器，提供某種狀態(tài)使CPU重新回到用戶程序。MAX706是一種性能優(yōu)良的低功耗CMOS監(jiān)控電路芯片，其內(nèi)部電路由上電復(fù)位、可重復(fù)觸發(fā)“看門狗”定時(shí)器及電壓比較器等組成。5)可輸出高電平有效的復(fù)位信號(hào)。本系統(tǒng)軟硬件底層設(shè)計(jì)軟件是采用美國(guó)Kei1Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)KEILuVIS工ONZ。二．按鍵中斷程序儀表有6個(gè)外部按鍵，它們的名稱分別為“CH4”、“▲”、“▲”、“RECORD”、“RESET”、“ AlarmStop”。更新的參數(shù)存入 DataFlash后，并在液晶上顯示“88“，提示參數(shù)設(shè)置成功。的屏蔽:觸發(fā)“ AlarmStop“鍵，程序暫時(shí)屏蔽報(bào)警和LED顯示功能。存儲(chǔ)、顯示數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳:氣體濃度超過(guò)閡值進(jìn)行聲光報(bào)警。UART接口允許7或8位串行位流以預(yù)設(shè)的速率或外部時(shí)鐘確定的速率移入、移出單片機(jī)。PC機(jī)發(fā)送命，氣體監(jiān)測(cè)儀表根據(jù)PC機(jī)發(fā)送過(guò)來(lái)的命令進(jìn)行相應(yīng)的處理。它能在瓦斯超限時(shí)或在礦井中缺少氧氣并低于報(bào)警限時(shí)進(jìn)行聲光報(bào)警，并且自動(dòng)撥通煤礦安全局主要負(fù)責(zé)人電話，告知井下瓦斯和氧氣超限的實(shí)際情況，使安全局主要負(fù)責(zé)人對(duì)礦主、安檢員、某些礦的負(fù)責(zé)人進(jìn)行監(jiān)管，督促他們認(rèn)真貫徹煤礦安全規(guī)程，實(shí)現(xiàn)電話自動(dòng)監(jiān)管功能。直流電源由變壓器、整流濾渡、穩(wěn)壓電路和負(fù)電源變換電路組成。(2)。參考電壓加在A3的反相輸入端，發(fā)光二極管D1(紅燈)、D2(綠燈)和RR11組成瓦斯燈光報(bào)警指示電路，當(dāng)瓦斯?jié)舛任闯^(guò)報(bào)警限時(shí)，電壓比較器A3輸出的低電平，使發(fā)光二極管D2(綠燈)亮，表示瓦斯?jié)舛任闯蕖６一蜷T輸出的高電平經(jīng)反相器到達(dá)電話控制電路的F接線端，啟動(dòng)電話控制電路。為CC7107內(nèi)部電路提供基準(zhǔn)電壓。3. 整機(jī)工作過(guò)程瓦斯傳感器和氧氣傳感器經(jīng)各自放大器放大，兩放大器輸出的電信號(hào)一路進(jìn)入信號(hào)選擇電路和數(shù)字顯示系統(tǒng)，顯示瓦斯或氧氣的含量。伴隨氣體傳感器的發(fā)展，氣體監(jiān)測(cè)儀器的種類也在不斷更新。煤礦氣體監(jiān)測(cè)儀表運(yùn)用RS一485協(xié)議進(jìn)行串口通信，配合由VC++編制的 KJ101串口通訊軟件，可以隨時(shí)監(jiān)控儀表工作狀態(tài)，采集傳感器數(shù)據(jù)。同時(shí)系統(tǒng)應(yīng)用軟件應(yīng)向網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，按統(tǒng)一的格式向外提供監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。參考文獻(xiàn)[1].[M]. 北京： 北京航空航天大學(xué)出版社，2009[2].[M]. 徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2008[3].王濤，[M]. 徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，1995 [4].[M]. 北京:電子工業(yè)出版社,1997[5].李鴻雁,[J]。論文的寫作是枯燥艱辛而又富有挑戰(zhàn)的事情，瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控與設(shè)計(jì)一直是礦務(wù)局一直探討的問(wèn)題。從內(nèi)容到格式，從標(biāo)題到標(biāo)點(diǎn)，他都費(fèi)盡心血。在大學(xué)的階段，我在學(xué)習(xí)上和思想上都受益匪淺，這除了自身的努力外，與各位老師、同學(xué)和朋友的關(guān)心、支持和鼓勵(lì)是分不開(kāi)的。