【正文】 ）和輸入（ ）。 低功耗空閑和掉 電模式 。 1000 次擦寫(xiě)周期 。 AT89C52 芯片 芯片的介紹 圖 34 AT89C52 單片機(jī)管腳圖 89 系列同 8051 系列相比具有以下特點(diǎn)： 4KB 可編程序 FLASH 存儲(chǔ)器（可經(jīng)受 1000 次的寫(xiě)入 /擦除周期）；全靜態(tài)工作： 0～24MHz，三級(jí)程序存儲(chǔ)器保密。 2℃ Vc:177。其中 VH 用于為傳感器提供特定的工作溫度。當(dāng)傳感器所處的環(huán)境中存在可燃?xì)怏w時(shí)，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中可燃?xì)怏w濃度的增加而增大。 要進(jìn)行 — 個(gè)具體的測(cè)量工作，首先要考慮采用何種傳感器，而這需要分析多方面的因素之后才能確定。但當(dāng)濃度大于 1 %CH4 時(shí)，其反應(yīng)遲鈍，選擇性和線性 均較差，所以很少用于煤礦井下甲烷濃度的檢測(cè)，而多用于可燃?xì)怏w的檢漏報(bào)警。其優(yōu)點(diǎn)是熱導(dǎo)元件和儀器設(shè)計(jì)制作比較簡(jiǎn)單，成本低 ,量程大，可連續(xù)檢測(cè)，有利于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)遙測(cè)，被測(cè)氣體不發(fā)生物理化學(xué)變化，讀數(shù)穩(wěn)定，元件壽命長(zhǎng)。其優(yōu)點(diǎn)是準(zhǔn)確度高，堅(jiān)固耐用，校正容易，高低濃度均可測(cè)量，還可測(cè)量二氧化碳濃度 。 當(dāng)甲烷濃度達(dá)到 %以上時(shí)，為了保護(hù)黑白元件，電橋間斷工作，顯示器閃爍，顯示的值只能作為參考。 ～ 真值的 10% ～ 177。 哈爾濱理工大學(xué)成人教育學(xué)院畢業(yè)論文 8 通過(guò)優(yōu)化電路設(shè)計(jì)和應(yīng)用誤差理論分析，盡可能減小測(cè)量誤差，提高測(cè)量精度。另外，從全國(guó)煤礦現(xiàn)狀來(lái)看，各礦通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)都是從進(jìn)風(fēng)井到井下各硐室、到掘進(jìn)頭、到回采面、到回風(fēng)井，瓦斯監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)配置、斷電控制，煤礦井下瓦斯?jié)舛忍筋^與地面控制室與地面主要領(lǐng)導(dǎo)的手機(jī)與礦、縣、市、省、國(guó)家主管部門(mén)聯(lián)網(wǎng)，甚至與天上衛(wèi)星聯(lián)網(wǎng)，無(wú)疑是最完善的系統(tǒng)、最發(fā)達(dá)的網(wǎng)絡(luò)、最完善的布局、最先進(jìn)的手段，但瓦斯爆炸事故依然存在，并沒(méi)有根本得到改觀。另外，遇事不用科學(xué)手段進(jìn)行自救，不用基本知識(shí)進(jìn)行自我保護(hù)，心慌意亂、害怕、恐懼、慌亂中出錯(cuò)是個(gè)體生命最大的殺手。 煤礦安全生產(chǎn)的措施：及時(shí)將煤礦內(nèi)的瓦斯抽出；不要穿有金屬鞋底的鞋子。該傳感器可以有效的監(jiān)測(cè)井下低濃及高濃瓦斯，試用范圍非常廣 泛。而且單片機(jī)內(nèi)部具有 8 路 A/D 轉(zhuǎn)換和大容量的ROM 和 RAM，不需要外部擴(kuò)展電路，硬件電路結(jié)果簡(jiǎn)單，維護(hù)方便）設(shè)計(jì)出了基于單片機(jī)的瓦斯傳感器。 80 年代初，世界各產(chǎn)煤國(guó)檢測(cè)裝置的缺點(diǎn)是： 1）測(cè)量范圍小 2）易受高濃度瓦斯和硫化物的中毒以及存在零點(diǎn)漂移和靈敏度漂移問(wèn)題，存在檢測(cè)不準(zhǔn)確及井下校準(zhǔn)困難等弊端（每 7 天校準(zhǔn)一次）。本文所設(shè)計(jì)一種低成本的可燃性氣體報(bào)警器設(shè)計(jì)，能夠監(jiān)控礦井的瓦斯氣體的濃度，顯示測(cè)量結(jié)果，并對(duì)當(dāng)前 的環(huán)境狀態(tài)做出判斷，發(fā)出報(bào)警信息。 該系統(tǒng)由兩臺(tái) DRS— 4 型計(jì)算機(jī)控制，共有 128 個(gè)測(cè)頭。目前，在瓦斯檢測(cè)儀總占主導(dǎo)地位的是催化瓦斯檢測(cè)儀，據(jù)最早文獻(xiàn)記載， 1943 年以前美國(guó)已制成 VCC 瓦斯測(cè) 量?jī)x，日本在鉑絲元件上加上涂有催化劑的載體小珠，制成最早的載體催化元件并利用這種原件制成了北辰型瓦斯指示器。在去年又接連發(fā)生了多起甲烷爆炸事故，事故的結(jié)果觸目驚心，因此通過(guò)強(qiáng)化甲烷管理，提高通風(fēng)甲烷檢測(cè)監(jiān)控水平，已成為中小型煤礦甲烷檢測(cè)監(jiān)控的最迫切的任務(wù)之一 。