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煤礦瓦斯微機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)_畢業(yè)設(shè)計(jì)論文終稿-全文預(yù)覽

2025-09-24 15:09 上一頁面

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【正文】 Check_ACK SDA=1 SCL=1 應(yīng)答標(biāo)志位 F0=0 SDA=1? F0=1 SCL=0 返回 圖 42 應(yīng)答位檢查程序流程圖 count=0 count12 Sum+=get_ad[count] count++ 繼續(xù) N Y N Y 圖 43 濾波程序流程圖 煤礦瓦斯微機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì) 22 LED 顯 示子程序 LED 主要承擔(dān)著顯示瓦斯的當(dāng)前濃度值,其中當(dāng)前濃度的值儲存在 OUTPUT 中。 get_ad[12] 用于存放實(shí)時(shí)的瓦斯?jié)舛戎?,然后進(jìn)行濾波處理。 數(shù)據(jù)采集子程序 當(dāng)數(shù)據(jù)采集鍵按下時(shí),進(jìn)入外部中斷程序,采集純凈 空氣中的瓦斯?jié)舛?,從而對后續(xù)的瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行零點(diǎn)修正,其程序流程圖同 A/D 轉(zhuǎn)換子程序。 瓦斯監(jiān)測主監(jiān)控程序 系統(tǒng)的主程序包括系統(tǒng)的初始化、啟動 A/D 轉(zhuǎn)換 、濾波子程序、零點(diǎn)修正子程序、蜂鳴器報(bào)警子程序、 LED 顯示子程序、串口通信子程序。 AT89S52 與蜂鳴器的連接圖如圖 319。無源蜂鳴器接直流電是不會工作的。 MAX485引腳圖如圖 317。 RO 和 DI 端分別為接收器的輸出和驅(qū)動器的輸入端,與單片機(jī)連接時(shí)只需分別與單片機(jī)的 RXD 和 TXD 相連即可; /RE 和 DE 端分別為接收和發(fā)送的使能端,當(dāng) /RE 為邏輯 0時(shí),器件處于接收狀態(tài);當(dāng) DE 為邏輯 1時(shí),器件處于發(fā)送狀態(tài),因?yàn)?MAX485工作在半雙工狀態(tài),所以只需用單片機(jī)的一個(gè)管腳控制這兩個(gè)引腳即可; A 端和 B 端分別為接收和發(fā)送的差分信號端 ,當(dāng) A 引腳的電 平高于 B 時(shí),代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為 1;當(dāng) A 的電平低于 B 端時(shí),代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為 0。 MAX48 MAX48 MAX490、 MAX49 MAX1487的驅(qū)動器擺率不受限制,可以實(shí)現(xiàn)最高 的傳輸速率。3V 177。 規(guī)范 RS232 RS485 工作方式 單端 差分 節(jié)點(diǎn)數(shù) 1 收、 1 發(fā) 1 發(fā) 32 收 最大傳輸電纜長度 50 英尺 4000 英尺 最大傳輸速率 20Kbps 10Mbps 最大驅(qū)動輸出電壓 +/25V 7V~ +12V 發(fā)送器輸出信號電平 (負(fù)載最小值 ) 負(fù)載 +/5V~ +/15V 177。 RS485 總線一般最大支持 32 個(gè)節(jié)點(diǎn),如果使用特制的 485 芯片,可以達(dá)到 128 個(gè)或者 256 個(gè)節(jié)點(diǎn),最大的可以支持到 400 個(gè)節(jié)點(diǎn); RS422 同 RS485 差不多。 7 1 1 1 1 1 0 0 0 0F8H 8 1 0 0 0 0 0 0 0 80H 9 1 0 1 1 0 0 0 0 90H A 1 0 0 0 1 0 0 0 88H B 1 0 0 0 0 0 1 1 83H C 1 1 0 0 0 1 1 0 0C6H D 1 0 0 0 0 0 0 1 0A1H E 1 0 0 0 0 1 1 0 86H F 1 0 0 0 1 1 1 0 8EH 圖 316 LED 與 AT89S52 連接示意圖 煤礦瓦斯微機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì) 16 定時(shí)器 T1 工作于方式 2,位自動重裝入的 8 位定時(shí)器,則裝入的初值如公式 (31)所示: X = 256﹣ (SMOD+1)fosc/ (波特率 384) (31) 則由公式可得: X=256 2106/ (3844800) X=233=F4H 所以定時(shí)器 T1 的定時(shí)初 值設(shè)為 :TH1=F4H,TL1=F4H 串行接口電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)與 PC 機(jī)的通信常用有 RS23 RS485 以及 RS422 三種串行接口。單片機(jī)和外部設(shè)備可以采用并行通信和串行通信 兩種方法進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,這兩種數(shù)據(jù)傳輸方式各有其優(yōu)缺點(diǎn)。 ( 2)共陽極數(shù)碼管 共陽極數(shù)碼管是將所有發(fā)光二極管的陽極接在一起作為公共端 COM,當(dāng)公共端接高電平時(shí),某一段陰極上的電平為“ 0”時(shí),該段點(diǎn)亮,電平為“ 1”時(shí),該段熄滅。