【正文】 隊(duì)控制軟件進(jìn)行合理的劃分，再采用模塊化的設(shè)計(jì)原則，確定各個(gè)模塊所要完成的功能，整個(gè)控制軟件完成數(shù)據(jù)的輸入，顯示以及 PI 調(diào)整功能，整個(gè)控制軟件完成數(shù)據(jù)的輸入，顯示以及 PI 調(diào)整功能，整個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)不但起到了控制作用而且充當(dāng)簡(jiǎn)單的上下位機(jī)的作用。這種方法是工人師傅幾十年操作經(jīng)驗(yàn)的積累，逐步的反復(fù)的試湊，最后得到控制器的適合參數(shù) [13]。變頻裝置的特性保證了電機(jī)啟動(dòng)和加速時(shí)具有消除啟動(dòng)對(duì)電機(jī)的沖擊，可 以提高電機(jī)和機(jī)械的使用壽命。 變頻調(diào)速系統(tǒng)通過連續(xù)改變變頻器輸出頻率來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的連續(xù)變化，使電動(dòng)機(jī)工作在 轉(zhuǎn)差較小的范圍。 變頻調(diào)速的硬件部分 以 PIC16F877 單片機(jī)為核心的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)主要由高性能微處理器 PIC16F877 及 PWM 波專用發(fā)生芯片 SA4828 和智能驅(qū)動(dòng)芯片 IR2233 組成。直流電壓 +DC 來自三相橋式整流電路。 （ 2） SA4828 是由英國(guó) MITEL 公司專門為電機(jī)控制電路設(shè)計(jì)的三相PWM 波形發(fā)生器，其本身功能要比其它同類產(chǎn)品，如英國(guó) Mullard 公司生產(chǎn)的 HEF4752 和德國(guó)西門子公司生產(chǎn)的 SLE4520 功能強(qiáng)大的多 ， SA4828的主要特點(diǎn)有： (1)具有增強(qiáng)型微處理器接口，可與多種型號(hào)單片機(jī)兼容； (2)SA4828 是全數(shù)字控制芯片，載波頻率最高可達(dá) 24kHz，輸出的調(diào)制 27 波頻率最高為 4kHz； （ 3）將調(diào)制波頻率的分辨率提高到 16 位。 SA4828 引腳功能介紹： SA4828 引腳圖 如圖 433 所示，大體可分為三類 信號(hào)： （ 1）與單片機(jī)的接口信號(hào)： AD0～ AD WR、 RD 、 ALE 可直接與地址、數(shù)據(jù)復(fù)用的單片機(jī)相連。 RESET 復(fù)位信號(hào)，禁止輸出 。 ZPPR 輸出調(diào)制波的頻率。 主流程設(shè)計(jì)圖 TLC2543 對(duì)傳感器檢測(cè)的氣體濃度進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換，單片機(jī)對(duì)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行低通濾波、數(shù)據(jù)處理后，濃度顯示、以及報(bào)警。在數(shù)字信號(hào)的處理中，濾波占有極其重要的地位。 目前數(shù)字濾波的方法較多，如限幅濾波、中位值濾波法、算數(shù)平均濾波法、遞推平均濾波法、中位值平均濾波法等。如圖 確 定 溫 度 與 氣 體 濃 度的 線 性 函 數(shù)將 溫 度 轉(zhuǎn) 化 為 電 壓 值然 后 濾 波 讀 取求 出 對(duì) 應(yīng) 濃 度 值 送 入液 晶 屏 顯 示開 始 圖 53 數(shù)據(jù)處理流程圖 32 顯示子程序設(shè)計(jì)流程 液晶顯示器與單片機(jī)的接口電路控制程序設(shè)計(jì)流程圖如圖 541 所示 ： 程 序 初 始 化初 始 化 液 晶 控 制 器調(diào) 液 晶 顯 示 控 制 子 程 序判 斷 顯 示 類 型子 程 序 返 回開 始 圖 541 顯示子程序流程圖 報(bào)警子程序的設(shè)定流程圖如圖 542 所示： 33 讀 取 氣 體 濃 度 值是 否 大 于 報(bào) 警 值啟 動(dòng) 報(bào) 警 值返 回 監(jiān) 控 狀 態(tài)YN開 始 圖 542 報(bào)警控制程序流程圖 34 結(jié) 論 本設(shè)計(jì)從硬件和軟件 兩方面對(duì)煤礦井下防爆柴油機(jī)尾氣監(jiān)測(cè)及自動(dòng)通風(fēng)系統(tǒng)以及報(bào)警裝置進(jìn)行了設(shè)計(jì)，包括數(shù)據(jù)采集、信號(hào)轉(zhuǎn)換，單片機(jī)控制，液晶顯示器顯示，聲光報(bào)警，電源電路設(shè)計(jì)幾個(gè)環(huán)節(jié)。