在此，我要特別感謝我的指導(dǎo)老師馬老師。2002年08期[6].顧文照，[J]. 《傳感技術(shù)學(xué)報(bào)》 1998年第11卷第1期[7].胡儉波，[J]. 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。經(jīng)試驗(yàn)檢測(cè)，本課題設(shè)計(jì)研制的煤礦瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有抗干擾能力強(qiáng)、反應(yīng)速度快、線性和穩(wěn)定性好、功耗低等特點(diǎn)。采用具有較高的性能價(jià)格比的AT89S52單片機(jī)作為硬件電路的核心，設(shè)計(jì)甲烷氣體監(jiān)測(cè)儀表的主電路(詳見(jiàn)附錄)。第四章 總結(jié)與展望我國(guó)是世界上最大的煤炭生產(chǎn)和消費(fèi)國(guó)，也是世界上少數(shù)幾個(gè)以煤為主要能源的國(guó)家之一。(3)信號(hào)顯示選擇電路：該監(jiān)測(cè)報(bào)警儀能監(jiān)測(cè)甲烷和氧氣兩個(gè)參數(shù)，并能方便地觀察甲烷、氧氣含量的功能，而且具備強(qiáng)迫選擇顯示突然超過(guò)報(bào)警限參數(shù)的功能。再進(jìn)入數(shù)字顯示系統(tǒng)。同理氧氣濃度的超限報(bào)警電路與瓦斯支路相同。該瓦斯傳感器具有很高的靈敏度和測(cè)量范圍，測(cè)量誤差小。為其它各部分電路提供＋5V直流電源。1． 系統(tǒng)組成：它由直流穩(wěn)壓電源、瓦斯傳感器、氧氣傳感器、信號(hào)放大器、電壓比較器、控制門電路、聲光報(bào)警電路、顯示選擇電路、數(shù)字顯示系統(tǒng)、電話自動(dòng)監(jiān)控電路組成。回車換行是串行通訊的停止碼，是數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束標(biāo)志。用控制寄存器UCTL中的控制位來(lái)選擇所需的模式。如柒數(shù)據(jù)采集停止標(biāo)志位復(fù)位，則關(guān)閉定時(shí)器A，退出定時(shí)器A程序中斷，停止數(shù)據(jù)采集。設(shè)置A/D其程序流程轉(zhuǎn)換模式，采集氣體傳感器信號(hào)。再次觸發(fā)“RECORD”鍵，關(guān)閉定時(shí)器A，停止數(shù)據(jù)采集?！啊辨I控制LED設(shè)置位，“”鍵改變被設(shè)置位的位值(從O到9循環(huán)改變)。然后從閃速存儲(chǔ)器里讀取設(shè)定的參數(shù)。，CPU只要在 ，看門狗定時(shí)器被清零，WDO引腳維持高電平。2)200ms的復(fù)位時(shí)延3)對(duì)手動(dòng)復(fù)位信號(hào)消抖，兼容TTL/CMOS。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)有看門狗功能，一旦系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)受到突發(fā)干擾使程序跑飛，單片機(jī)沒(méi)有自我保護(hù)能力，不能系統(tǒng)復(fù)位，重新工作。第6腳SCL為串行時(shí)鐘輸入線。AT24C02是美國(guó)ATMEl公司的低功耗CMOS串行EEPROM，它是內(nèi)含256*8位存儲(chǔ)空間，具有工作電壓寬()、擦寫次數(shù)多(大于10000次)、寫入速度快(小于10ms)等特點(diǎn)。當(dāng)與主器件發(fā)送完一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)后，接著發(fā)出對(duì)應(yīng)于SCL線上的一個(gè)時(shí)鐘(ACK)一認(rèn)可位，在此時(shí)鐘內(nèi)主器件釋放SDA線，一個(gè)字節(jié)傳送結(jié)束，而從器件的響應(yīng)信號(hào)將S觸線拉成低電平，使SDA在該時(shí)鐘的高電平期間為穩(wěn)定的低電平。在I2C總線土侮次傳送的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)不限，但每一個(gè)字節(jié)必須為8位，且每個(gè)傳送的字節(jié)后面必須跟一個(gè)認(rèn)可位(第9位)，也叫應(yīng)答位(ACK)。 