【正文】 接收 0 1 1 2 接收 1 0 1 1 發(fā)射 1 1 1 2 發(fā)射 0 待機(jī) 單片機(jī)與 PTR2020的通信速率可約定為 9600bit/s，單片機(jī)選用 12MHz的晶振。 R?1 0 KR?1 0 KV C C1CS2DO3DI4P W R6T X IN7GND5P T R 2 0 0 0 圖 PTR2020模塊引腳圖 PTR2020模塊的 引腳功能說明如下表 。 28 STS 工作狀態(tài)指示信號端，當(dāng) STS=1 時(shí)，表示轉(zhuǎn)換器正處于轉(zhuǎn)換狀態(tài)，當(dāng) STS=0 時(shí)，聲明 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束，通過此信號可以判別 A/D 轉(zhuǎn)換器的工作狀態(tài)，作為單片機(jī)的中斷或查詢信號之用 E A / V p p31P 0. 732P 0. 633P 0. 534P 0. 435P 0. 336P 0. 237P 0. 138P 0. 039WR16RD17P 2. 021P R O G / A L E30P 2. 122GND20R S T9P 3. 1 ( T X D )11X A L T 218V C C40X T A L 119A T 89 C 5 1D718D617D514D413D38D27D14D03G11OE1Q02Q15Q26Q39Q412Q515Q616Q7177 4L S 3 73Y3A1B27 4L S 0 0GNDR21 00R51 00 kR31 00 KR41 00Vl1b i p o f f12AG9V E E11B I N10B O U T81 0V i n132 0V i n14DG151 2/ 82CS3A04R / C5D B 1 127D B 1 026D B 925D B 824D B 723D B 622D B 521D B 420D B 319D B 218D B 117D B 016CE6S T S28V c c7A D 5 74 AGND+ 5V 1 5 v+ 15 vR?1 0K 圖 AD574A與單片機(jī)連接圖 圖 是 AT89C51 單片機(jī)與 AD574A 的接口電路，其中還使用 了三態(tài)鎖存器 74LS373 和 74LS00 與非門電路，邏輯控制信號由 AT89C51 的數(shù)據(jù)口 P0 發(fā)出，并由三態(tài)鎖存器 74LS373 鎖存到輸出端 Q0、 Q1 和 Q2 上， Q0、 Q Q2分別連接到 AD574A 的 CS、 A0 和 R/C 端，用于控制 AD574A 的工作過程。只有 CS 和 CE 同時(shí)有效， AD574A才能工作 7 Vcc 正電源輸入端，輸入 +15V 電源。 R?1KR?1KVl1b ip o f f12AG9V E E11B IN10B O U T81 0 V i n132 0 V i n14DG151 2 / 82CS3A04R /C5D B 1 127D B 1 026D B 925D B 824D B 723D B 622D B 521D B 420D B 319D B 218D B 117D B 016CE6S T S28V c c7A D 5 7 4 A 圖 AD574A 管腳圖 表 AD574A 管腳功能圖 管腳序號 名稱 功能 1 VL +5V 電源輸入端 2 12/8 數(shù)據(jù)模式選擇端， 為高電平時(shí)，輸出數(shù)據(jù)為 12 位；當(dāng)為 低電平時(shí)，數(shù)據(jù)是作為兩個(gè) 8 位字輸出 3 CS 片選端 低電平有效 4 Ao 轉(zhuǎn)換位數(shù)控制信號。1LBS (3) 轉(zhuǎn)換速率： 25us (4) 模擬電壓輸入范圍： 0—10V 和 0—20V， 0—177。整個(gè)電路的輸出 電壓與瓦斯傳感器電阻之間的運(yùn)算關(guān)系 如式 。加熱時(shí)，加熱電路串入 51Ω電阻，以限制通過傳感器的電流。 +9VL11 0 0 u HVD1I N 4 0 0 7V i n1GND2+ 5 V3I C 1LM 7 8 0 5+C11 0 0 0 u F+ C31 0 0 u FC20 . 1 u FC40 . 1 u FR11K+ 5 VVD2LE DGND 圖 手持部分的電源設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)采集與信號 調(diào)理電路部分設(shè)計(jì) 根據(jù) MQ214數(shù)據(jù)手冊規(guī)定，加熱電壓為 +6V，瓦斯測量單元的工作是周期性的加熱 30s后進(jìn)行測量，然后經(jīng)過 45s進(jìn)行恢復(fù)，因此電路具有 “6V電壓加熱 ”和 “自然恢復(fù) ”2種狀態(tài)。 