【正文】 ................................. 20 ................................................ 22 ................................................ 23 ...................................................... 24 .......................................................... 24 5 礦內(nèi)空氣傳感器的軟件設(shè)計 .............................................. 25 .................................................. 25 總體設(shè)計思想 ................................................ 25 .............................................. 26 ...................................................... 26 .................................................. 26 AD轉(zhuǎn)換模塊 ................................................. 27 比較判斷函數(shù) ............................................... 28 ................................................ 29 ................................................ 29 ................................................ 30 .......................................................... 30 結(jié) 論 .................................................................... 30 致 謝 ................................................................... 30 附錄 A ................................................................... 32 1 1 緒論 系統(tǒng)簡介 本文的主要研究內(nèi)容 本 課題設(shè)計的是基于單片機的井下瓦斯?jié)舛戎悄軅鞲衅鳎撓到y(tǒng)以單片機AT89C51 為核心，包含甲烷濃度采樣器、把 220V 的交流電轉(zhuǎn)換成 5V 的直流電源、存儲器的擴展、 LCD 顯示器和報警裝置等組成。 人們對礦內(nèi)環(huán)境問題及工作人員健康問題日益重視，礦內(nèi)空氣品質(zhì)狀況受到越來越多的關(guān)注。 該系統(tǒng)可有效的降低瓦斯事故發(fā)生率，結(jié)構(gòu)靈活，擴展性強，具有較高的性價比， AT89C51的應(yīng)用實現(xiàn)了電子硬件設(shè)計的“軟件化”，大大的 提高了系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力，非常實用于各種大小煤礦井下瓦斯的監(jiān)測監(jiān)控，性能優(yōu)良，經(jīng)久耐用，可靠性高。 第五是軟件設(shè)計。 沼氣 (甲烷 CH4的俗稱 )礦井在我國煤礦生產(chǎn)礦井中所占比重很大，隨著礦井開采強度和深度的增加，沼氣涌出量也在不斷增加，沼氣積聚可能引起沼氣事故，及時掌握煤 3 礦井下沼氣動態(tài)是一件十分重要的工作。瓦斯在空氣的體積分?jǐn)?shù)達(dá)到一定的程度（ 5%～ 12%）時，在一定條件下可與空氣中的氧氣發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)而形成瓦斯爆炸，對煤礦安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。 20 世紀(jì) 70 年代瓦斯斷電儀問世，裝備在采掘工作面、回風(fēng)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。在井上，井下傳上來的數(shù)據(jù)通過專線與煤礦安全管理辦公室服務(wù)器和更高一級安全主管部門服務(wù)器連接。山西省煤炭系統(tǒng) 2022年底累計安裝使用瓦斯監(jiān)控系統(tǒng) 3868 套。測量的目的是為了在限定的時間內(nèi)盡可能正確地收集被測對象未知信息，以便掌握被測對象的參數(shù)及控制生產(chǎn)過程。不一致程度愈小，說明測量愈精密。對使用者來講總是希望有最少的錢買到一臺具有指定性能的儀器。《規(guī)程》規(guī)定其最高容許濃度為 ％。《規(guī)程》規(guī)定其最高容許濃度為 0． 004%。其優(yōu)點是準(zhǔn)確度高，堅固耐用，校正容易，高低濃度均可測量，還可測量二氧化碳濃度 。其優(yōu)點是熱導(dǎo)元件和儀器設(shè)計制作比較簡單，成本低、量程大，可連續(xù)檢測，有利于實現(xiàn)自動 遙測，被測氣體不發(fā)生物理化學(xué)變化，讀數(shù)穩(wěn)定，元件壽命長。但當(dāng)濃度大于 1 %CH4 時，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，而多用于可燃?xì)怏w的檢漏報警。