若 要各位數(shù)碼管能夠顯示出與本位相應(yīng)的字符,就必須采用掃描顯示方式。下面簡要介紹八段位 LED 的工作原理。 8) AOUT: D/A 轉(zhuǎn)換輸出端。( ~ 6V) 4) SDA、 SCL: I2C 總線的數(shù)據(jù)線、時(shí)鐘線。在 PCF8591 器件上輸入輸出的地址、控制和數(shù)據(jù)信號都是通過雙線雙向 I2C 總線以串行的方式進(jìn)行傳輸。綜上所述,決定采用 PCF8591 的 8 位 A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換器,其內(nèi)部框圖如圖 311所示。雙積分式 A/D 轉(zhuǎn)換器的主要優(yōu)點(diǎn)為轉(zhuǎn)換精度高、抗干擾性能好、價(jià)格便宜;缺點(diǎn)為轉(zhuǎn)換速度較慢。 經(jīng)放大的信號為模擬信號,而單片機(jī)只能接受數(shù)字信號,必須采用 A/D 轉(zhuǎn)換電路。在這里選擇美國 BB公司推出的 INA114放大器。10 靈敏度 (mV) 20 1%瓦斯 線形度( %) 0~5 測量范圍 0~4%瓦斯 輸出電壓( mV) ≈0~90 響應(yīng)時(shí)間 (90%) 小于 10 秒 恢復(fù)時(shí)間 (90%) 小于 30 秒 使用環(huán)境 40~ +70℃ 低于 95%RH 儲存環(huán)境 20~ +70℃ 低于 95%RH 外形尺寸( mm) 1419 靈敏度特性及響應(yīng)恢復(fù)特性如圖 35 所示: 長期穩(wěn)定性:在空氣中每年漂移小于 177。主要應(yīng)用有工業(yè)現(xiàn)場的天然氣、液化氣、煤氣,烷類等可燃性氣體及汽油、醇、酮、苯等有機(jī)溶劑蒸汽的濃度監(jiān)測,可燃性氣體泄漏警報(bào)器,可燃性氣體檢測器,氣體濃度計(jì)。 所選用的傳感器應(yīng)該可以在惡劣的環(huán)境下工作,擁有相對可靠的精度,并且價(jià)格便宜易于選購。光纖氣體傳感器具有優(yōu)秀的遠(yuǎn)距離監(jiān)控、抗電磁干擾和中毒、易燃易爆環(huán)境。該傳感器維護(hù)簡單,安全可靠,能夠由人為控制操作,測點(diǎn)選取可根據(jù)操作者的判斷,對可疑點(diǎn)進(jìn)行測定,測點(diǎn)活動性太強(qiáng);不存在一起中毒、失效或高濃度甲烷激活問 題;測量范圍大,有足夠的精度。測量吸收光譜可知?dú)怏w類型。 催化燃燒式甲烷傳感器是利用甲烷在催化元件表面燃燒時(shí),元件溫度升高引起鉑絲電阻變化,由電阻和瓦斯?jié)舛染€性關(guān)系瓦斯 濃度,這種傳感器的優(yōu)點(diǎn)是:在一定范圍內(nèi)(一般不超過 4%)輸出的電信號與瓦斯?jié)舛瘸烧?,靈敏度高,受溫度和潮濕度影響小,價(jià)格低。 (3) 復(fù)位電路 如圖 33 所示,該圖既可以手動復(fù)位,又可以上電復(fù)位,是可以人工復(fù)位單片機(jī)系統(tǒng)。 其引腳如圖 31 所示,主要性能參數(shù)如下: 1) 與 MCS51 單片機(jī)兼容 2) 8K 字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器 3) 1000 次擦寫周期 4) 全靜態(tài)操作: 0Hz- 33MHz 5) 三級加密程序存儲器 6) 32 個(gè)可編程 I/ O 口線 7) 3 個(gè) 16 位定時(shí)/計(jì)數(shù)器 8) 6 個(gè)中斷源 9) 全雙工 UART 串行通道 10) 低功耗空閑和掉電模式 11) 掉電后中斷可喚醒 12) 看門狗定時(shí)器 13) 雙數(shù)據(jù)指針 14) 掉電標(biāo)識符 (2)時(shí)鐘電路 如圖 32 所示,采用內(nèi) 部時(shí)鐘電路。目前 51 內(nèi)核單片機(jī)主要有 MCS51 系列 、 AT89 系列、 Motorola公司系列、 Z8 以及 Super8 系列、 F8 系列等。 當(dāng)前值 LED 顯示屏 power 零點(diǎn)數(shù)據(jù) 復(fù)位 電源指示燈 報(bào)警聲 圖 22 控制面板界面 煤礦瓦斯微機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6 第三章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)及時(shí)鐘、復(fù)位模塊 微處理器在系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方面具有很大的影響力,選擇一個(gè)適當(dāng)?shù)奈⑻幚砥髯鳛橄到y(tǒng)的核心,才能使系統(tǒng)兼具低成本以及高效率。 為了進(jìn)行零點(diǎn)修正需對干凈空氣中的瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行采集,于是外加了一個(gè)鍵盤電路,通過 RS485 可以將瓦斯的濃度傳給上位機(jī),便于更好的監(jiān)控井下的狀況,如圖 22 所示,它是系統(tǒng)的控制面板,面板上包括小鍵盤、濃度顯示、系統(tǒng)的電源開關(guān)和系統(tǒng)的復(fù)位開關(guān)等其他部件,可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的一些基本功能。 