【正文】 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(shù)據(jù)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。 21 表 PTR20xx工作模式 設置 引腳接入電平 模塊工作狀態(tài) TXEN CS PWR 工作頻道 芯片狀態(tài) 0 0 1 1 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。具體單片機與 PTR20xx模塊的連接圖如圖 。接通電源后，振 23 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。18V (3) 對比較信號源的內(nèi)阻限制較寬 (4) 共模范圍很大，為 0～ ()Vo (5) 差動輸入電壓范圍較大，大到可以等于電源電壓 (6) 輸出端電位可靈活方便地選用 O u t p u t 21O u t p u t 12V c c3I n p u t 14+ In p u t 15I n p u t 26+ In p u t 27O u t p u t 3 14O u t p u t 4 13GND 12+ In p u t 4 11I n p u t 4 10+ In p u t 3 9I n p u t 3 8L M 3 3 9R?1KR?1K 圖 LM339元件圖 24 LM339的輸出端相當于一只不接集電極電阻的晶體三極管，在使用時輸出端到正電源一般須接一只電阻（稱為上拉電阻，選 315K）。 26 系 統(tǒng) 初 始 化數(shù) 據(jù) 處 理接 收 P T R 2 0 0 0 數(shù) 據(jù)調(diào) 用 串 行 口 通 信 程 序顯 示 瓦 斯 濃 度結 束檢 測 值 ≥ 1 %聲 、 光 報 警YN開 始 圖 手持部分主程序流程圖 串行口子程序設計 本設計中的無線傳輸模 塊 PTR20xx，其通過串行口與單片機的連接，并將數(shù)據(jù)傳送至單片機中，而串行口需要單獨編程，首先設置定時器 T1的工作方式和計數(shù)初值，當計數(shù)結束時產(chǎn)生中斷請求， CPU響應中斷并清除中斷標志，開始通過串行口發(fā)送數(shù)據(jù)，檢測數(shù)據(jù)是否發(fā)送完成，若未發(fā)送完，則返回繼續(xù)發(fā)送直至發(fā)送完成，發(fā)送的同時，手持部分的單片機開始接受數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)校驗，若校驗數(shù)據(jù)正確，則置數(shù)據(jù)有效標志位，否則置數(shù)據(jù)錯誤標志位，程序結束，具體程序流程圖如圖 。 (2) 各部分元器件的選擇。其次是軟件部分的程序流程圖的論證，看是否正確，不正確給以更正。一個系統(tǒng)的設計，論證過程的必不可少的部分。 本文所做的工作有： (1) 完成了瓦斯?jié)舛葯z測儀的整體構思和設計。 671312AL M 3 39 ( 1 / 4 )8914312AL M 3 39 ( 1 / 4 )101113312AL M 3 39 ( 1 / 4 )1 N 47 3 4 1 N 47 3 5 1 N 47 3 7 1 N 47 3 8R11 00 K R41 00 KR61 00 KR 1 01 00 KR22 .2 KR82 .2 KR72 .2 KR 1 12 .2 KR31KR51KR91KR 1 21KL E D L E D L E DL E D452312AL M 3 39 ( 1 / 4 )9V 干電池R 1 34 .7 KR 1 44 .7 KR 1 54 .7 KR 1 64 .7 K 圖 電池電量監(jiān)測電路 25 4 系統(tǒng)軟件設計 現(xiàn)場單片機主程序設計 處于現(xiàn)場部分的單片機的程序設計，主要包括傳感器的初始化，傳感器的狀態(tài)控制，當傳感器完成預熱后，調(diào)用 A/D轉(zhuǎn)換子程序進行數(shù)據(jù)采集，然后進行數(shù)據(jù)的處理，當數(shù)據(jù)處理完畢后，就進行串行口通信，將得到的數(shù)據(jù)通過串行口送出，最后送至 PTR20xx無線傳輸模塊進行發(fā)射 ,具體程序流程圖如圖 。該電壓比較器的特點有： (1) 失調(diào)電壓小，典型值為 2mV (2) 電源電壓范圍寬，單電源為 236V，雙電源電壓為 177。 CD4511與單片機、數(shù)碼管組成的系統(tǒng)顯示模塊的總連接電路圖如圖 。 PTR20xx的 CS引腳和 GND連接，即使固定通信頻道為頻道 1。 PWR=1時，正常工作狀態(tài)， PWR=0時，待機微功耗狀態(tài) 7 TXEN 發(fā)射接收控制。 10 BIN 基準電源電壓輸入端 11 VEE 負電源輸入端，輸入 15V 電源 19 12 bipoff 正電源輸入端，輸入 +15V 電源 13 10Vin 10V 量程模擬電壓輸入端 14 20Vin 20V 量程模擬電壓輸入端 15 DG 數(shù)字地端 16～ 27 DB0DB11 12 條數(shù)據(jù)總線。10V 兩檔四種 (5) 電源電壓： 177。因此，輸入 A/D轉(zhuǎn)換器 17 的電壓范圍是 4～ 。 表 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/d 180 歐 30h/d 270 歐 1h/d 由于手持部分的特殊性，只能使用 電 池供電，而單片機的供電電壓為 5V直流電，且要求電壓穩(wěn)定，所以在設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，以供單片機使用。