【正文】 他 真誠、樸實、熱情開朗的性格和 平易近人的高尚品德使我深受感動，受益匪淺。如何預防，這就要靠一些技術(shù)上的手段來實現(xiàn)了，孕育而生了煤礦瓦斯報警器和瓦斯 檢 測系統(tǒng)等技術(shù)支持。 LED 顯示子程序流程圖 顯 本設(shè)計中采用共陰極的動態(tài)顯示法，每位延時顯示 2ms，從左至右逐位顯示，顯示緩沖區(qū)為 40H44H 五個單元， MAX7219 的 ADP 口輸出段碼數(shù)據(jù)， DIG0DIG3輸出位選碼。其中的NC 是空腳 ； CAP+是儲能電容正極； CAP是儲能電容負極 ； LV 是輸入低電壓控制端，輸入電壓低于 時，該腳接地，輸入電壓高于 5V 時該腳必須懸空 ； OSC是作時鐘輸入端 。典型的全負荷的 MAX756效率大于 87%。 +3V 穩(wěn)壓源的設(shè)計 +3V 電壓的實現(xiàn)需要 LM317 芯片。途中上拉電阻保證按鍵斷開時檢測線上有 穩(wěn)定的高電平，當某一按鍵被按下時，對應(yīng)的檢測線就變成了低電平，而與其它鍵向?qū)?yīng)的檢測線仍為高電平，東北石油大學 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 從而很容易識別出被按下的鍵。因此，要根據(jù)儀器中的 CPU 忙、閑情況，選擇適當?shù)逆I盤工作方式。 鍵盤的組成 便攜 儀器普遍使用出多個 按鍵組合在一起而構(gòu)成的按鍵式鍵盤，鍵盤中的每一個按鍵都表示一個特定的意義（功能或數(shù)字）。加在 DIN 腳上的串行數(shù)據(jù) ,必須在 LOAD 信 號為高電平的前提下 ,以每兩個字節(jié)為一個數(shù)據(jù)包在 CLK 信號上升沿移入 16 位的移位寄存器。在此瞬間，段選碼由控制 I/O 口輸出相應(yīng)字符電平，位選 I/O 口輸出位選碼 (共陰極送低電平、陽極送高電平 )以保證位顯示相應(yīng)字符。根據(jù)顯示方式不同，位選線與段選線的連接方法不同。當某個發(fā)光二極管的陽極為高電平時，發(fā)光二極管點亮。 表 35 X25045 狀態(tài)寄存器 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 X X WD1 WD0 BL1 BL0 WEL WIP WD1＝ 0， WD0=0，預置時間為 ； WD1＝ 0， WD0=1，預置時間為 ； WD1＝ 1， WD0=0，預置時間為 ； WD1＝ 1， WD0=1，禁止看門狗工作 。 C1 C15 的時間常數(shù)不必太大，有數(shù)百微秒即可 ， 因為這時 CPU 的振蕩器已經(jīng)在工作。 圖 311 X25045 芯片引腳圖 東北石油大學 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 其引腳功能如下： CS：片選擇輸入； SO：串行輸出，數(shù)據(jù)由此引腳逐位輸出； SI：串行輸入，數(shù)據(jù)或命令由此引腳逐位寫入 X25045； SCK：串行時鐘輸入，其上升沿將數(shù)據(jù)或命令寫入，下降沿將數(shù)據(jù)輸出； WP：寫保護輸入。 不管是哪一種復位電路都要保證在 RESET 引腳上提供 10ms 以上穩(wěn)定的高電平。 如 圖39 所示是一個 A/D 轉(zhuǎn)換器與單片機的接口電路。 XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中， ATMEL 的AT89C51 是一種高效微控制器 [14]。 74LS373 的輸出端 Q0Q7 可直接與總線相連 。此地址經(jīng)譯碼選通 8 路模擬輸入之一到比較器。其內(nèi)部有一 個 8 通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通 8路模擬輸入信號中的一個進行 A/D 轉(zhuǎn)換 [12]。 圖 35 雙運放高共模抑制比放大電路圖 由電路可 得： 東北石油大學 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 1341 )1( iO URRU ??? (31) 62521 R UUR UU OiiO ??? (32) 所以由式 (31)和式 (32)得： 51634256 )1()1(RURRRURRU iiO?????? (33) 又因為輸入共模電壓 2/)( 21 iiic UUU ?? ，輸入 差模電壓 12 iiid UUU ?? ，將它們帶入式 (33)可得： idicOURR RRRRURR RRU???????)21(21)1(5364565364 (34) 為了獲得零共模增益，式 (34)右邊第一項必須為零，可取 6453 RRRR ? 