煤礦瓦斯微機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4 第二章 系統(tǒng)總體方案的確定 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 基于單片機(jī)的煤礦瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)主要由氣體傳感器、單片機(jī)、 A/D 轉(zhuǎn)換、 LED 顯示、蜂鳴器報(bào)警、鍵盤以及 RS485 通訊接口等部分組成,其結(jié)構(gòu)框圖如圖 21 所示。 (2) 系統(tǒng)具體硬件電路設(shè)計(jì) 系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)瓦斯?jié)舛鹊臏y量,然后將測量的濃度與設(shè)定的報(bào)警濃度比較,并且將濃度進(jìn)行顯示,最后傳給上位機(jī)。該系統(tǒng)已在我國合資成立福深康斯塔克控制公司負(fù)責(zé)組裝和生產(chǎn)。所需的硬件支持為一臺 IBMPC或 PC/XT、 PC/AT 或其兼容機(jī)配有 10MB 的硬盤。 國外煤礦環(huán)境(瓦斯)監(jiān)測系統(tǒng)有代表性的產(chǎn)品為加拿大康斯塔克生產(chǎn)的森透里昂系統(tǒng)。 八十年代后期,由于電子工業(yè)的飛速發(fā)展,微型計(jì)算機(jī)的普及應(yīng)用,再加上引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù),使我國煤礦瓦斯監(jiān)測的技術(shù)水平得到較快的發(fā)展和提高。 我國從六十年代初就開始了對煤礦瓦斯監(jiān)測技術(shù)的研究,一直到七十年代末,這方面的發(fā)展都很緩慢。 瓦斯是一種無色、無味、可以燃燒或爆炸、可以使人窒息死亡的氣體,在成煤過程中形成,是煤炭的伴生物。煤炭需求持續(xù)增加,加劇了瓦斯防治工作壓力;瓦斯災(zāi)害威脅日趨嚴(yán)重,防治難度越來越大;部分省 份瓦斯防治機(jī)構(gòu)不健全,尚未形成有效的工作機(jī)制;瓦斯防治基礎(chǔ)依然薄弱,一些小煤礦安全投入嚴(yán)重不足,不具備瓦斯防治能力;煤與瓦斯突出機(jī)理尚未完全研究清楚,煤礦瓦斯防治關(guān)鍵技術(shù)有待突破。煤礦由于由于受到自然地質(zhì)、井下開采條件、礦工技能條件、技術(shù)和裝備等條件的限制,一直存在著安全可靠性程度差、安全事 故頻率高等問題,尤其是瓦斯事故頻發(fā)、危害嚴(yán)重。如果不能及時(shí)測量井下的瓦斯?jié)舛?,那么煤礦的 安全生產(chǎn)就無從談起,從而也就無法保證煤炭工業(yè)持續(xù)而穩(wěn)定的向前發(fā)展。 single chip microputer。 本系統(tǒng)下位機(jī)以 AT89S52 單片機(jī)為控制核心,系統(tǒng)采用了 MJC4/ 瓦斯傳感器,并通過 INA114 對電信號進(jìn)行放大,通過 PCF8591 將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號,該 A/D 轉(zhuǎn)換器采用了 I2C 總線技術(shù),可以最大限度的利用有限管腳。不斷發(fā)生的煤礦瓦斯爆炸事件強(qiáng)烈的提醒我們提高煤礦瓦斯監(jiān)測的管理質(zhì)量,為了加強(qiáng)煤礦瓦斯的管理水平,本課題設(shè)計(jì)了對煤礦瓦斯監(jiān)測的系統(tǒng)。 關(guān)鍵詞 :瓦斯傳感器;單片機(jī);監(jiān)測系統(tǒng);串口通訊 ABSTRACT II Coal Mine Gas Monitoring System Based on Single Chip Microputer ABSTRACT The gas is harmful gases in the coal mine production,it seriously threaten to the safety of the lives of miners and state continued occurrence of coal mine gas explosion events remind us improve the quality of management of the coal mine gas order to strengthen the level of coal mine gas management ,this time,I design a coal mine gas monitoring system at this subject. The slave puter’s system use AT89S52 single chip microputer as the core controller, and it uses MJC4/ gas sensor which could transform concentration signal to analog electrical signal as it’s major sensor . And PCF8591 that use I2Cbus could transform analog signal to digital signal the LED could display the concentration value, and the system would upload the value. The software of upper puter programmed by Visual Basic,and it uses MSComm as it’s ActiveX. The software has great functions wh
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