文中首先闡述了 CH4監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展及狀況，其次著重介紹了我們此次基于甲烷傳感器 MQ7和單片機(jī)AT89C51的煤礦瓦斯監(jiān)測(cè)報(bào)警器。 可有效防止和避免瓦斯燃燒或爆炸的惡性事故發(fā)生，對(duì)避免人員傷亡財(cái)產(chǎn)損失有著積極的作用 。 【 2】 根據(jù)煤礦三班作業(yè)的實(shí)際情況，目前至少需要 300 萬(wàn)個(gè)瓦斯報(bào)警器，可見(jiàn)其市場(chǎng)非常廣闊。從此，催化瓦斯傳感器進(jìn)入了其發(fā)展過(guò)程中的全盛時(shí)期。在這些要求中，努力提高元件的穩(wěn)定性、延長(zhǎng)使用壽命是中心課題。采用直接的語(yǔ)音播報(bào)方式，可以主動(dòng)向現(xiàn)場(chǎng)人員提供各種信息，哈爾濱理工大學(xué)成人教育學(xué)院畢業(yè)論文 3 遇到危險(xiǎn)情況還能作為緊急廣播使用。體積小，能實(shí)時(shí)快速的對(duì)外部事件作出響應(yīng)，迅速采集大量數(shù)據(jù)，做出邏輯判斷與推理后實(shí)現(xiàn)被控對(duì)象的參數(shù)調(diào)整與控制，且能滿(mǎn)足檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)要求，所以基于單片機(jī)的智能瓦斯檢測(cè)系統(tǒng) 設(shè)計(jì)的開(kāi)發(fā)有很大意義。 哈爾濱理工大學(xué)成人教育學(xué)院畢業(yè)論文 4 課題的主要研究?jī)?nèi)容與要求 這次 畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容與要求是：設(shè)計(jì)一個(gè)瓦斯氣體安全監(jiān)控裝置，在氣休濃度一定的范圍內(nèi)進(jìn)行安全檢測(cè)，并能 在礦內(nèi)瓦斯?jié)舛冗_(dá)到報(bào)警上限限時(shí)進(jìn)行聲光報(bào)警，通知礦內(nèi)工作人員及時(shí)撤離減少人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。 哈爾濱理工大學(xué)成人教育學(xué)院畢業(yè)論文 5 第 2 章 瓦斯報(bào)警系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì) 瓦斯爆炸的原因及因素 ，瓦斯只在一定的濃度范圍內(nèi)爆炸，這個(gè)濃度范圍稱(chēng)瓦斯的爆炸界限，其最低濃度界限叫爆炸下限，其最高濃度界限叫爆炸上限，瓦斯在空氣中的爆炸下限為 5～ 6％，上限為 14～ 16％。 ，禁止吸煙，禁止使用手機(jī)等等 ，另有少量的乙烷。同時(shí)，如何從現(xiàn)有使用的技術(shù)產(chǎn)品中找出不足并加以改善和提高，這是預(yù)防控制煤礦瓦斯爆炸事故最為直接最為有效的方法。本課題中完整的煤礦氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由以下四部分組成： （ 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(lèi)和濃度有關(guān)的信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)； （ 2）顯示單元：根據(jù)測(cè)量信號(hào)，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(cè)氣體濃度超出設(shè)定報(bào)警值時(shí)，發(fā)出聲光報(bào)警； （ 4）數(shù)據(jù)采集分析軟件：運(yùn)用 C 語(yǔ)言編寫(xiě)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檢測(cè)系統(tǒng)其他的技術(shù)參數(shù)還有存儲(chǔ)數(shù)據(jù)性能、傳輸數(shù)據(jù)性能、使用壽命與可靠性等。 在保證儀器功能的前提下，盡可能降低成本，以軟代硬，化繁為簡(jiǎn)。探頭通電 10s 內(nèi)，顯示為 并閃爍， 10s 以后顯示甲烷濃度且不閃爍 [3]。如果黑白元件的一臂發(fā)生開(kāi)路或短路故障，儀器顯示“ ”。 熱催化式是利用甲烷在催化元件上的氧化生熱引起電阻的變化來(lái)測(cè)定甲烷濃度。其優(yōu)點(diǎn)是采用這一原理的儀器精度高，選擇性好 ,不受其它氣體影響，測(cè)量范圍寬，可連續(xù)檢測(cè) 。其優(yōu)點(diǎn)是讀數(shù)不受氣壓影響 ,其缺點(diǎn)是不適合測(cè)量低濃度甲烷，一般只用來(lái)檢測(cè)礦井抽放甲烷管道中的甲烷濃度，對(duì)背景氣體、粉塵及氣溫變化很敏感。