同時(shí)本次設(shè)計(jì)也有很多不足，由于 CO 與 NOx化合物的有效監(jiān)測(cè)值很小，難免由于外界因素干擾而產(chǎn)生誤差，但是根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》對(duì)井下各點(diǎn)有害氣體濃度規(guī)定的設(shè)計(jì)，足以滿足使用要求 [14]。王老師淵博的學(xué)識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)風(fēng)范、敏銳的開拓思維和勇于創(chuàng)新的精神將使我終身受益。感謝老師和同學(xué)們對(duì)我的幫助，感謝培養(yǎng)我四年的母校。在論文的研究中給予我太多的幫助，她一絲不茍的作風(fēng)一直是我學(xué)習(xí)的榜樣。對(duì)于煤礦井下操作防爆柴油機(jī)的作業(yè)人員及時(shí)得知所處環(huán)境的 CO 以及 NOx 化 合物的濃度并采取措施起很大作用。PIC16F877 對(duì)信號(hào)進(jìn)行三方面的處理：一方面通過對(duì) 12864 對(duì)數(shù)碼管進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描使氣體濃度值實(shí)時(shí)顯示出來，第二方面與通風(fēng)系統(tǒng)相連當(dāng) CO 或者氮氧化合物氣體只要有一種達(dá)到濃度值上限時(shí)便使通風(fēng)系統(tǒng)加 大通風(fēng)量，第三方面當(dāng)通風(fēng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，報(bào)警電路便進(jìn)行聲光報(bào)警。為了能有效的克服偶然因素引起的波動(dòng)干擾和隨機(jī) 干擾信號(hào)，可擦除由脈沖干擾所引起的采樣偏差值，所以本次設(shè)計(jì)采用數(shù)字濾波法。另外數(shù)字濾波除了具有穩(wěn)定性好、精度高、不受環(huán)境影響等優(yōu)點(diǎn)外，還具有靈活性好的特點(diǎn)。為了進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量和控制，必須消除信號(hào)中的噪音和干擾，噪音有兩大類：一類為周期性的，另一類為不規(guī)則隨機(jī)性的，對(duì)于前者，采用硬件濾波電路能有校的消除其影響。 TRIP 封鎖狀態(tài)， SET TRIP 有效時(shí)，該引腳為低電平表明輸出已被封鎖，可接 LED 指 示燈。 RB、 YB、 BB 控制三相逆變橋的三個(gè)下橋臂的開關(guān)管。 （ 2）輸入信號(hào)： CS 片選信號(hào)。 (5)內(nèi)置“看門口”定時(shí)器以加強(qiáng)控制，從而提高了可靠性。 經(jīng)過光電隔離的 PWM 信號(hào)直接輸入到 IR2233 中，并由它來驅(qū)動(dòng)高電壓、高速率的功率元件，光電隔離電路如圖 432所示。其應(yīng)用電路如圖431 所示。這是一種理想調(diào)速控制方式，即提高了設(shè)備效率，又滿足了生產(chǎn)工藝要求，并且因此而大大減少了設(shè)備的維護(hù)、維修費(fèi)用，還降低了停產(chǎn)周期。（ 2）調(diào)制波輸出頻率可調(diào)范圍寬，可以在 1Hz～ 2KHz 之間任意連續(xù)調(diào)節(jié)，提高了控制的靈活性。在工程中一般根據(jù)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行曲線，進(jìn)行大致的參數(shù)運(yùn)算，通過改變風(fēng)機(jī)的管網(wǎng)特性曲線來實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量調(diào)節(jié)；通過改變風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量調(diào)節(jié)。對(duì)于 PI控制器的參數(shù)整定有多種方法，如臨界比例度法，衰減曲線法， PID 歸一參數(shù)法等方法。本選用以單片機(jī) PIC16F877 為核心、以 PWM 波專用發(fā)生芯片為主體、 24 同時(shí)運(yùn)用了智能化驅(qū)動(dòng)芯片 IR2233 的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)。在變頻 調(diào)速控制系統(tǒng)中產(chǎn)生可調(diào)電壓和可調(diào)頻率的逆變電路控制技術(shù)是變頻調(diào)速的核心技術(shù)。 