【正文】 同時(shí)采用聲光報(bào)警系統(tǒng)，一旦瓦斯超標(biāo)，系統(tǒng)立即提醒正在井下作業(yè)的工人緊急撤離，避免人員傷亡，并且還運(yùn)用紅外遙控系統(tǒng)來進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。 1 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 課題：煤礦瓦斯在線監(jiān)測與報(bào)警系統(tǒng) 2 摘 要 能源工業(yè)是一個(gè)國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的命脈。 煤礦生產(chǎn)安全監(jiān)控系統(tǒng)，是目前為止實(shí)際通風(fēng)甲烷管理工作中最重要和最有效的自動化手段，已經(jīng)裝備監(jiān)控系統(tǒng)的煤礦的甲烷事故發(fā)生率大為下降，實(shí)踐證明，煤礦生產(chǎn)安全監(jiān)控系統(tǒng)對保障煤礦安全生產(chǎn)，提高煤礦生產(chǎn)率，提高煤礦自動化程度以及促進(jìn)煤礦管理現(xiàn)代化水平，都有著舉足輕重 的作用 在文章里，我針對瓦斯的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出同時(shí)監(jiān)測高低濃度的瓦斯系統(tǒng)，全天候不間斷的對井下瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行監(jiān)測。 國外的監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)理論上講高于國內(nèi)發(fā)展水平，但應(yīng)用于國內(nèi)煤礦尚有一定的局限性，如煤礦管理模式生產(chǎn)方式的不同，價(jià)格過高不適于國內(nèi)煤礦現(xiàn)有條件，除在傳感器技術(shù)方面可供 借鑒外，其它僅具一定 參考價(jià)值。 綜上所述，開發(fā)研制適用于中小型煤礦生產(chǎn)安全監(jiān)控系統(tǒng)的任務(wù)迫在眉睫，而根據(jù)我國煤礦生產(chǎn)和管理模式，依照我國的有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，其技術(shù)的先進(jìn)性、產(chǎn)品的可靠性和實(shí)用性則是本項(xiàng)目的關(guān)鍵所在。因此，除在傳感器技術(shù)方面可供借鑒外，其它僅具一定的參考價(jià)值。該傳感器可以有效的監(jiān)測井下低濃及高濃瓦斯，試用范圍非常廣泛。其缺點(diǎn)是探測元件的壽命較短，不能測高濃度瓦斯，硫化氫及硅蒸氣會引起元件中毒而失效。這一原理是利用氣敏半導(dǎo)體被加熱到 200℃時(shí)，其表面能夠吸附瓦斯而改變其電阻值來檢測瓦斯?jié)舛取? 煤礦監(jiān)測瓦斯?jié)舛茸兓膫鞲性饕幸韵聨追N類型： 1） 純鉑絲傳感元件 純鉑絲傳感元件具有對沼氣濃度變化反應(yīng)靈敏的優(yōu)點(diǎn)外，還具有耐氧化、抗毒性能 9 好的優(yōu)點(diǎn)。但其敏感性不強(qiáng)，分辨率較差，只適用于高濃度瓦斯變化的檢測。這種傳感器的優(yōu)點(diǎn) 是精度較高，輸出信號較大（ 1% CH4時(shí)，輸出電壓可達(dá) 20～25mv），且不受其它可燃?xì)夂突覊m存在的影響。采掘工作面風(fēng)流中瓦斯?jié)舛冗_(dá)到％時(shí)，必須停止工作，撤出人員，切斷電源，進(jìn)行處理；電動機(jī)或其開關(guān)地點(diǎn)附近20 米以內(nèi)風(fēng)流中瓦斯?jié)舛冗_(dá)到 ％ 時(shí)，必須停止運(yùn)轉(zhuǎn)，撤出人員，切斷電源，進(jìn)行處理。其基本原理是根據(jù)甲烷在一定的溫度條件下氧化燃燒，且在一定的濃度范圍內(nèi)，不同濃度的甲烷在燃燒過程中要釋放出熱量不同的特性，來達(dá)到測定甲烷濃度的目的在考慮上述問題之后我們選擇MQ5傳感器 圖 12 圖 MQ5氣敏元 結(jié)構(gòu) 形如圖 (結(jié)構(gòu) A或 B),由微型 AL2O3陶瓷管、 SnO2敏感層 ,測量電極 加熱器構(gòu)成 敏感元 固定 塑料或不銹鋼制成 腔體 ，加熱器氣敏元 提供 必 工作條 。這種傳感器可檢測多種可燃?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 型氣敏元件對不同種類，不同濃度的氣體有不同的電阻值。 AT89S51 的引腳說明 AT89S51 是一個(gè)低功耗高性能單片機(jī)， 40 個(gè)引腳， 32 個(gè)外部雙向輸入 /輸出 （ I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含 2 個(gè)外中斷口， 2 個(gè) 16 位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器 ,2 個(gè)全雙工串行通信口，AT89S51 可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。 P1 口 (1 腳～ 8 腳 )： P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。 