【正文】 首先對各系統(tǒng)的電路圖連接方式和元器件的選擇進(jìn)行論證，看能否實現(xiàn)其相對應(yīng)的功能，有不妥當(dāng)?shù)牡胤郊右孕薷模酝晟圃O(shè)計。該檢測儀分為兩部分，即處于現(xiàn)場監(jiān)測點(diǎn)的部分和用戶手持的部分，各部分由相關(guān)部件組成，現(xiàn)場部分所檢測得來的數(shù)據(jù)通過無線傳輸模塊，傳送到手持部分的單片機(jī)中進(jìn)行處理和判斷。 電池電量監(jiān)測電路4 系統(tǒng)軟件設(shè)計 現(xiàn)場單片機(jī)主程序設(shè)計處于現(xiàn)場部分的單片機(jī)的程序設(shè)計，主要包括傳感器的初始化，傳感器的狀態(tài)控制，當(dāng)傳感器完成預(yù)熱后，調(diào)用A/D轉(zhuǎn)換子程序進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，當(dāng)數(shù)據(jù)處理完畢后，就進(jìn)行串行口通信，將得到的數(shù)據(jù)通過串行口送出，最后送至PTR2000無線傳輸模塊進(jìn)行發(fā)射,。 　　　　 聲音報警電路　　　　　　　　　 光報警電路 電池電量監(jiān)測電路設(shè)計本設(shè)計將用到LM339集成塊內(nèi)部的四個獨(dú)立的電壓比較器。這時只要將要顯示的數(shù)據(jù)的代碼輸入到A～D口，送完后，將LE清零。其功能是PTR2000將接收到的數(shù)據(jù)解調(diào)后，輸出到單片機(jī)中。這里不管AD574A 是處在啟動、轉(zhuǎn)換和輸出結(jié)果，使能端CE 都必須為1，因此將AT89C51的寫控制線和讀控制線通過與非門74LS00 與AD574A 的使能端CE 相連。當(dāng)為低電 平時，啟動A／D轉(zhuǎn)換；當(dāng)為高電平時，將轉(zhuǎn)換結(jié)果讀出。(4) 模擬電壓輸入范圍：0—10V和0—20V，0—177。信號采集及調(diào)理電路圖如圖9所示。 系統(tǒng)電源設(shè)計 煤礦現(xiàn)場部分電源設(shè)計由于煤礦礦井下可采用有線電纜供電，所以本設(shè)計中采用220V交流市電，經(jīng)變壓、整流濾波、穩(wěn)壓后得到所需電源。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(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比。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。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。；；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。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。瓦斯?jié)舛葯z測儀的功能是能夠檢測濃度，同時本著方便使用的原則，還應(yīng)具備聲光報警、濃度顯示等功能。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，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) 使用報警電路，當(dāng)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(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，但是很少有能實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)?，本文針對煤礦氣體檢測儀的現(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)計及論證(4) 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(5) 系統(tǒng)軟件的設(shè)計2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計本系統(tǒng)的總體方案設(shè)計包括：系統(tǒng)總體構(gòu)成和工作原理；系統(tǒng)的設(shè)計要求或者指標(biāo)；系統(tǒng)設(shè)計原理。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。 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)幾個以煤為主要能源的國家之一。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。(1)氣相色譜儀該類儀器可以檢測、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。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?、實時和靈活的監(jiān)測。波長為3000米～。放炮地點(diǎn)附近20 米以內(nèi)風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛冗_(dá)到1%時，嚴(yán)禁放炮。 瓦斯氣體的爆炸瓦斯爆炸須具備3個條件：濃度、濃度及引爆溫度。 煤礦瓦斯氣體概述 要設(shè)計一個瓦斯?jié)舛葯z測儀，就必須首先搞清楚瓦斯氣體，明確研究對象的性質(zhì)及其爆炸所需的條件等，只有在明確了研究對象之后，才能很好地對其進(jìn)行檢測，下面就將對瓦斯氣體的特性和爆炸條件作詳細(xì)地介紹。