【正文】 ～ IAX706是一種性能優(yōu)良的低功耗 CMOS監(jiān)控電 路芯片，其 內(nèi)部電路由上電復(fù)位、可重復(fù)觸發(fā)“看門狗”定時(shí)器及電壓比較器等 組成。具體的做法 是在數(shù)據(jù)發(fā)送狀態(tài)下，先將控制端置。 2．軟件的編程 485芯片的軟件編程對產(chǎn)品的可靠性也有很大影響。這樣本機(jī)的硬件故障就 不會使整個(gè)總線的通信受到影響。 1． 2隔離光耦電路的參數(shù)選取 在瓦斯數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，由于要對現(xiàn)場情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控及響應(yīng)，通信數(shù)據(jù) 30 椰‰一罌加 蠱雖 江蘇走擘碩士學(xué)位論文 的波特率往往做得較高 (通常都在 4800波特以 上 )。電路原理圖如圖 3． 15所示。 RS422定義了一種平衡通信接口將傳輸速率提高 到 lOMbps，傳輸距離延長到 4000英尺 (速率低于 lOOkbps時(shí) )，并允許在一條平 衡線上連接最多 10個(gè)接收器。許多不同領(lǐng)域都采 用 R8485作為數(shù)據(jù)傳輸鏈路。第 5腳 SDA為串行數(shù)據(jù)輸入／輸出， 數(shù)據(jù)通過這條雙向 12C總線串行傳送，和單片機(jī)的 P3． 7連接。 從器件的響麻信號結(jié)束后， SDA線返回高電平， 進(jìn)入下一個(gè)傳送周期。在開始信號以后，總線即被認(rèn)為處于忙狀態(tài)；在結(jié)束信 號以后的一段時(shí)間內(nèi)，總線被認(rèn)為是空閑的。 當(dāng)所有器件的時(shí)鐘信號都上跳為高電平時(shí)，低電平期結(jié)束， SCL線被釋放返 回高電半，即所有的器件都同時(shí)開始它們的高電平期。 SDA和 SCL均為雙向 I／ o線，通過上拉電阻接正電源。 CPU不僅能通過指令將某個(gè)功能單元電路掛靠或摘離總 線，還可對該單元的 T．作狀況進(jìn)行監(jiān)測，從而實(shí)現(xiàn)對硬件系統(tǒng)的既簡單又靈活的 擴(kuò)展與控制。單片機(jī)的 P1． 0、 PI， 1引腳分別接 MAX7219的 DIN、 CLK，以 P1． 2控制 LOAD引腳。 襲 3． 2姒 x7219地址格式 2．單片機(jī) 的串行 T作方式 AT89S52單片機(jī)串行口有四種發(fā)送 _T作方式，其中方式 0每幀共發(fā)送 8位數(shù)， 其他 T作方式下每幀發(fā)送均不為 8位數(shù)或其倍數(shù)。顯示測試寄存器設(shè)置器 件為正常 T作或測試狀態(tài)。 MAX7219的串行數(shù)據(jù)格 式如表 3． 1所示。 在奉課題的單片機(jī)數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)中，利用 MAXIM公司的串行接口 8位 LED顯 2l 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 示驅(qū)動器 MAX7219構(gòu)成顯示接口電路，僅需使用單片機(jī) 3個(gè)引腳，即可實(shí)現(xiàn)對 8 位 LED數(shù)碼管的顯示控制和驅(qū)動，線路非常簡單，控制簡單方便。 這種方式實(shí)際上可擴(kuò)展到所有的 MCU種類。轉(zhuǎn) 換結(jié)束時(shí)， AD7810將轉(zhuǎn)換結(jié)果鎖存到輸出移位寄存器中，同時(shí)自動將器件再一 次置于低功耗狀態(tài)。此后，在每一個(gè) SCLK脈沖的上升 沿，數(shù)據(jù)按由高到低的原則 (首先發(fā)送 DB9，最后發(fā)送 DBo)依次出現(xiàn)在 DOUT上。在自動低功耗模式下，該器件在轉(zhuǎn)換吞 吐率為 IkSPS時(shí)的功耗僅為 27 p w。數(shù)據(jù)代入公式得到： VH≈ 3V。當(dāng)在 REF端引入輸出反饋時(shí)，器件可以通過從陰極到陽極很寬 范同的分流來控制輸出電壓。 Rs與采樣回路電壓 vH 無關(guān)，只要保證參考電壓 VH穩(wěn)定就可 以。 =1． 25V， R． =470Q． R： =1500。數(shù)據(jù)代入公式得到： VCC=5． 08V。通過 調(diào)整接入 ADJ端和 Vout端電阻的比值，來改變輸出電壓。它的使用非常簡單，僅需兩個(gè)外接電阻來設(shè)置輸出電壓，此外線 性調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率也比標(biāo)準(zhǔn)的固定穩(wěn)壓器好。 3． 1系統(tǒng)原理框圖 基于氣體傳感器的甲烷氣體監(jiān)測系統(tǒng)主要由氣體傳感器、單片機(jī)、數(shù)據(jù)存儲 器以及 LED顯示器以及 RS一 485通訊接 1： 3等部分組成，其原理框圖如圖 3． 1所示。 2． 2． 3 AT89S52單片機(jī)的特點(diǎn) 1)兼容 MCS一 5l單片機(jī) 2)8K寧節(jié) FLASH存貯器支持在系統(tǒng)編程 ISPl000次擦寫周期 3)256字節(jié)片內(nèi) RAM 4)T作電壓 4． OV到 6． OV 5)全靜態(tài)時(shí)鐘 OHz到 33MHz 6)二級程序加密 7)32個(gè)可編程 I／ O口 8)3個(gè) 16位定時(shí)／計(jì)數(shù)器 9)6個(gè)中斷源 lO)上電復(fù)位標(biāo)志 11)完全的雙 T UART串行口 12)低功耗支持 Idle和 Power— down模式 13)Power down模式支持中斷喚醒 14)看門狗定時(shí)器 15)雙數(shù)據(jù)指針 此外，與 AT89C52相比， AT89S52新增加了許多功能，這將使單片機(jī)在工作 過程中具備更高的穩(wěn)定性和電磁抗干擾性。