【正文】 初始化等。擴(kuò)卜州c腿廠、廠飛. t∥：；’dh 哪巫野Ⅸ撇，勰L，一‰雒㈠，n、廣弋少l 叫t∞卜_ 田3．9 MAX7219時(shí)序圈單片機(jī)與／vlAX7219的連接控制系統(tǒng)單片機(jī)與MAX7219及顯示器件的連接如圖3．i0所示。發(fā)送順序?yàn)榈臀辉谇?，高位在后，與MAX7219的接收順序相反。從DIN輸入的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)16．5個(gè)CLK脈沖后移到DoUT引腳上。解碼方式寄存器的值為非解碼方式，亮度寄存器的值設(shè)置為最小，掃描寄存器設(shè)置為僅顯示1位，停機(jī)寄存器處于停機(jī)狀態(tài)，顯示消隱。停機(jī)寄存器控制顯示器為停機(jī)或正常工作狀態(tài)，停機(jī)狀態(tài)下描振蕩器停止工作，消隱所有顯示位。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有多種封裝形式，如窄式DIP封裝和SOP 封裝等。為24引腳芯片， 除與顯示器連接外。通常小管采用哪種顯示方式，單片機(jī)往往都T作于并行I／O或存儲(chǔ)器方式。3．2．5 IIAX7219顯示電路本課題中氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的T作環(huán)境是處于比較黑暗的礦井巷道中，所以不宜采用液晶顯示模塊，而采用了發(fā)光柔和的LED數(shù)碼管作顯示，顯示顏色為紅色。在本論文中AD7810與AT89S52接口時(shí)，電路采用的是一種模擬串口方式，AD7810的SCLK、DoUT和CONVST分別接至AT89S52的P1．PI．6和P1．7，只要嚴(yán)格按照AD7810的時(shí)序要求操作，一般接口都不會(huì)有問(wèn)題。在5v電源電壓下，當(dāng)數(shù)據(jù)吞吐率為IOOkSPS時(shí)，器件的功耗2．7mW：而當(dāng)數(shù)據(jù)吞吐率為IOkSPS時(shí)，功耗為270 uw；若數(shù)據(jù)吞吐率為lkSPS，則其功耗僅27“w。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2p s(圖中t1)。另外，串行時(shí)鐘SCLK的最高頻率不能超過(guò)20MHz。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。3．AD7810的丁作模式3．1高速模式圖3．6是AD7810 T作在高速模式時(shí)的時(shí)序圖。它的外圍接線(xiàn)極其簡(jiǎn)單，AD7810的轉(zhuǎn)換時(shí)間為2 u s，采用標(biāo)準(zhǔn)SPI同步串行接口輸出和單一電源(2．7V～5．5V)供電。NPN極管Q。=1000 o。若輸出增大，則反饋量增大，TL431 的分流也就增加，從而又導(dǎo)致VH下降。通過(guò)三極管的電流將從l到lOOmA變化。TL431是TI公司生產(chǎn)的一個(gè)有良好的熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)精密電壓基準(zhǔn)集成電路，引腳分別為：陰極(CATHODE)、陽(yáng)極(ANODE)和參考端(REF)；輸出電樂(lè)范同是2．5VN30V；典型動(dòng)態(tài)阻抗為0．20，輸出雜波低。彘Ⅲ=南附(3e， 上式化簡(jiǎn)得到： 島=憊吃” (3．7) 從上式可以看出。模數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)． 參考電源的穩(wěn)定性很霞要，在奉系統(tǒng)中外部電源是f11TL431及其外圍電路供給。依據(jù)LM317的輸出電壓計(jì)算公式，可以得到： D VE=％(1+》(3．3) n2 其中：V。為取樣電阻。產(chǎn)I．25V，融=460Q，R4=150Q。依據(jù)LM317的輸出電壓計(jì)算公式，可以得到圖3．2中LMI 的輸出：江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文ⅣVCC吲168。LM317的輸出電壓=1．25x(I+ADJ端到地的電阻／AIU端到Vout端的電阻)。當(dāng)調(diào)節(jié)端接地時(shí)。LM317是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公_J的二端可調(diào)整流穩(wěn)壓器集成電路，輸出電壓范圍是I．25v至37v，負(fù)載電流最大為I．5A。系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)原理圖見(jiàn)附錄A，下面介紹其主要組成部分以及它們實(shí)現(xiàn)的功3．1系統(tǒng)電源該系統(tǒng)系統(tǒng)電源電路圖如圖3．2所示，Vin是外部輸入電源，采用的是12V／3A 的直流電源。江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文第三章基于氣敏元件的煤礦瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)本章將介紹基于甲烷氣體傳感器的氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的系統(tǒng)原理框圖，及其整體協(xié)調(diào)T作實(shí)現(xiàn)的功能；系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)及其主要功能模塊；系統(tǒng)程序流程等內(nèi)容。