因此風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)對(duì)節(jié)能和提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性有很大的意義，只有保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，才能保證煤礦井下工人在通風(fēng)良好的環(huán)境下工作。 22 圖 38 LCD12864 管腳圖 LCD 芯片的各個(gè)管腳功能特性如表 所示?？梢燥@示 8 4 行， 16 16 點(diǎn)陣漢字，也可完成圖形顯示。即用電壓的高低控制光的通過量，從而把電信號(hào)轉(zhuǎn)化成光像。在這里采用 LCD 液晶顯示電路。 20 因?yàn)槠淇刂齐娐吩砣鐖D 371 所示： 圖 371 光報(bào)警電路圖 聲光 動(dòng) 報(bào)警器件 的 發(fā)光器件常用 發(fā) 光二極管。 AD590 溫度傳感器不但可將溫度轉(zhuǎn)化成線性化電量進(jìn)行測(cè)量、而且具有精度高、應(yīng)用方便的特點(diǎn) [10]。 AD590 的測(cè)溫范圍是 55℃ —— +150℃，非線性誤差僅為 ℃～ +℃，而電機(jī)軸承最高溫度也在此范圍內(nèi)。輕則使?jié)櫥♂屄┏?,重則將軸承損壞 ,給用戶造成經(jīng)濟(jì)損失。使用 1008電阻或磁珠串聯(lián)在 ADXL202E 的電源線上可提供更好的電源去藕效果 。 傳感器是從機(jī)的核心，它的特性和接口方式?jīng)Q定了從機(jī)的硬件和軟件設(shè)計(jì)。作為輸入輸出的時(shí)鐘端的 I/O CLOCK 接受串行輸入信號(hào)。引腳DATAINPUT 為串行數(shù)據(jù)輸入端。 它將多路開關(guān)、基準(zhǔn)電源，內(nèi)部時(shí)鐘等集成于一個(gè)芯片內(nèi)，大大提高了 集成性與 可靠性，此部分電路將信號(hào)輸入電路傳來的信號(hào)進(jìn)行 A/D 變換，將模擬輸入量變成數(shù)字量， 送 給單 16 片機(jī) 進(jìn)行處理。 TLC2543 有十一路模擬輸入通道， 在工作溫度范圍內(nèi) 10us 轉(zhuǎn)換時(shí)間， 3路內(nèi)置自測(cè)試方式；采樣率為 66kbps。 A/D 轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由采樣保持器，多路開關(guān)和 A/D轉(zhuǎn)換器所組成。 ，還可以將信號(hào)放大，而且放大倍數(shù)容易調(diào)節(jié)。所以 RC 濾波電路的性能較差。 濾波電路分為無源濾波電路和有源濾波電路。額定輸出電壓 5V，電 流 25mA。當(dāng)二次負(fù)載阻抗減小時(shí)，二次電流增大，使得一次電流自動(dòng)增大一 13 個(gè)分量來滿足一、二側(cè)之間的電磁平衡關(guān)系。輸入額定電流為 5A，額定輸出電流為 。通過運(yùn)算放大器將電流信號(hào)轉(zhuǎn)化成電 壓信號(hào)，調(diào)節(jié)反饋電阻的值在輸出端得到所要求的電壓輸出。電流互感器把大電流按一定比例變?yōu)樾‰娏?，提供各種儀表使用和繼電保護(hù)用的電流，并將二次系統(tǒng)與高電壓隔離。如果能夠提供足夠 11 的散熱片，它就能提供大于 的輸出電流 。這些特性都是使 PIC 單片機(jī)得到迅速推廣應(yīng)用的技術(shù)基礎(chǔ) [8]。 Timer ， 內(nèi)部 定時(shí) 器 ，有 Timer0 、 Timer1 、 Timer2 等。可以重復(fù)燒錄程序適合教學(xué)、開發(fā)新產(chǎn)品 等用途；而其內(nèi)建 ICD(In Circuit Debug)功能，可以讓使用者直接在單片機(jī)電路或產(chǎn)品上，進(jìn)行如暫停微處理器執(zhí)行、觀看緩存器內(nèi)容等，讓使用者能快速地進(jìn)行程序除錯(cuò)與開發(fā)。/min。如式（ 223）所示。min)。 m1=agbL0=(kW 風(fēng)量的控制 改變井下工作小環(huán)境，除了控制防爆柴油機(jī)本身有害物的排放外，另一個(gè)更重要的手段就是適當(dāng)增加和合理配置井下的通風(fēng)量和布置合理的通風(fēng)系統(tǒng)，強(qiáng)制稀釋發(fā)動(dòng)機(jī)排出的多種廢氣成分。氣敏傳感器輸出的信號(hào)送給 TLC2543 轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送給單片機(jī) ,監(jiān)測(cè)電路可靠工作。能夠較為準(zhǔn)確科學(xué)的檢測(cè)防爆柴油機(jī)尾氣排放的 濃度，當(dāng)氣體達(dá)到一定門限值時(shí)就會(huì)自動(dòng)通風(fēng)，如果通風(fēng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障則會(huì)自動(dòng)報(bào)警，從而達(dá)到實(shí)時(shí)安全監(jiān)控作用。