正岡為如此國內(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)。 氫 T烷 丙烷歷乏甲烷 歹／ 0 0． 59 I． 0％ 1．戰(zhàn) 2．嘣 2．嘣 圈 2． 2． 2輸出 vo在不同氣體及濃度下的變化曲線 5．溫濕度的影響 1)恒定濕熱試驗(yàn)： 40C， 95％ RH， 96小時(shí) (見圖 2． 2． 4)。其催化元件是采 用一種全新高活性的納米級過渡金屬合金低溫反應(yīng)催化劑作為新的敏感元件，取 代傳統(tǒng)的瓦斯燃燒催化劑。由 于隔爆犁儀表具有低電壓、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，加丁方便。為此，應(yīng)根據(jù)煤礦工作環(huán)境及 煤礦巷道中氣體監(jiān)測系統(tǒng)使用的特殊要求進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。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。等。其類型根據(jù)監(jiān)測對象可分 為可燃性氣體監(jiān)測儀、毒性氣體監(jiān)測儀和氧氣監(jiān)測儀等；從儀器結(jié)構(gòu)和方法上分 為袖珍式、便攜式和同定式。 0。光 T涉式氣體監(jiān)測儀表是利用了光的干涉原理實(shí)現(xiàn)對已知待 監(jiān)測氣體濃度的測量。本課題中完整的煤礦氣體監(jiān)測系統(tǒng)由以 下 五個(gè)部分組成： 1) 氣體傳感器：能感知環(huán)境中甲烷氣體及其濃度的一種敏感元件，它能將 與氣體種類和濃度有關(guān)的信息轉(zhuǎn)換成電信號 2) 顯示單元：根據(jù)測量信號，由單片機(jī)將待顯示數(shù)據(jù)按相應(yīng)方式進(jìn)行數(shù)據(jù) 傳輸給顯示處理模塊顯示于儀表 3) 聲光報(bào)警單元：當(dāng)監(jiān)測氣體濃度超出設(shè)定報(bào)警值時(shí)，發(fā)出聲光報(bào)警： 4) 通訊單元：將采集數(shù)據(jù)通過 RS485通訊方式進(jìn)行數(shù)據(jù)通信 5) 數(shù)據(jù)采集分析軟件；運(yùn)用 vc++編寫串口通訊軟件，實(shí)現(xiàn)氣體數(shù)據(jù)的采集、 分析及保存 煤礦氣體監(jiān)測系統(tǒng)其他的技術(shù)參數(shù)還有存儲數(shù)據(jù)性能、傳輸數(shù)據(jù)性能、 使用 壽命與可靠性等。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均 已在文中以明確方式標(biāo)明。s underground working envffonmenfs high humidity、 has flammable and detonahle gasses and smut， particularly with other location’ s working environment． SO the electric installation must conform blast protection requirement and must have grounding、 overflowing、 creepage protector． At mird chapter,the dissertation elaborated the CH4 detection instrument’ S hardware and software． The whole detection instrument39。 本課題采用鎮(zhèn)江中煤電子有限公司研發(fā)的無火焰燃燒式氣體傳感 器，以 AT89S52單片機(jī)作為硬件電路核心，研制煤礦瓦斯 (CH4)監(jiān)測 系統(tǒng)，開發(fā)出實(shí)現(xiàn)對 CH4的識別、濃度監(jiān)測、閩值報(bào)警以及實(shí)時(shí)上傳數(shù) 據(jù)至地面監(jiān)控 PC，通過串口通訊軟 件界面顯示。基于 at89s52單片機(jī)的煤礦瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)的研制 .txt偶爾要回頭看看，否則永遠(yuǎn)都在追尋，而不知道自己失去了什么。 論文首先闡述了 CH4監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展及現(xiàn)狀，通過對無火焰燃燒式 CH4傳感器的原理分析確立了系統(tǒng)的研發(fā)方向；接著介紹了監(jiān)測系統(tǒng)的 設(shè)計(jì)要求，由于煤礦井下工作環(huán)境特殊，空間狹窄，濕度大，有易燃易 爆的瓦斯和煤塵，所以，煤礦電氣設(shè)備必須符合防爆要求，應(yīng)有接地、 過流、漏電保護(hù)裝置。