用戶(hù)可以直接替換應(yīng)用系統(tǒng)中的AT89C51／52，而軟件硬件均不需作任何修改，這給正使用AT89C52單片機(jī)的用廣更新?lián)Q代帶來(lái)許多方便。相信日后它將更廣泛地應(yīng)用于工業(yè)控制、汽車(chē)控制、智能儀器儀表及電機(jī)控制等席用領(lǐng)域。由于甲烷氣體監(jiān)測(cè)傳感器處于煤礦礦井巷道中， T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(duì)單片機(jī)的干擾較大， 所以廊采用抗T擾性能較好的單片機(jī)機(jī)型；二是要有較高的性?xún)r(jià)比。從而使這些領(lǐng)域的技術(shù)水平、自動(dòng)化程度大大提高。薹．．12 塞1；； 。：空氣中的輸出電壓) 3．靈敏度M2mY (M：靈敏度) 4．傳感器對(duì)多種可燃?xì)怏w的敏感特性圖2．2．2表示CH4氣體敏感元件對(duì)各種氣體的反應(yīng)關(guān)系，從圖上我們可以看出敏7江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文感元件輸出電壓與對(duì)各種氣體濃度之間具有較好的線(xiàn)性關(guān)系。這種敏感元件的外觀圖見(jiàn)圖2．2．1，其具有抗氣體干擾能力強(qiáng)、選擇性好、反麻速度快、靈敏度高、線(xiàn)性和穩(wěn)定性好、功耗低、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文2．2．1氣體傳感器的選擇本文在實(shí)驗(yàn)階段，采用7只CH4氣體傳感器進(jìn)行參數(shù)測(cè)量。2．I．3系統(tǒng)的功能在奉項(xiàng)目中，煤礦氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功能是能夠監(jiān)測(cè)CH4，同時(shí)本著方便應(yīng)用的原則，還麻具備聲光報(bào)警、人機(jī)界面操作、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及與Pc機(jī)通訊等功能。(2)接線(xiàn)盒結(jié)構(gòu)隔爆型儀表設(shè)計(jì)帶有接線(xiàn)盒的隔爆外殼，且接線(xiàn)盒的防爆類(lèi)型為隔爆型。屬于煤礦安全標(biāo)志管理目錄內(nèi)的礦用產(chǎn)品麻有安全標(biāo)志”.，電氣設(shè)備必須符合防爆要求，應(yīng)有接地、過(guò)流、漏電保護(hù)裝置。1．4本課題的主要工作內(nèi)容目前國(guó)內(nèi)有一些用于煤礦中CH4氣體的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，但是很少有能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳做到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，本文針對(duì)煤礦氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)，閱讀了大量文獻(xiàn)及資料，研發(fā)了煤礦氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)．主要T作包括： I)甲烷氣體傳感器的選用及實(shí)驗(yàn)2)單片機(jī)的選用3)系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)4)系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)5)通訊方式及通訊協(xié)議設(shè)計(jì)6)終端數(shù)據(jù)采集及顯示軟件的設(shè)計(jì)7)系統(tǒng)測(cè)試及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄、分析4江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文第二章煤礦氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的特殊要求及設(shè)計(jì)原理本課題的研究日標(biāo)，是設(shè)計(jì)一種能夠有效監(jiān)測(cè)煤礦瓦斯氣體的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并可以將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)上傳壘地面監(jiān)控電腦，實(shí)施控制。突出直接影響著工人的人身安全。瓦斯的災(zāi)害主要表現(xiàn)為四個(gè)方面。因此，認(rèn)識(shí)并研制監(jiān)測(cè)這種氣體的新型系統(tǒng)，顯得非常霞要。其中之一便是有害氣體影響，包括CH4，CO，SO。但是這兩種系統(tǒng)只足基于井下監(jiān)測(cè)，并無(wú)數(shù)據(jù)上傳，不能實(shí)現(xiàn)智能化監(jiān)控。1．