此時，電路得差動閉環(huán)增益為：561 RRKd ?? 因為從傳感器輸出得電壓信號為 090mv，為了取得較大的 A/D 轉(zhuǎn)換器輸入信號，需要對其放大，取 R3=R6=5000Ω， R4= R5=100Ω，放大倍數(shù)為 51 倍。如果使用雙電源，能達到最好的放大效果。 10 靈敏度 (mV) 20 1%甲烷 線形度（ %） 05 測量范圍 0~100%LEL 04%瓦斯 輸出電壓（ mV） ≈ 090 響應(yīng)時間 (90%) 小于 10 秒 恢復時間 (90%) 小于 30 秒 使用環(huán)境 40 +70℃ 低于 95%RH 儲存環(huán)境 20 +70℃ 低于 95%RH 外形尺寸（ mm） 14 19 MJC4/ 型傳感器 的特點 橋路輸出電壓呈線性，響應(yīng)速度快。其原理框圖如圖 31 所示。 這章主要介紹瓦斯檢測儀的硬件電路設(shè)計。 采用載體元件檢測瓦斯時，只要維持甲烷 空氣混合氣體中有足夠量的氧，并維持一定的高溫條件，就會在元件表面產(chǎn)生無焰燃燒。但由于它處在與黑元件相同的工作環(huán)境中，所以，對非甲烷濃度變化 引起的催化元件阻值變化（環(huán)境溫度變化、濕度變化、風速變化、電源電流變化等）起補償作用，從而提高儀器零點穩(wěn)定性和抗干擾能力 。鉑絲線圈是元件的骨架，是一只用鉑絲繞制的小螺旋線圈，正常工作時通過一個 100200mA 左右的電流，加熱催化劑，使催化劑達到起燃溫度，同時，又可利用鉑絲電阻值催化劑溫度而改變的性質(zhì)，測出鉑絲電阻增量。 載體熱催化元件的結(jié)構(gòu)如圖 22 所示 。催化燃燒式傳感元件，屬氣敏熱效應(yīng)型傳感器，它具有體積小 (典型值為長 3mm,直徑 的小圓柱體 )，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便等特點，是目前國內(nèi)外檢測瓦斯的主要傳感器。如圖 21 所示 。該法用于高濃度瓦斯測量時效果較好。瓦斯爆炸和燃燒跟氧氣濃度的關(guān)系如 下 圖 11 所示 。 瓦斯的引火溫度，即點燃瓦斯的最低溫度。正是由于瓦斯的性質(zhì)特殊，所以它也具有兩面性，例如 礦井瓦斯作為城市煤氣 供應(yīng)、礦井瓦斯發(fā)電等；但 礦井瓦斯在井下的生產(chǎn)中卻給我們帶來了很大的麻煩，被我們列 為有害氣體 [2]。 本文的重點是第三章和第四章，主要對瓦斯檢測單元部分進 行軟硬件的設(shè)計，并實現(xiàn)既定的功能。 20 世紀 70年代瓦斯斷電儀問世，裝備在采掘工作面，回風港道等井下固定地點，實現(xiàn)了對瓦斯的自動連續(xù)檢測 及超限自動切斷被控制設(shè)備的電源的功能。因此開發(fā)研制便于攜帶、多功能、精度高的智能型瓦斯檢測儀對促進煤炭行業(yè)的安全生產(chǎn)具有重要的現(xiàn)實意義。 關(guān)鍵詞： 瓦斯檢測； MJC4/ 氣體傳感器 ； AT89C51 單片機 東北石油大學 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） II Abstract In China, the vast majority of underground coal mining industry, coal mine gas explosion is one of major disasters, in order to ensure mine safety, the domestic has developed many types of gas detector, but all the traditional mon a larger, installation of plex defects. Therefore developed a portable gas detector intelligent coal industry to promote safety is of great significance. This paper discusses a portable gas detector works, and gives the principle of circuit design hardware and software system processes. The system mainly consists of power supply module, catalytic bustion gas sensor module, microprocessor control module, keyboard, LED display and sound and light alarm module parts. The device