T13 W / 1 8 V1234I N 4 0 070 .5 AI N 4 0 07V i n1+ 5V3GND2I C 3L M 7 80 5V i n2GND1 1 5 V3I C 4L M 7 91 5V i n1GND2+ 15 V3I C 1L M 7 81 5V i n1GND2+ 6V3I C 2L M 1 80 6～ 2 20 VC21 04 u F+C11 00 0 u F+C31 00 0 u F+C61 0u F+C81 0u F+C 1 01 0u F+C 1 21 0u FC91 04 u FC 1 11 04 u FC51 04 u FC41 04 u FC71 04 u F+ 6v 1 5 V+ 15 V+ 5VGNDR?1KR?1K 圖 現(xiàn)場部分的電源電路圖設(shè)計(jì) 手持部分電源設(shè)計(jì) 16 手持部分的電源采用 南孚 9V 電池 (6LR61 堿性電池 )供電， 其 技術(shù)數(shù)據(jù) 為 ：電壓： 9V，尺寸 (mm)：高 長 寬 ， 有效期： 3 年。 系統(tǒng)電源設(shè)計(jì) 煤礦現(xiàn)場部分電源設(shè)計(jì) 由于煤礦礦井下可采用有線電纜供電，所以本設(shè)計(jì)中采用 220V交流市電，經(jīng)變壓、整流濾波、穩(wěn)壓后得到所需電源。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除 100次。由于甲烷氣體監(jiān)測傳感器處于煤礦礦井巷道中，工作環(huán)境比較惡劣，以及實(shí)際的運(yùn)行工況比較復(fù)雜，這些都對單片機(jī)的干擾較大，所以應(yīng)采用抗干擾性能較好的單片機(jī)機(jī)型；二是要有較高的性價(jià)比。它的優(yōu)異特性使其非常適合于應(yīng)用在便攜式及手持產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中， 13 符合本設(shè)計(jì)的要求，其具體性能指標(biāo)如下： (1) 該器件將接收和發(fā)射合接為一體 (2) 工作頻率為國際通用的數(shù)傳頻段 433MHz (3) 采用 FSK調(diào)制 /解調(diào)，可直接進(jìn)入數(shù)據(jù)輸入 /輸出，抗干擾能力強(qiáng)，特別適合工業(yè)控制場合 (4) 采用 DDS(直接數(shù)據(jù)合成 )＋ PPL頻率合成技術(shù)，因而頻率穩(wěn)定性好 (5) 靈敏度高達(dá) 105dBm (6) 工作電壓低 (),功耗小，接受待機(jī)狀態(tài)電流僅為 8uA (7) 具有兩個(gè)頻道，可滿足需要多信道工作的場合 (8) 工作頻率最高達(dá) 20kbit/s(也可在較低頻率下工作，如 9600bit/s),超小體積，約 40275 3mm (9) 可直接與 CPU串口進(jìn)行連接 (如 AT89C51),也可以用 RS232與計(jì)算機(jī)接口連接，軟件編程方便 (10) 標(biāo)準(zhǔn)的 DIR管腳間距更適合于嵌入式設(shè)備 (11) 由于采用了低發(fā)射功率、高接收靈敏的設(shè)計(jì)，因此使用無需申請?jiān)S可證，開闊地時(shí)使用距離最遠(yuǎn)可達(dá) 1000m 單片機(jī)型號選擇 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。該模板在內(nèi)部集成了高頻接收、 PLL合成、 FSK調(diào)制 /解調(diào)、參量放大、功率放大、頻道切換等功 能，因而是目前集成度較高的無線數(shù)傳產(chǎn)品。 因此，在使用此類型氣敏元件時(shí)，靈敏度的調(diào)整是很重要的。其中，溫度： 20℃ ； 相對濕度： 65%； 氧氣濃度： 21%； RL=50Ω ， Rs：元件在不同氣體 、 不同濃度下的電阻值 ； Ro： 元件在潔凈空氣中的電阻值。2 ℃ Vc:6V177。表 ；表 描述了傳感器的使用的環(huán)境條件；而表 3則詳細(xì)闡述了傳感器的靈敏度特性，標(biāo)示出了其檢測范圍。 這種傳感器的外觀圖和結(jié)構(gòu)如圖 ，由兩個(gè)引腳構(gòu)成，一正一負(fù)，正端接 6V電源，此電源要求有較高穩(wěn)定性，否則對測量結(jié)果會(huì)產(chǎn)生誤差。由于隔爆型儀表具有低電壓、小電流特點(diǎn)，隔爆型儀表的主腔和接線盒貫通部分，可以盡量采取橡膠密封結(jié)構(gòu)，使隔爆型儀表結(jié)構(gòu)簡單，加工方便。隔爆型儀表的主要特點(diǎn)是有一個(gè)可靠的隔爆外殼，它將把可能產(chǎn)生火花和危險(xiǎn)溫度的儀表傳感器、電阻電路及接線端子等，都放 在隔爆外殼里，達(dá)到外殼內(nèi)可能 9 發(fā)生的爆炸不影響周圍易燃易爆物質(zhì)，它的設(shè)計(jì)方法與隔爆型電器和電機(jī)基本相類似。 瓦斯?jié)舛葯z測儀的功能是能夠檢測 4CH 濃度，同時(shí)本著方便使用的原則，還應(yīng)具備聲光報(bào)警、濃度顯示等功能。 系統(tǒng)總體構(gòu)成及工作原理 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖如圖 。 