2煤礦氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r伴隨氣體傳感器的發(fā)展，氣體監(jiān)測(cè)儀器不斷更新。C) 時(shí)，可燃?xì)庠谠砻娲呋紵筆t絲電阻增加”1，在完全燃燒且熱輻射可忽略時(shí)，電阻增量△R．與可燃?xì)鉂舛菴成正比，即有江蘇大學(xué)碩177。該監(jiān)測(cè)方式使用催化載體型氣體傳感器作濃度的榆知器，該元件由鉑絲上燒結(jié)一層陶瓷載體(如Al。把兩氣竄都充有空氣時(shí)的干涉條紋作為初始位置，當(dāng)CH4氣體充入采樣竄后，由于光程差的結(jié)果，干涉條紋會(huì)相對(duì)于原位置移動(dòng)一段距離， 并且這個(gè)距離將隨CH4氣體濃度的不同而產(chǎn)生相應(yīng)的變化。世界上發(fā)達(dá)國(guó)家用于煤礦井下易燃易爆氣體監(jiān)測(cè)的方式主要有光干涉式、載體催化燃燒式兩種。電化學(xué)類(lèi)氣體傳感器是利用電化學(xué)性質(zhì)的氣體傳感器，該類(lèi)氣體傳感器包括：定電位電解式、伽伐尼電池式、同體電解質(zhì)等種類(lèi)的氣體傳感器。1．1煤礦氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)概述煤礦氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是能夠監(jiān)測(cè)礦井環(huán)境中瓦斯氣體的濃度，具有報(bào)警功能并能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳壘地面監(jiān)控室PC的系統(tǒng)。隨著煤礦開(kāi)采技術(shù)手段的不斷改進(jìn)和開(kāi)采規(guī)模的擴(kuò)大及開(kāi)采深度的小斷延伸，安全隱患越來(lái)越多。除文中已注明引用的內(nèi)容以外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的作品成果。保密口，在年解密后適用本授權(quán)書(shū)。關(guān)鍵詞：傳感器：煤礦；數(shù)據(jù)采集；串口通訊Ⅱ江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文Abstract Energy industry is the vitals of our countr3fls economy development．In recent years，in pany with petroleum resources shortage、petroleum prices grow rapidly．The importance and unsubstitutability of coal industry increase everyday．But Chinese coal industry safety in production refuse optimism，as serious casualty repeatedly appeared in the newspaper．Gas explosion occupy the most part of those accident．It is sure that many factors caused that,but each colliery enterprise’S lack of safety monitoring equipment、ladder ofmanagement lag are the one ofsubstantial reasons． The dissertation adopt fireless burning gasses sensor that designed by Zhenjiang Zhongmei electronic pang developed a instrument that call detect the CH4 aerometry,as well as whether the consistency reach the alarm threshold，then send the data to the monitoring PC，USe the powerful data analysis ability of PC and grey theory to forecast the CH4 aerometry． First ofall，the dissertation expounds the development and actuality ofCH4 instrumentation．Then introduce the design requirement of the instrumentation，because colliery39。本課題采用具有較高性?xún)r(jià)比的單片機(jī)AT89S52構(gòu)成煤礦氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的核心部分，根據(jù)氣體傳感器測(cè)量的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)CH4的成分識(shí)別和濃度測(cè)量；使用按鍵面板輸入外部命令；采用ATMEL公司的Data Flash存儲(chǔ)器AT24C02存儲(chǔ)設(shè)定的參數(shù)及大量的測(cè)量數(shù)據(jù)；采用RS485協(xié)議，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳，由地面串口通訊軟件接收處理。