P2 口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號和控 制信號。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。 /PSEN（ 29 腳 ） ：外部程序存儲器的選 通信號。 單片機(jī)的 I/O 口擴(kuò)展 器件 由于單片機(jī)本身只有 4 個(gè) 8 位并行輸入輸出 I/O 接口， 1 個(gè)串行 I/O 接口，非常有限，所以當(dāng) I/O 口不能滿足設(shè)計(jì)需求時(shí)則需要我們進(jìn)行 I/O 口的擴(kuò)展。封裝好的氣敏元件有 6 只針狀管腳，其中 4 個(gè)用于信號取出，2 個(gè)用于提供加熱電流。 5% Vh:177。而靈敏度的調(diào)節(jié)是依靠調(diào)節(jié)負(fù)載電阻 RL來實(shí)現(xiàn)的。為“ 1”時(shí)表示正信號輸入，為“ 0”時(shí)表示負(fù)信號輸入。 2l 腳： MODE，工作方式選擇端。 27 腳： SEND， 與外設(shè)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換控制端。 3 39 腳： REF IN+、 REF IN，基準(zhǔn)電壓輸入正端與負(fù)端 3 38 腳： REFCAP+、 REFCAP，基準(zhǔn)電容輸入端。 第 四 章 數(shù)據(jù)顯示電路 顯示器的選擇 我們選用 LED 數(shù)碼管作為顯示器件。 由于 采用動態(tài)顯示，因此除了要給顯示器提供顯示段碼之外，還要對顯示器進(jìn)行位的控制，即通常 所說的“段控”和“位控”。當(dāng)采集到的瓦斯?jié)舛瘸^預(yù)先設(shè)定的上限值時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出聲光報(bào)警信號。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中要實(shí)現(xiàn)的功能有：用戶機(jī)的單片機(jī)系統(tǒng)要完成定時(shí)地對瓦斯?jié)舛?的 進(jìn)行 檢測， 將瓦斯?jié)舛戎档倪M(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換，動態(tài)地顯示采集到的瓦斯?jié)舛戎担暪鈭?bào)警。 由于此次顯示電路是為了顯示瓦斯?jié)舛戎登移錆舛仁亲兓?，所以我么采用動態(tài)顯示。其中蜂鳴器我們采用 +5 伏直流蜂鳴器，其屬于無源蜂鳴器，內(nèi)部封裝有音頻振蕩電路只要外加 +5 直流電源電壓即可起振發(fā)聲。 主程 序編好后編制各從屬的程序和子程序，最后完成整個(gè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。同時(shí)根據(jù)甲烷濃度特性曲線做出相應(yīng)的濃度與電壓信號之間的數(shù)據(jù)對應(yīng)表，在 單片機(jī)接收到采集轉(zhuǎn)換之后的數(shù)字電壓信號后，通過查找數(shù)據(jù)對應(yīng)表輸出相應(yīng)甲烷濃度，并通過 LCD1602 液晶顯示器顯示出當(dāng)前甲烷濃度值。在每個(gè)機(jī) 器周期的 S5P2 期間采樣 T0、 T1 引腳電平。 液晶顯示電路 41 圖 液晶顯示電路 1602 液晶是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點(diǎn)陣型液晶模塊它有若干個(gè)5X7 或者 5X11 等點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符。它和 25 針接頭一樣 DCE（終端電纜）接頭使用公外殼、母連接針，而 DTE(計(jì)算機(jī) )使 用母外公連接針。 圖 42 濃度正常仿真界面 硬件聯(lián)合調(diào)試 調(diào)試工作是對前期工作的的一個(gè)整體評估，實(shí)質(zhì)性的檢查。串行數(shù)據(jù)輸入端口 RXD 連接到 MAX232 第一組收發(fā)器的輸出端口R1 OUT，用于接 收 PC 串行輸入的數(shù)據(jù)。 15腳背光正極， 16 腳背光負(fù)極 ； +5V電壓，對比度可調(diào) 內(nèi)含復(fù)位電路 ； 提供各種控制命令 ,如：清屏、字符閃爍、光標(biāo)閃爍、顯示移位等多種功能 ； 有 80 字節(jié)顯示數(shù)據(jù)存儲器 DDRAM； 內(nèi)建有 192 個(gè) 5X7 點(diǎn)陣的字型的字符發(fā)生器 CGROM； 8個(gè)可由用戶自定義的 5X7的字符發(fā)生器 CGRAM； 42 串口通信電路 圖 RS232串口通信電路 RS232 接口標(biāo)準(zhǔn)是 EIA 廣泛使用的標(biāo)準(zhǔn)，它有多重不同的版本，例如RS60232C\RS232D\RS232E 等。 