利用該原理的甲烷測(cè)定器是當(dāng)前國(guó)內(nèi)測(cè)量低濃度甲烷的檢測(cè)儀器中采用最廣泛的一種，而且還在不斷的提高和發(fā)展。這種傳感器可檢測(cè)多種可燃?xì)怏w，是一款適合多種應(yīng)用的低成本傳感器。在滿(mǎn)足傳感器電性能要求的前提下， VC 和 VH 可以共用同一個(gè)電源電路。 預(yù)熱時(shí)間 不少于 48 小時(shí) 敏感體功耗（ Ps）值可用下式計(jì)算： 傳感器電阻（ Rs ），可用下式計(jì)算： Ps=Vc2 Rs/(Rs+RL)2 Rs=(Vc/VRL1) RL D. 靈敏度調(diào)整： MQ5 型氣敏元件對(duì)不同種類(lèi)，不同濃度的氣體有不同的電阻值。 PD 是掉電方式位，當(dāng) PD = 1 時(shí)激活掉電工作方式， IDL 是空閑工作位，當(dāng) IDL = 1 時(shí)激活空閑方式，當(dāng) PD 和 IDL 同時(shí)為 1 時(shí)，則先激活掉電方式。 256 8 字節(jié)內(nèi)部 RAM。在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低 8 位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用 ,在訪問(wèn)期間激活內(nèi)部上拉電阻。對(duì)端口 P2 寫(xiě)“ 1”通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高 電平，此時(shí)可作為輸入口。當(dāng)振蕩器工作時(shí)， RST 引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。在此期間，當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，將跳過(guò)兩次 ________PSEN 信號(hào)。并非所有的地址都被定義，從 80HFFH 共 128 個(gè)字節(jié)只有一部分被定義，還有相當(dāng)一部分沒(méi)有定義，對(duì)沒(méi)有定義的單元讀寫(xiě)將是 無(wú)效的，讀出的數(shù)值將不確定，而寫(xiě)入的數(shù)據(jù)也將丟失。如 8 位 ADC 滿(mǎn)量程為 5V，則它能分辨的最小電壓為 p=5000mV/256≈20mV,既模擬電壓小于 20mV， ADC 就不能轉(zhuǎn)換了。 ULSB ，能與 8 位微處 理器接口 TTL 兼容 ，供電電壓為 +5V ，時(shí)鐘頻率范圍是： 10 ～1280KHZ，當(dāng)時(shí)鐘頻率為 500KHZ 時(shí)，對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)換時(shí)間為 125uS ICL7109 雙積分式 A/D 轉(zhuǎn)換器 位二進(jìn)制形式輸出，并帶有極性和溢出位 ； TTL 兼容，具有三態(tài)控制輸出； ，能用來(lái)方便地監(jiān)視和控制轉(zhuǎn)換時(shí)間； ，只需外接晶體或 RC 器件； (UART)數(shù)據(jù)交換制式，可通過(guò)簡(jiǎn)單的并行或串行接口與微機(jī)相接； ； 30 次； ； ； 1012Ω； 20mw； 在選用 A/D 轉(zhuǎn)換之前，主要應(yīng)根據(jù)使用的場(chǎng)合的具體要求，按照轉(zhuǎn)換速度、精度、價(jià)格、功能以及接口條件來(lái)決定選擇何種類(lèi)型。地址輸入和控制線： 4 條 ALE 為地址鎖存允許輸入線，其高電平有效。 OE為輸出允許信號(hào) ,用于控制三條輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。 LCD1602 液晶顯示器采用標(biāo)準(zhǔn)的 16 腳接口，其中： 第 1 腳： VSS 為電源地； 第 2 腳： VDD 接 5V 電源正極； 第 3 腳： V0 為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源 時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高（對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì) 產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè) 10K 的電位器調(diào)整對(duì)比度）； 第 4 腳： RS 為寄存器選擇，高電平 1 時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平 0時(shí)選擇指令寄存器； 第 5 腳： RW 為讀寫(xiě)信號(hào)線，高電平 (1)時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平 (0)時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操作； 第 6 腳： E(或 EN)端為使能 (enable)端； 第 7～ 14 腳： D0～ D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)端； 第 15～ 16 腳：空腳或背燈電源。