使用單片機(jī) AT89C51 作為控制芯片，用匯編語言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，采用甲烷氣體傳感器、信號調(diào)理電路、 A/D 轉(zhuǎn)換器、無線發(fā)射模塊、無線接收模塊加上顯示報(bào)警電路等器件構(gòu)成系統(tǒng)， 具體部件及其功能如下： (1) 使用數(shù)碼管顯示瓦斯?jié)舛鹊拇笮? (2) 使用報(bào)警電路，當(dāng)瓦斯?jié)舛瘸^ 1%時(shí)發(fā)出報(bào)警信號 (3) 使用發(fā)射和接收模塊對信號進(jìn)行無線傳輸 (4) 使用電源監(jiān)測電路對干電池電量進(jìn)行監(jiān)測 目 前國內(nèi)有一些用于煤礦中 CH4氣體的 檢測儀，但是很少有能實(shí)現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)模疚尼槍γ旱V氣體檢測儀的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，閱讀了大量文獻(xiàn)及資料，研發(fā)了基于無線傳輸?shù)耐咚節(jié)舛葯z測儀，本文的主要工作包括 ： (1) 甲烷氣體傳感器的選用 (2) 單片機(jī)的選用 (3) 系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)及論證 (4) 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì) (5) 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) 7 2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)包括：系統(tǒng)總體構(gòu)成和工作原理；系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求或者指標(biāo)；系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理。第四、大量的瓦斯從通風(fēng)井排入大氣，污染大氣環(huán)境。第一、瓦斯?jié)舛冗^高，對工人身體健康的影響表現(xiàn)為缺氧，呼吸困難，窒息等。但是 4CH 氣體含量多，且?guī)缀醪蝗苡谒?，屬于易燃易爆氣體，發(fā)生爆炸事極易 造成人身傷害。 本課題的研究意義 我國是世界上最大的煤炭生產(chǎn)和消費(fèi)國，也是世界上少數(shù)幾個(gè)以煤為主要能源的國 家之一。光學(xué)干涉儀的特點(diǎn)是：使用的條件要求不高，精度可以達(dá)到 ，一般礦井中的瓦斯安全員用的多為這種儀器。如果氣 樣室中氣體的成分、溫度、壓力發(fā)生改變，則折射率會(huì)發(fā)生改變，光程也會(huì)發(fā)生變化，所看到的干涉條紋就發(fā)生移動(dòng)。它的特點(diǎn)是：體積小、重量輕、線性度較好、可實(shí)現(xiàn)電量輸出、使用方便、價(jià)格便宜。 (1)氣相色譜儀 該類儀器可以檢測 4CH 、 CO、 C02等多種氣體，測量范圍大而且精度很高，但成本較高，目前國內(nèi)一臺這樣的儀器要 8萬元。 4 ② 巷道截面對無線傳輸?shù)挠绊懗潭扰c波長有關(guān)，當(dāng)巷道截面等效半徑與波長相差不大于 10倍時(shí) (無論等效半徑大于波長，還是波長大于等效半徑 )，巷道截面對無線傳輸?shù)挠绊戄^大；巷道截面等效半徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于波長，或遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于波長時(shí)，巷道截面對無線傳輸?shù)挠绊戄^小。建立礦井無線安全監(jiān)測與預(yù)警信息系統(tǒng)可以對有線監(jiān)控系統(tǒng)難以監(jiān)測的區(qū)域?qū)嵤┦钟行?、?shí)時(shí)和靈活的監(jiān)測。一般說來 ,由于地球幽面的影響以及空間傳輸?shù)膿p耗 ,每隔 50公里左右 ,就需要設(shè)置中繼站 ,將電波放大轉(zhuǎn)發(fā)而延伸。 波長為3000 米～ 毫米 。 (5) 采掘工作面內(nèi)，體積大于 ，局部積聚瓦斯?jié)舛冗_(dá)到 2%時(shí)，附近 20米內(nèi)，必須停止工作，撤出人員，切斷電源，進(jìn)行處理。 (4) 采掘工作面風(fēng)流中瓦斯?jié)舛冗_(dá)到 1%時(shí)，必須停止用電鉆打眼 。所以控制瓦斯?jié)舛仁欠乐雇咚贡ǖ母荆瑢?shí)時(shí)掌握瓦斯?jié)舛葼顩r是煤礦安全的頭等大事?？諝庵屑淄闈舛瘸^ 40%時(shí)，空氣中的氧含量將下降到 12%以下，此時(shí)空氣與甲烷的混合氣體不再發(fā)生爆炸，但將使人窒息。所以說要搞好瓦斯管理工作，必須首先學(xué)習(xí)有關(guān)瓦斯的知識，了解瓦斯的性質(zhì)和特點(diǎn)。因此開發(fā)研制便于攜帶、多功能、精度高的瓦斯檢測儀對促進(jìn)煤炭行業(yè)的安全生產(chǎn)