s hardcore is SCM AT89S52， according to the signal detected by the gas sensor to identify the ingredient“ the air and the Use eight LED nixie tube to display the gas consistency of CH4． Use keyboard panel to input the external mand； Adopt Data Flash AT24C02 produced by ATMEL to store the parameters and substantive data． Use III 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 eight LED nixie tube to display the gas consistency． Under the PC controlled mode． adopt RS一 485 protocol to realize the data being sent to the serial port munication software． The serial port munication software means lot to the SCM， not only realized data transfer,but also realize the SCM be controlled by PC． The serial port munication software is the useful tool for the instrument calibration and munication between SCM and PC． Base 011 the serial port munication protocol， the using of software could monitoring the status of the gas detection instrument all the time． fetch stored data in the flash， and call show the realtime CH4 value， SO the worker Can know the environment’ S statuS all the time． Key words： sensor； coal mine； data collection； serial munication 江蘇大學(xué)碩士學(xué) 位論文 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的 規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印 件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果 由本人承擔(dān)。 氣體傳感器是煤礦氣體監(jiān)測系統(tǒng)的重要組成部分，就其原理可以分為四大類： 光學(xué)類氣體傳感器、電化學(xué)類氣體傳感器、高分子材料類氣體傳感器及電學(xué)類氣 體傳感器。比較典型的產(chǎn)品有礦用光干涉型 CH4氣體監(jiān)測儀，它是利 用不同種類、不同濃度的氣體對光的折射率不同這一性質(zhì)，針對 CH4氣體設(shè)計(jì)適 當(dāng)?shù)墓饴废到y(tǒng)，把 CH4氣體濃度的變化轉(zhuǎn)換成光的干涉條紋的位置變化。 )后再涂覆催化活性 物 (Rh， Pd等 )構(gòu)成。袖珍式儀器的采樣方法為擴(kuò)散式，用于在危險(xiǎn)環(huán)境 中的丁作人員隨身攜帶：便攜式儀器用象吸式采樣，用于監(jiān)測人員定 期安檢：固 定式儀器用于煤礦升下同定地點(diǎn)氣體監(jiān)測。后兩種氣體含量少， RSOz易溶于水，經(jīng)煤 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 礦開采時(shí)的噴水處理后變成酸。第二，瓦斯煤塵爆炸，瓦斯 爆炸所產(chǎn)生的巨大沖擊波和高溫火焰，往往導(dǎo)致群死群傷，而且揚(yáng)起的煤塵又會 參與爆炸，摧毀巷道，毀壞設(shè)備，甚至毀滅整個(gè)礦井，給國家和人民生命財(cái)產(chǎn)造 成巨大損失。 2． 1系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 2． 1． 1技術(shù)指標(biāo)要求 本課題對煤礦氣體監(jiān)測儀表及其所用氣體傳感器在技術(shù)指標(biāo) 上的要求如下 1)麻用環(huán)境：煤礦氣體監(jiān)測 2)監(jiān)測對象：監(jiān)測甲烷氣體 3)測量范同：甲烷 0一 lo％ 4)靈敏度： 0． oi％ 5)響麻時(shí)間：≤ 30s 6)功耗：≤ lOOmW 7)環(huán)境 T作溫度范圍： 20 一 +70C 8)環(huán)境 T作濕度范圍： 95％ RH 2． 1． 2隔爆儀表設(shè)計(jì)要求 煤礦井下 T作環(huán)境特殊，空間狹窄，濕度大，有易燃易爆的瓦斯和煤塵，所 以，煤礦電器同一般電器有較大的區(qū)別。 (3)指示表結(jié)構(gòu) 為了使井下下作人員及時(shí)地了 解瓦斯?jié)舛葦?shù)據(jù)，隔爆型儀表帶有指示表。這種新的合金催化劑不僅對瓦斯催化反應(yīng)的活性極 高，臨界反席溫度 低，而且具有良好的催化選擇性，有利于提高報(bào)警器的靈敏性 和準(zhǔn)確性。 Y軸表示 vo的輸出電壓 值。 單片機(jī)型號的選擇是根據(jù)控制系統(tǒng)的目標(biāo)、功能、可靠性、性價(jià)比、精度和