I2C總線開(kāi)始和結(jié)束信號(hào)定義圖I2C總線的數(shù)據(jù)傳送格式是:在I2C總線開(kāi)始信號(hào)后，送出的第一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)是用來(lái)選擇從器件地址的，其中前7位為地址碼，第8位為方向位(R/W)。當(dāng)SCL線為高電平時(shí)，SDA線發(fā)生低電平到高電平的跳變?yōu)椤敖Y(jié)束”信號(hào)?？梢?jiàn)，時(shí)鐘低電平時(shí)間由時(shí)鐘低電平期最長(zhǎng)的器件確定，而時(shí)鐘高電平時(shí)間由時(shí)鐘高電平期最短的器件確定。此時(shí)，低電平周期短的器件的時(shí)鐘由低至高的跳變并不能影響SCL線的狀態(tài)，于是這些器件將進(jìn)入高電平等待的狀態(tài)。連接總線的器件的輸出級(jí)必須是集電極或漏極開(kāi)路，以具有線“與”功能。在總線上，既沒(méi)有中心機(jī)，也沒(méi)有優(yōu)先機(jī)。 I2C總線接口電路結(jié)構(gòu)（2）雙向傳輸?shù)慕涌谔匦?，如MCS51系列的TXD和RXD，而I2C總線則根據(jù)器件的功能通過(guò)軟件程序使其可工作于發(fā)送或接收方式。圖 MAX7219電路連接圖 I2C總線接口電路I2C總線是一種用于兀器件之間連接的二線制總線。從單片機(jī)時(shí)序上看，只需在發(fā)送前將顯示數(shù)據(jù)和地址碼的高低位順序顛倒，利用串行方式0進(jìn)行發(fā)送，每發(fā)送兩次，就可向MAX7219輸出一個(gè)要顯示的數(shù)據(jù)或控制寄存器參數(shù)。（2）單片機(jī)的串行工作方式AT89S52單片機(jī)串行口有四種發(fā)送工作方式，其中方式0每幀共發(fā)送8位數(shù)，其他下作方式下每幀發(fā)送均不為8位數(shù)或其倍數(shù)。因此MAX7219必須經(jīng)過(guò)初始化后才可正常工作。顯示測(cè)試寄存器設(shè)置器件為正常一「作或測(cè)試狀態(tài)。每組16位數(shù)據(jù)中，首先接收的為最高有效位，最后接收的為最低有效位. MAX7219串行數(shù)據(jù)格式解碼方式寄存器可設(shè)置各位數(shù)碼管為解碼顯示方式，或非解碼的數(shù)據(jù)位與顯示段直接對(duì)應(yīng)的顯示方式。其中:D12一D15位不用。該芯片控制的顯示位數(shù)多，控制字少，可對(duì)全部或個(gè)別顯示位的數(shù)據(jù)進(jìn)行更新。在本課題的單片機(jī)數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)中，利用MAXIM公司的串行接口8位LED顯示驅(qū)動(dòng)器 MAX7219構(gòu)成顯示接口電路，僅需使用單片機(jī)3個(gè)引腳，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)8位LED數(shù)碼管的顯示控制和驅(qū)動(dòng)，線路非常簡(jiǎn)單，控制簡(jiǎn)單方便。發(fā)光數(shù)碼粉的優(yōu)點(diǎn)在于防潮防濕，溫度特性極佳，而且有遠(yuǎn)距離視覺(jué)效果，很適合礦井下惡劣環(huán)境的需要。這種方式實(shí)際上可擴(kuò)展到所有的MCU種類。若數(shù)據(jù)吞吐率為1KSPS，則其功耗僅27uW。 AD781O自動(dòng)低功耗模式啟動(dòng)信號(hào)CONVST正脈沖的寬度()應(yīng)小于 1ps，否則器件被喚醒后將不會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，而是將A/D轉(zhuǎn)換的啟動(dòng)時(shí)間順延至CONVST的下降沿處。在此模式下，啟動(dòng)信號(hào)CONVST為低電平時(shí)，器件處于低功耗休眠狀態(tài)。如果在轉(zhuǎn)換還未結(jié)束之前就發(fā)出SCLK信號(hào)來(lái)啟動(dòng)數(shù)據(jù)輸出，那么，在DOUT上出現(xiàn)的將是上一次轉(zhuǎn)換的結(jié)果。在CONVST端輸入一個(gè)負(fù)脈沖，其下降沿將啟動(dòng)一次轉(zhuǎn)換。在自動(dòng)低功耗模式下，該器件在轉(zhuǎn)換吞吐率為1kSPS時(shí)的功耗