這其中，固然有很多誘發(fā)因素，但各煤礦生產(chǎn)企業(yè)安全監(jiān)測(cè)設(shè)備不完備、管理手段落后是造成事故頻發(fā)的重要原因之一。男人愛(ài)用眼睛看女人，最易受美貌迷惑；女人愛(ài)用心看男人，最易受傷心折磨。男人掏錢(qián)是戀人關(guān)系，女人掏錢(qián)是夫妻關(guān)系，男女搶著掏錢(qián)是朋友關(guān)系。在這些事故中，瓦斯爆炸又占絕大多數(shù)。在此基礎(chǔ)上，詳細(xì)論述了瓦斯氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)與系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)及實(shí)用分析?；诖瓻l通訊協(xié)議，使用該軟件可以通過(guò)Pc機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控煤礦氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，讀取系統(tǒng)存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)， 并可實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到的不同環(huán)境下的氣體濃度，運(yùn)用PC強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力分析保存數(shù)據(jù)，并通過(guò)串1：3通訊軟件將所測(cè)量的結(jié)果顯示到軟件界面，便于工作人員更直觀地了解井下的工況，實(shí)施相應(yīng)處理與控制。本人授權(quán)江蘇大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部?jī)?nèi)容或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。侈1哆日簽者鄉(xiāng)月作E 姘啤論位易1 學(xué)江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文獨(dú)創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。學(xué)位論文作者簽名：Z乏枷日期：b年‘月，／日江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章緒論煤礦中含有大量的甲烷(CH4)等易燃易爆氣體，發(fā)生事故后會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，危及礦T的生命。所以，對(duì)煤礦井下瓦斯氣體進(jìn)行快速準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)顯得尤其暈要，對(duì)易燃易爆混合氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究和開(kāi)發(fā)也成為人們一直關(guān)注的問(wèn)題。利用氣體的光學(xué)特性來(lái)監(jiān)測(cè)氣體成分和濃度的傳感器為光學(xué)類(lèi)氣體傳感器，根據(jù)具體的光學(xué)原理可分為紅外吸收式、可見(jiàn)光吸收光度式、光干涉式、江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文化學(xué)發(fā)光式和試紙光電光度式、光離子化式等氣體傳感器。這類(lèi)氣體傳感器又可分為電阻式和非電阻式兩大類(lèi)，其中非電阻式氣體傳感器是利用材料的電流或電壓隨氣體含量變化的特點(diǎn)而制成的傳感器“1，主要包括MOS極管式、結(jié)型二極管式和場(chǎng)效應(yīng)管式，而電阻式氣體傳感器則通常主要有接觸燃燒式、熱導(dǎo)式、半導(dǎo)體氣體傳感器等等。具體地說(shuō)，就是采用一個(gè)光源，經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)設(shè)計(jì)，使其分解為兩列光波，一路通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)空氣竄，另一路穿過(guò)采樣氣室后在某處相遇，此時(shí)由于滿(mǎn)足光的相干條件， 從而產(chǎn)生丁涉條紋。在這二種氣體監(jiān)測(cè)儀表中，載體催化燃燒方式監(jiān)測(cè)可燃?xì)鉂舛鹊姆椒▽渚€(xiàn)性和穩(wěn)定性較好，以爆炸下限百分體積濃度為單位的濃度標(biāo)度方法能統(tǒng)一衡量各種可燃?xì)鉂舛人尸F(xiàn)的爆炸危險(xiǎn)度，且量程符合工業(yè)要求，故被較多的用于爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所可燃性氣體的測(cè)量。當(dāng)Pt絲中通以工作電流使之達(dá)到臨界反應(yīng)溫度(320350。將△R，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，通過(guò)這一阻值變化，轉(zhuǎn)換為電壓變化，從而通過(guò)A／D轉(zhuǎn)換可得到被測(cè)氣體的濃度值。世