因 ADC0809 的內(nèi)部沒(méi)有時(shí)鐘電路 ,所需時(shí)鐘信號(hào)必須由外界提供，通常使用頻率為 500KHZ,VREF（＋） ,VREF（－）為參考電壓輸入。 哈爾濱理工大學(xué)成人教育學(xué)院畢業(yè)論文 22 表 32 通道選擇表 C B A 選擇的通道 0 0 0 IN0 0 0 1 IN1 0 1 0 IN2 0 1 1 IN3 1 0 0 IN4 1 0 1 IN5 1 1 0 IN6 1 1 1 IN7 數(shù)字量輸出及控制線： 11 條 ST為轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)。多路開(kāi)關(guān)可選通 8 個(gè)模擬通道，允許 8 路模擬量分時(shí)輸入時(shí)，共用 A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換速度是轉(zhuǎn)換時(shí)間的倒數(shù)。 哈爾濱理工大學(xué)成人教育學(xué)院畢業(yè)論文 19 AD 轉(zhuǎn)換芯片選擇 A/D 轉(zhuǎn)換器是測(cè)試系統(tǒng)的一個(gè)非常 重要的環(huán)節(jié)，其芯片種類(lèi)多，性能各異，功能引腳不盡相同，因此實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)分辨率和轉(zhuǎn)換時(shí)間兩個(gè)重要參數(shù)選擇適當(dāng)?shù)男酒? 在 Flash 存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上＋ 12V 的編程允許電源 Vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用 12V編程電壓 Vpp。 哈爾濱理工大學(xué)成人教育學(xué)院畢業(yè)論文 18 如有必要，可通過(guò)對(duì)特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)中的 8EH 單元的D0 位置位，可以禁止 ALE 操作。 P3 口： P3 口是具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口 ,P3 口的輸出緩沖可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4 個(gè) TTL 邏輯門(mén)電路。作為輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流 I。 可編程串行 UART 通道 。 8 字節(jié)可重擦寫(xiě) Flash 閃速存儲(chǔ)器 。由于實(shí)驗(yàn)條件有限無(wú)法進(jìn)行此校準(zhǔn)過(guò)程。 3Ω室溫 PH 加熱功耗 ≤ 900mW 參數(shù)名稱(chēng) 技術(shù)條件 備注 Tao 使用溫度 10℃－＋ 50℃ Tas 儲(chǔ)存溫度 20℃－＋ 70℃ RＨ 相對(duì)濕度小 95％ RＨ O2 氧氣濃度 21％ (標(biāo)準(zhǔn)條件 ) 氧氣濃度會(huì)影響靈敏度特性 最小值大于２％ 符號(hào) 參數(shù)名稱(chēng) 技術(shù)參數(shù) 備注 R 敏感體表面電阻 2KΩ 20KΩ (20xxppm C3H8 ) 適用范圍： 30010000ppm 甲烷，丙烷，丁烷，氫氣 α (R1000ppm/ R500ppm H2) 濃度斜率 ≤ 標(biāo)準(zhǔn)工作條件 溫度 20℃177。 傳感器的基本測(cè)試電路：該傳感器需要施加 2 個(gè)電壓，加熱器電壓（ VH）和測(cè)試電壓（ VC）。家庭用氣體泄漏報(bào)警器對(duì)丁烷、丙烷、甲烷的靈敏度較高 工業(yè)用可燃?xì)怏w報(bào)警器長(zhǎng)壽命、低成本 便攜式氣體檢測(cè)器簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)電路即可 MQ5 氣體傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫 (SnO2)。其缺點(diǎn)是測(cè)量低濃度甲烷困難，空氣濕度對(duì)儀器讀數(shù)有影響，傳感器結(jié)構(gòu)復(fù)雜。其優(yōu)點(diǎn)是對(duì)微量甲烷比較敏感、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低。 熱導(dǎo)式