該瓦斯?jié)舛葯z測儀分為現(xiàn)場部分和手持部分兩部分，現(xiàn)場部分是處于瓦斯檢測點(diǎn)的部分，這部分主要由瓦斯傳感器、信號調(diào)理、A/D轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)、無線發(fā)射模塊PTR2000組成。而目前國內(nèi)礦井中用于瓦斯檢測的設(shè)備比較落后，這些設(shè)備探測范圍小，反應(yīng)時間長，數(shù)據(jù)傳輸采用有線方式，且具有成本高、功耗高和設(shè)備龐大等特點(diǎn)，不適應(yīng)大多數(shù)煤礦的需求，因此需要研制一種集成化、智能化、小型化、無線化的新型瓦斯檢測報警設(shè)備，增強(qiáng)礦井的安全監(jiān)測能力。在我國的煤礦生產(chǎn)事故中，瓦斯爆炸造成的傷亡和損失成為實現(xiàn)安全生產(chǎn)的最大障礙，及時準(zhǔn)確地檢測瓦斯?jié)舛群蛨蟾嫖ｋU在安全生產(chǎn)中具有重要意義。主要成分是甲烷()、一氧化碳(CO)和二氧化碳()、硫化氫()等。(2) 采區(qū)回風(fēng)巷、采掘工作面回風(fēng)巷風(fēng)流中瓦斯?jié)舛瘸^1%時，必須停止工作，撤出人員，并由礦總工程師負(fù)責(zé)采取措施，進(jìn)行處理。 無線傳輸技術(shù)概述常用的無線傳輸方式有藍(lán)牙、紅外、UWB、ZigBee、WIFI、微波、無線電波，其中藍(lán)牙、紅外、UWB、ZigBee、WIFI適用于短距離或中距離無線信號傳輸，微波和無線電波適用于中遠(yuǎn)距離傳播，由于礦井巷道比較狹長，中短距離的無線傳輸方式在此無法使用，下面著重介紹兩種較長距離數(shù)據(jù)傳送方式。這種通信方式,也稱為微波中繼通信或稱微波接力通信。因此。但當(dāng)甲烷濃度較大時，催化元件溫度過高會使催化劑氧化或者燒斷鉑金絲而損壞儀器。缺點(diǎn)是：當(dāng)水蒸氣含量較高時，測量精度下降，需要經(jīng)常更換藥品；儀器的安裝較困難，讀數(shù)不方便，讀數(shù)的精度直接與使用人員的操作有很大關(guān)系；測量范圍有限，精度不高。瓦斯()是在成煤過程中形成并大量貯存于煤層之中的氣體，對人體的危害是超限時能引起人窒息死亡。我國煤礦的瓦斯災(zāi)害是比較嚴(yán)重的，瓦斯災(zāi)害始終是煤礦安全生產(chǎn)的大敵，日前已成為制約煤礦安全生產(chǎn)的主要矛盾。主要由單片機(jī)、氣體檢測與變送單元、A/D轉(zhuǎn)換電路、電源時鐘及復(fù)位電路、無線發(fā)射模塊組成。如外殼的各配合面(隔爆面)，另一方面外殼要有一定的機(jī)械強(qiáng)度。負(fù)端串接一電阻后，通過其在不同的瓦斯氣體中的電阻值的變化來確定瓦斯?jié)舛鹊拇笮?，是催化氧化型的一種氣體傳感器，具有抗氣體干擾能力強(qiáng)、選擇性好、反應(yīng)速度快、靈敏度高、線性和穩(wěn)定性好、功耗低、壽命長、體積小等特點(diǎn)。相對濕度： 65%177。此處建議使用1000ppm液化氣或5000ppm甲烷校準(zhǔn)傳感器。正因為如此國內(nèi)外多家電子生產(chǎn)廠商把目光投向了單片機(jī)的生產(chǎn)，其中最為著名的當(dāng)數(shù)INTEL公司生產(chǎn)的MCS51系列單片機(jī)。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS51指令集和輸出管腳相兼容。 南孚9V電池的終止電壓和使用壽命測試條件終止電壓使用壽命620歐2h/d180歐30h/d270歐1h/d 由于手持部分的特殊性，只能使用電池供電，而單片機(jī)的供電電壓為5V直流電，且要求電壓穩(wěn)定，所以在設(shè)計中采用了三端集成穩(wěn)壓芯片LM7805，由其輸出端提供穩(wěn)定的+5V電壓，以供單片機(jī)使用。當(dāng)控制電平端輸入高電平時，電路處于恢復(fù)狀態(tài)(Q1三極管關(guān)斷)，輸入電壓略小于3V。1/2LBS或177。15V和5V(6) 數(shù)據(jù)輸出格式：12位/8位(7) 芯片工作模式：全速工作模式和單一工作模式，其對應(yīng)個管腳的功能、。通過這12條數(shù)據(jù)總線向外輸出A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。TXEN=1時，模塊為發(fā)射狀態(tài)；TXEN=0時，模塊為接收狀態(tài)，設(shè)置不同的引腳輸入電平將得到不同的工作模式，可以由此設(shè)置讓PTR2000無線傳輸模塊工作于接收或者放射狀態(tài)。PTR2000的PWR引腳連接到VCC上，使PTR2000的固定工作在正常工作狀態(tài)。接通電源后，振蕩器產(chǎn)生的音頻信號電流通過電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場。因為當(dāng)輸出晶體三極管截止時，它的集電極電壓基本上取決于上拉電阻與負(fù)載的值,另外，各比較器的輸出端允許連接在一起使用。據(jù)不完全統(tǒng)計，2003年中國煤炭產(chǎn)量占世界產(chǎn)量的35%，可事故傷亡人數(shù)卻占80%. 2004年中國有6009名煤礦工人因發(fā)生礦難而死亡。各子系統(tǒng)采用AT89C51單片機(jī)來作為控制部件，協(xié)調(diào)各部分完成規(guī)定的任務(wù)，按照各部分的任務(wù)設(shè)計好電路圖，最后將各部分連在一起形成一個整體。致 謝參考文獻(xiàn)[1] ,2007,5[2] ,2007,6[3] ,[4] [M].北京:人民郵電出版社，[5] [M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2005[6] [J].機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，[7] 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