will be single chip control and timely data processing bined with sensor technology can not only accurately detect the concentration of gas underground in the air, but also according to the size of the gas concentration in time audible and visual alarm signals, and can be displayed through the LED display device the gas concentration. Key words: Gas detection。 本文主要論述了一種便攜式瓦斯檢測儀的工作原理，并給出了系統(tǒng)硬件原理電路設(shè)計與軟件系統(tǒng)流程。因此不把瓦斯事故控制住，就不能實現(xiàn)煤礦安全生產(chǎn)狀況的穩(wěn)定好轉(zhuǎn)，也就無法保障煤炭工業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展。 我國礦井瓦斯檢測技術(shù)經(jīng)歷了從簡單到復雜，從低水平到高水平的發(fā)展過程。 第二章介紹了瓦斯的性質(zhì)和瓦斯爆炸及其條件，還介紹了傳統(tǒng)的瓦斯檢測方法及其原理概述。沼氣 是無色、無味、無臭的氣體 ；常溫常壓時呈氣態(tài)；相 對 于空氣的比重是 ；難溶于水；擴散性較空氣高 ；無毒， 但濃度很高時，因氧含量減少會引起人窒息死亡；不助燃，在空氣中達到 一定濃度時（ 5%16%CH4）遇高溫能引起爆炸，引爆溫度一般大于650℃ ，在空氣中沼氣濃度大于 16%CH4時，遇火燃燒。當瓦斯?jié)舛鹊陀?5％ 時，遇火不爆炸，但能在火焰外圍形成燃燒層，當瓦斯?jié)舛葹?％ 時，其爆炸威力最大 (氧和瓦斯完全反應(yīng) )；瓦斯?jié)舛仍?16％ 以上時，失去其爆炸性，但在空氣中遇火仍會燃燒。 氧的濃度 。前者是測量元件，后者是補償元件。半導體氣敏器件靈敏度高，當混合氣體中待測氣體的含量不到千分之一時，器件的阻值就會發(fā)生足夠大的變化，并且它具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、價格便宜等優(yōu)點，因而在檢漏、報警、分析測量等方面獲得廣泛應(yīng)用。但所有與大氣折射率不同的氣體與瓦斯一樣，也均會產(chǎn)生干涉條紋，造成誤檢測，這是無法克服的缺點 。 載體催化燃燒式傳感元件 結(jié)構(gòu) 載體催化燃燒式傳感元件，屬氣敏熱效應(yīng)傳感器。鉑絲線圈被 α 型氧化鋁（ α 型氧化鋁的熔點 (2288K)和硬度 ()都很高 ）包圍，這個氧化物體稱載體。黑元件是載體催化燃燒式元件，當甲烷氣體在元件表面與氧氣產(chǎn)生無焰燃燒時，電橋失去平衡，輸出一個電壓信號送入主線路板放大，放大了的電壓信號送到 A/D 轉(zhuǎn)換模塊，實現(xiàn)對瓦斯?jié)舛鹊臋z測 。但它處在與黑元件相同的工作環(huán)境中，所以對非甲烷濃度變化引起的催化元件阻值變化起補償作用，從而提高儀器零點穩(wěn)定性和抗干擾能力。當瓦斯進入氣室時，在敏感元件 r2 表面上催化燃燒， r2 阻值隨溫度上升而增加為 r2+△ r2，而補償元件 r1 阻值不變，從而電橋失去平衡。具有操作簡單、讀數(shù)明顯、測量準確、穩(wěn)定性好等優(yōu)點，同時還具有防震、防塵、防潮濕、便于攜帶等優(yōu)點。 圖 32 MJC4/ 外觀圖 圖 33 MJC4/ 結(jié)構(gòu)圖 東北石油大學 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 MJC4/ 型傳感器技術(shù)指標 MJC4/ 型傳感 器技術(shù)指標 如表 31 所示。 一般傳感器后面的放大器必須具有很高的共模抑制比，同時要求有較 高的輸入電阻，以免對傳感器產(chǎn)生影響。22V OP07 的引腳圖如圖 34 所示 。它是外部被測模擬信號進入測量系統(tǒng)的前置通道，有時也稱預處理系統(tǒng)。要求時鐘頻率不高于 640KHZ； (9) REF(+)、 REF()： 基準電壓 ； (10) Vcc： 電源，單一＋ 5V； (11) GND： 接 地。 74LS373 鎖存器 單片機系統(tǒng)中常用的地址鎖存器芯片 74LS373 是帶三態(tài)緩沖輸出的 8D 觸發(fā)器，其引腳 圖與 真值表 如圖 37 和表 32 所示。 單片機的選擇 單片機系統(tǒng)基本組成包括輸入控制、輸出顯示、晶振、復位電路以及外圍功能器件等。 XTAL2： 接外部晶振的