【 10】 標(biāo)識符號 地址 寄存器名稱 ； P3 0B0H I/O 口 3 寄存器 ； PCON 87H 電源控制及波特率選擇寄存器 ； SCON 98H 串行口控制寄存器 ； SBUF 99H 串行數(shù)據(jù)緩沖寄存器 ； TCON 88H 定時(shí)控制寄存器 ； TMOD 89H 定時(shí)器方式選擇寄存器 ； TL0 8AH 定時(shí)器 0 低 8 位 ； TH0 8CH 定時(shí)器 0 高 8 位 ； TL1 8BH 定時(shí)器 1 低 8 位 ； TH1 8DH 定時(shí)器 1 高 8 位 ； 聲光報(bào)警電路 圖 聲光報(bào)警電路 40 報(bào)警電路由 PNP 三極管、蜂鳴器、 LED 和限流電阻組成，如 圖 。此次我們用的也為 10k，其他接口內(nèi)部有上拉電阻，作為輸出口時(shí)不需外加上拉電阻。通過外部中斷 INT1 來完成，由于檢測瓦斯?jié)舛仍跁r(shí)間上較嚴(yán)格，更不允許丟失數(shù)據(jù)，所以 INT1 的中斷優(yōu)先級設(shè)定 為高。系統(tǒng) 軟件 設(shè)計(jì)采用自頂向下、模塊化、結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計(jì)方法，把總的編程過程逐步細(xì)分，分解成一個(gè)個(gè)功能模塊，每個(gè)模塊相互獨(dú)立，其正確與否不依賴其它模塊，每個(gè)模塊都能完成一個(gè)明確的任務(wù)、實(shí)現(xiàn)某個(gè)具體的功能。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m b e r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 1 7 J u n 2 0 0 6 S h e e t o f F i l e : H : \ 最后的東西 \ z u i最后的圖 1 . D D B D r a w n B y :A1B2QA3QB4QC5QD6C L K8C L R9QE10QF11QG12QH137 4 L S 1 6 4R 1 4 1K+ 5 vabfcgdeD P Y1234567abcdefg8dpdpabfcgdeD P Y1234567abcdefg8dpdpabfcgdeD P Y1234567abcdefg8dpdp12345678161514131211109abfcgdeD P Y1234567abcdefg8dpdpR9 510R8 510R 1 0 5109 87 4 L S 0 411 107 4 L S 0 413 127 4 L S 0 4R 1 1 5101 2A7 4 L S 0 4R X DT X DP 1 . 6P 1 . 5P 1 . 4P 1 . 3 圖 52 顯示電路設(shè)計(jì) 顯示電路設(shè)計(jì)為 四 位 LED， 由單片機(jī) 89S51 的 串行輸出口經(jīng)串行輸入轉(zhuǎn)并行輸出來 控制 段選 ， 位選接在 P1 口的 ～ 。當(dāng)發(fā)光二極管 正向?qū)〞r(shí)，借著點(diǎn)亮每一段的 LED 就可以顯示出數(shù)字。 主程序 單片機(jī) 系統(tǒng)上電后，首先 要對系統(tǒng) 進(jìn)行初始化， 初始化程序包括內(nèi)存空間的分配、初始變量的設(shè)置、設(shè)定堆棧指針等。這種設(shè)計(jì)是為了采用動態(tài)顯示方式。本設(shè)計(jì)采用的就是共陰極接法 的數(shù)碼管 。在這里我們經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換器 ICL7109 將其進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 31 腳： AZ，自零電容端，接自零電容 AZC 。 24 腳： OSCSET，時(shí)鐘振蕩器方式選擇端，高電平時(shí)采用 RC 振蕩器工作方式，低電平時(shí)采用品體振蕩器工作方式。 17 腳： TEST，自身功能檢測端。 第三 章 A/D轉(zhuǎn)換電路 ICL7109 ICL7109 芯片簡介 G N D1S T A T U S2P O L3OR4B 1 25B 1 16B 1 07B98B89B710B611B512B413B314B215B116T E S T17L B E N18H B E N19C E / L O A D20M O D E21O S C I N22O S C O U T23O S C S E T24B U F O U T25R U N / H O L D26S E N D27V28R E F O U T29B U F30AZ31I N T32C O M33I N L O34I N L I35R E F I N +36R E F C A P +37R E F C A P 38R E F I N 39V C C40I C L 7 1 0 9 圖 41 ICL7109 的管腳圖 由 ICL7109 的引腳圖可見其采用 40 腳封裝，其中各個(gè)引腳的功能意義如下： 1 腳 ： GND， 邏輯地 。 因此，在使用此類型氣敏元件時(shí)，靈敏度的調(diào)整是很重要的。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m b e r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 1 1 J u n 2 0 0 6 S h e e t o f F i l e : H : \ 論文 \ 電路原理圖 . 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