氣敏傳感器檢測(cè)儀檢測(cè)氣體濃度，再加上濃度 5 監(jiān)測(cè)與自動(dòng)加強(qiáng)通風(fēng)，通過顯示器顯示礦內(nèi) CO 和氮氧化合物的濃度值 [5]。因此研制煤礦井下柴油機(jī)尾氣監(jiān)測(cè)控制及報(bào)警系統(tǒng)對(duì)國(guó)家的煤礦井下良好的環(huán)境建設(shè)減少中毒事故發(fā)生有著及 其重要的意義。綜合來說，目前市場(chǎng)上的每種系統(tǒng)都可能存在檢測(cè)量單一、量程小、體積大、功耗大、 需短期內(nèi)校準(zhǔn)、使用壽命短、無數(shù)據(jù)傳輸方式等其中某種或某幾種缺點(diǎn)。根本不能適應(yīng)知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代高速網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的需要，嚴(yán)重制約了煤礦企業(yè)企業(yè)信息化的發(fā)展。 煤礦生產(chǎn)安全監(jiān)控系統(tǒng)，是目前為止實(shí)際通風(fēng)尾氣管理工作中最重要和最有效的自動(dòng)化手段，已經(jīng)裝備監(jiān)控系統(tǒng)的煤礦的尾氣易燃事故率大為下降，實(shí)踐證明，煤礦生產(chǎn)安全監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)保障 煤礦安全生產(chǎn)，提高煤礦生產(chǎn)率，提高煤礦自動(dòng)化程度，以及促進(jìn)煤礦管理現(xiàn)代化水平，都有著舉足輕重的作用。不過在 LNC 中只要有小量的 H2（＜ 2%），就能在很寬的溫度范圍（ 200～ 400℃），顯著的提高銀基 LNC的 NOx 轉(zhuǎn)化率 [2]。在稀薄條件下運(yùn)行時(shí)， LNT 中的鉑將 NO轉(zhuǎn)化成 NO2，而 NO2 和堿土金屬或堿金屬和 O2 反應(yīng)生成硝酸鹽，發(fā)動(dòng) 機(jī)每隔 5060s 加濃一次，這些儲(chǔ)藏的 NOx 和廢氣中的還原劑 CO， H2，HC 在貴金屬的作用下形成 N2。 2020 年歐洲在一些大卡車上商業(yè)化使用該技術(shù)。 1992— 1998 年 NOx 的排放量規(guī)定為 （ g/kw/h)、 PM的排放量規(guī)定 為 （ g/kw/h),在 2020— 2020 年期間 NOx 的排放量規(guī)定為 (g/kw/h)、 PM 的排放量規(guī)定為 （ g/kw/h)。如何應(yīng)對(duì)及處理柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排放的尾氣在井下安全的重中之重。因此，對(duì)防爆柴油機(jī)排放的尾氣進(jìn)行控制和凈化具有十分重要的意義。它們具有安全、靈活、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)。 關(guān)鍵詞： CO 及 NOx 報(bào) 警系統(tǒng) 單片機(jī) 氣敏傳感器 通風(fēng)系統(tǒng) II ABSTRACT Because of explosionproof diesel engine can be potentially explosive gas, bustible gas, steam and dust under the environment of work, has the explosion protection performance, in the blast environments work never lit environment gas, steam and dust, so often used as coal mine explosionproof power plant all kinds of fixed and mobile equipment. However, as the coal mine explosionproof diesel engine, due to the increasing use of coal mine explosionproof diesel engine exhaust pollution caused more and more serious, makes the coal mine safety production facing the severe challenges The design main points of two parts: one is explosionproof diesel engine exha