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，其特點如下： (1) 與 MCS51 兼容 (2) 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲器 (3) 壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) (4) 數(shù)據(jù)保留時間： 10 年 (5) 全靜態(tài)工作： 0Hz24MHz (6) 三級程序存儲器鎖定 (7) 1288 位內(nèi)部 RAM (8) 32 可編程 I/O 線 (9) 兩個 16 位定時器 /計數(shù)器 (10) 5 個中斷源 (11) 可編程串行通道 (12) 低功耗的閑置和掉電模式 (13) 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 (14) 工作溫度為 55℃ ～ +125℃ (15) 最高工作電壓 正是由于 AT89C51單片機具有如上特點，其工作溫度范圍寬，能夠適應礦井下惡劣的環(huán)境，且具有較高的可靠性，和抗干 擾能力，所以此處選用此單片機作為控制器。單片機型號的選擇是根據(jù)控制系統(tǒng)的目標、功能、可靠性、性價比、精度和速度等來決定的。 12 圖 MQ214靈敏度特性曲線 0120 10 0 10 20 30 40 50 60degreeRs/Ro33%RH85%RH 圖 MQ214溫濕度特性曲線 無線數(shù)據(jù)傳輸模塊的選擇 從模塊內(nèi)置芯片數(shù)據(jù)傳輸?shù)木幋a方式、芯片外圍元件的數(shù)量、功耗、發(fā)射功率、芯片的封裝和管腳數(shù)等幾個方面來考慮，本設計采用 PTR20xx作為無線傳輸模塊。5% 預熱時間 不少于 24s 其測量電路如圖 。適用于煤礦井下作業(yè)環(huán)境測量空氣中的甲烷氣體濃度，所以本設計選擇其作為傳感器，對照本設計的所要達到的指標要求， MQ214可燃性氣體傳感器在各方面都達到了要求，是比較理想的選擇。隔爆型儀表設計須注意如下幾個方面 ： (1) 確定合理的外殼結構 根據(jù)儀表的特點，專門設計與原結構相適應的外殼，達到既不損害儀表原來使用特征又經(jīng)濟合理的外殼，外殼腔內(nèi)有細長通道，避免腔內(nèi)發(fā)生壓力重疊現(xiàn)象 ,外殼的材質(zhì)采用新型的工程塑料和優(yōu)質(zhì)輕合金 ，結構輕巧。圖 ，主要由單片機、無線接收模塊、電源時鐘及復位電路、報警電路、顯示電路組成。因此，研制先進適用的煤礦瓦斯氣體監(jiān)測儀對煤礦工業(yè)安全生產(chǎn)，減少事故發(fā)生和生命財產(chǎn)損失有重要意義，市場應用前景十分廣闊。其有易燃、易爆等特點，因此煤礦對瓦斯的治理應非常重視。 綜合來說，目前市場上的每種系統(tǒng)都可能存在量程小、體積大、功耗大、需短期內(nèi)校準、使用壽命短、無數(shù)據(jù)傳輸方式等其中某種或某幾種缺點。該儀器的缺點是：測量范圍有限、精度較低、響應時間長。巷道截面對中頻及其以下頻率的無線 傳輸影響較小，所以在本設計中可選用適當頻率的無線電波作為無線傳輸方式。長距離微波通信干線可以經(jīng)過幾十次中繼而傳至數(shù)千公里仍可保持很高的通信質(zhì)量。 3 無線傳輸技術概述 常用的無線傳輸方式有 藍牙、紅外、 UWB、 ZigBee、 WIFI、微波、無線電波 ，其中 藍牙、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。 (2) 采區(qū)回風巷、采掘工作面回風巷風流中瓦斯?jié)舛瘸^ 1%時，必須停止工作，撤出人員，并由礦總工程師負責采取措施，進行處理。主要成分是甲烷 ( 4CH )、一氧化碳 (CO)和二氧化碳 ( 2CO )、硫化氫 ( 2HS)等 。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。而目前國內(nèi)礦井中用于瓦斯檢測的設備比較落后，這些設備探測范圍小，反應時間長，數(shù)據(jù)傳輸采用有線方式，且具有成本高、功耗高和設備龐大等特點，不適應大多數(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 設備，增強礦井的安全監(jiān)測能力。 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、無線發(fā)射模塊 PTR20xx組成。 煤礦瓦斯氣體概述 要設計一個瓦斯?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，才能很好地對其進行檢測，下面就將對瓦斯氣體的特性和爆炸條件作詳細地介紹。 瓦斯氣體的爆炸 瓦斯爆炸須具備 3個條件 ： 4CH 濃度、 2CO 濃度及引爆溫度。放炮地點附近 20 米以內(nèi)風流中的瓦斯?jié)舛冗_到 1%時，嚴禁放炮。無線電技術是通過無線電波傳播信號， 現(xiàn)在，無線電有著多種應用形式， 包括無線數(shù)據(jù)網(wǎng)，各種移動通信以及無線電廣播等，其傳輸距離遠，是應用最廣的 無線通信手段。 礦井無線傳輸受工作頻率、導體、巷道截面 (包括形狀 尺寸 )、拐彎、分支、傾斜、風門等影響，其特點有 ： ① 礦井無線傳輸受巷道截面和傳輸頻率影響。這種儀器的缺點是：體積較大，無法方便攜帶，工作環(huán)境要求很高，無法進行野外探測；測量時要先對氣體取樣，無法實時探測，功率很大一般達到 2500W，需要與計算機相連。當兩個氣室的溫度等條件相同時，由于甲烷的折射率 n=，而空氣的折射率 n=，便可以利用測量干涉條紋的移動對甲烷的濃度進行定量分析。雖然通過煤炭生產(chǎn)、加工和利用等各個環(huán)節(jié)，提供了相當多的就業(yè)機會，但每個環(huán)節(jié)卻同時帶來了環(huán)境污染、安全等一系列的問題。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，往往導致群死群傷，而且揚起的煤塵