【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 單片機與 PTR20xx的通信速率可約定為 9600bit/s，單片機選用 12MHz的晶振。 R?1 0 KR?1 0 KV C C1CS2DO3DI4P W R6T X IN7GND5P T R 2 0 0 0 圖 PTR20xx模塊引腳圖 PTR20xx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 STS=1 時，表示轉換器正處于轉換狀態(tài)，當 STS=0 時，聲明 A/D 轉換結束，通過此信號可以判別 A/D 轉換器的工作狀態(tài)，作為單片機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與單片機連接圖 圖 是 AT89C51 單片機與 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 的數據口 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 數據模式選擇端， 為高電平時，輸出數據為 12 位；當為 低電平時，數據是作為兩個 8 位字輸出 3 CS 片選端 低電平有效 4 Ao 轉換位數控制信號。1LBS (3) 轉換速率： 25us (4) 模擬電壓輸入范圍： 0—10V 和 0—20V， 0—177。整個電路的輸出 電壓與瓦斯傳感器電阻之間的運算關系 如式 。加熱時，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 手持部分的電源設計 數據采集與信號 調理電路部分設計 根據 MQ214數據手冊規(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后進行測量，然后經過 45s進行恢復，因此電路具有 “6V電壓加熱 ”和 “自然恢復 ”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 現場部分的電源電路圖設計 手持部分電源設計 16 手持部分的電源采用 南孚 9V 電池 (6LR61 堿性電池 )供電， 其 技術數據 為 ：電壓： 9V，尺寸 (mm)：高 長 寬 ， 有效期： 3 年。 系統(tǒng)電源設計 煤礦現場部分電源設計 由于煤礦礦井下可采用有線電纜供電，所以本設計中采用 220V交流市電，經變壓、整流濾波、穩(wěn)壓后得到所需電源。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除 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，以及實際的運行工況比較復雜，這些都對單片機的干擾較大，所以應采用抗干擾性能較好的單片機機型；二是要有較高的性價比。它的優(yōu)異特性使其非常適合于應用在便攜式及手持產品的設計中， 13 符合本設計的要求，其具體性能指標如下： (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傳頻段 433MHz (3) 采用 FSK調制 /解調，可直接進入數據輸入 /輸出，抗干擾能力強，特別適合工業(yè)控制場合 (4) 采用 DDS(直接數據合成 )＋ PPL頻率合成技術，因而頻率穩(wěn)定性好 (5) 靈敏度高達 105dBm (6) 工作電壓低 (),功耗小，接受待機狀態(tài)電流僅為 8uA (7) 具有兩個頻道，可滿足需要多信道工作的場合 (8) 工作頻率最高達 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串口進行連接 (如 AT89C51),也可以用 RS232與計算機接口連接，軟件編程方便 (10) 標準的 DIR管腳間距更適合于嵌入式設備 (11) 由于采用了低發(fā)射功率、高接收靈敏的設計，因此使用無需申請許可證，開闊地時使用距離最遠可達 1000m 單片機型號選擇 隨著計算機技術的發(fā)展，單片機因具有集成度高、體積小、速度快、價格低等特點而在許多領域如過程控制、數據采集、機電一體化、智能化儀表、家用電器以及網絡技術等方面得到廣泛應用 .從而使這些領域的技術水 平、自動化程度大大提高。該模板在內部集成了高頻接收、 PLL合成、 FSK調制 /解調、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傳產品。 因此，在使用此類型氣敏元件時，靈敏度的調整是很重要的。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則詳細闡述了傳感器的靈敏度特性，標示出了其檢測范圍。 這種傳感器的外觀圖和結構如圖 ，由兩個引腳構成，一正一負，正端接 6V電源，此電源要求有較高穩(wěn)定性，否則對測量結果會產生誤差。由于隔爆型儀表具有低電壓、小電流特點，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構，使隔爆型儀表結構簡單，加工方便。隔爆型儀表的主要特點是有一個可靠的隔爆外殼，它將把可能產生火花和危險溫度的儀表傳感器、電阻電路及接線端子等，都放 在隔爆外殼里，達到外殼內可能 9 發(fā)生的爆炸不影響周圍易燃易爆物質，它的設計方法與隔爆型電器和電機基本相類似。 瓦斯?jié)舛葯z測儀的功能是能夠檢測 4CH 濃度，同時本著方便使用的原則，還應具備聲光報警、濃度顯示等功能。 系統(tǒng)總體構成及工作原理 系統(tǒng)硬件結構圖如圖 。 使用單片機 AT89C51 作為控制芯片，用匯編語言進行程序設計，采用甲烷氣體傳感器、信號調理電路、 A/D 轉換器、無線發(fā)射模塊、無線接收模塊加上顯示報警電路等器件構成系統(tǒng)， 具體部件及其功能如下： (1) 使用數碼管顯示瓦斯?jié)舛鹊拇笮? (2) 使用報警電路，當瓦斯?jié)舛瘸^ 1%時發(fā)出報警信號 (3) 使用發(fā)射和接收模塊對信號進行無線傳輸 (4) 使用電源監(jiān)測電路對干電池電量進行監(jiān)測 目 前國內有一些用于煤礦中 CH4氣體的 檢測儀，但是很少有能實現無線數據傳輸的，本文針對煤礦氣體檢測儀的現狀及發(fā)展趨勢，閱讀了大量文獻及資料，研發(fā)了基于無線傳輸的瓦斯?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) 單片機的選用 (3) 系統(tǒng)方案的設計及論證 (4) 系統(tǒng)硬件電路的設計 (5) 系統(tǒng)軟件的設計 7 2 系統(tǒng)總體方案設計 本系統(tǒng)的總體方案設計包括：系統(tǒng)總體構成和工作原理；系統(tǒng)的設計要求或者指標；系統(tǒng)設計原理。第四、大量的瓦斯從通風井排入大氣，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和消費國，也是世界上少數幾個以煤為主要能源的國 家之一。光學干涉儀的特點是：使用的條件要求不高，精度可以達到 ，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，則折射率會發(fā)生改變，光程也會發(fā)生變化，所看到的干涉條紋就發(fā)生移動。它的特點是：體積小、重量輕、線性度較好、可實現電量輸出、使用方便、價格便宜。 (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，目前國內一臺這樣的儀器要 8萬元。 4 ② 巷道截面對無線傳輸的影響程度與波長有關，當巷道截面等效半徑與波長相差不大于 10倍時 (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的影響較大；巷道截面等效半徑遠遠小于波長，或遠遠大于波長時，巷道截面對無線傳輸的影響較小。建立礦井無線安全監(jiān)測與預警信息系統(tǒng)可以對有線監(jiān)控系統(tǒng)難以監(jiān)測的區(qū)域實施十分有效、實時和靈活的監(jiān)測。一般說來 ,由于地球幽面的影響以及空間傳輸的損耗 ,每隔 50公里左右 ,就需要設置中繼站 ,將電波放大轉發(fā)而延伸。 波長為3000 米～ 毫米 。 (5) 采掘工作面內，體積大于 ，局部積聚瓦斯?jié)舛冗_到 2%時，附近 20米內，必須停止工作，撤出人員，切斷電源，進行處理。 (4) 采掘工作面風流中瓦斯?jié)舛冗_到 1%時，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?，實時掌握瓦斯?jié)舛葼顩r是煤礦安全的頭等大事?？諝庵屑淄闈舛瘸^ 40%時，空氣中的氧含量將下降到 12%以下，此時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，必須首先學習有關瓦斯的知識，了解瓦斯的性質和特點。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煤炭行業(yè)的安全生產具