其缺點是測量低濃度甲烷困難，空氣濕度對儀器讀數(shù)有影響，傳感器結(jié)構(gòu)復(fù)雜。與黑白元件相對應(yīng)，為使電橋在無甲烷狀態(tài)下處于平衡狀態(tài)，橋路內(nèi)裝有調(diào)零電位器 W。 熱催化原理又稱催化燃燒原理。 二：是要有較高的性價比。 128*8位內(nèi)部 RAM P0口： P0口為一個 8位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL門電流。并因此作為輸入時， P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。 P3口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示： RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（記時器 0外部輸入） T1（記時器 1外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） 13 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。如想禁止ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。注意加密方式 1時， /EA將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) /EA 端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。硬件連接圖如圖 33 所示，其中 AT89C51 的 P0 口做擴展用， PI 口做通道選擇 ,P2口控制 LCD1602 顯示。 (3)工作點與工作區(qū)間。區(qū)間越寬越好。所以，這種原理的甲烷檢測儀只能測量低濃度甲烷。 為防止元件中毒，可以加過濾器，例如用活性炭吸收管， 1 cm厚活性炭的吸收管，可使工作在有毒環(huán)境中的元件壽命延長數(shù)百倍。 在井下空氣中，當(dāng)甲烷濃度發(fā)生變化時，元件的反應(yīng)速度由兩個因素決定，一是元件本身的時間常 數(shù) :，二是甲烷向元件擴散的速度。晶振頻率 取 12 MHz。 至177。并對其他控制引腳進行初始化。 芯片的性能特點 : 圖 44 ADC0809與 AT89C51 的接口電路 21 可編程的看門狗定時器； 低 VCC檢測，直到 VCC等于 1V時復(fù)位信號有效； 1MHZ的串行時鐘頻率； 512 8位串行 EEPROM； 低功耗 CMOS設(shè)計，工作時電流 3mA，備用時 10? A； 電源電壓為 ～ ； 片內(nèi)寫保護； 高可靠性 :使用期限 :100000周期 /字節(jié)； 數(shù)據(jù)保存期 :100年； ESD保護 :所有引腳 2022V 。當(dāng)單片機 I/O口信號為高電平時，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器發(fā)出報警聲音，發(fā)光二極管則給出光指示信號，其中， R2, R3和 R1均為限流電阻。首先討論了有毒氣體采集模塊中傳感器選擇問題及模擬放大電路的設(shè)計問題，最后討論了系統(tǒng)的外圍接口電路模塊，包括數(shù)碼管顯示 ,聲光報警等，實現(xiàn)了各外圍接口電路模塊與 AT89C51 的硬件接口設(shè)計。軟件設(shè)計中包含有：主程序模塊、顯示模塊、 A/D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換子模塊、聲光報警模塊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊、中斷處理模塊等?？煽啃允擒浖O(shè)計的重要指標(biāo)，具有較強的抗干擾能力。其中匯編語言和 C語言應(yīng)用的較多， 匯編語言的機器代碼生成效率高，控制性好，但就是移植性不高。由主程序流程圖可以看出，軟件要實現(xiàn)的主要功 27 能是實現(xiàn)對傳感器信號的數(shù)據(jù)采集，然后進行數(shù)據(jù)的計算、分析、送數(shù)碼管進行顯示。 對氣體傳感器分段選擇多個測試點盡享精確測試，并根據(jù)測試數(shù)據(jù)繪制出傳感器的隔斷擬合曲線，為了提高數(shù)據(jù)精度，采用線性插值法。 本章小結(jié) 在這一章里對礦內(nèi)空氣傳感器的軟件設(shè)計進行了較詳細(xì)的介紹。 5 ．經(jīng)運行驗證，系統(tǒng)具有響應(yīng)速度快，操作簡便，工作可靠等特點。 10% 溫度：基本誤差：177。 配接設(shè)備：本公司生產(chǎn)的 KJF33通用監(jiān)控分站 防爆型式：礦用本質(zhì)安全型， 防爆標(biāo)志： ExibI 防爆合格證號： 1034356 ，安全標(biāo)志證號： 20223034 傳感器到分站的距離不大于 2022米。 溫度： 200Hz～ 1000Hz對應(yīng) 0℃～ 40℃。 31 感謝王艷導(dǎo)師在論文的選題、實驗設(shè)計與論文撰寫過程中，自始至終以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)作風(fēng)和崇高的責(zé)任心給予了全面的指導(dǎo)。 2．系統(tǒng)軟硬件設(shè)計合理，其中單片機軟件采用模塊化的程序設(shè)計方法，各模塊相互獨立，提高了系統(tǒng)的可靠性和可擴展性，整個系統(tǒng)具有較高的性能價格比。 液晶顯示模塊 本設(shè)計所用的顯示器件為四位數(shù)碼管，滿足顯示要求。 AD完成轉(zhuǎn)換需要一定的時間， AD應(yīng)用中我們可以有兩種方法來： ， AD 完成 模數(shù)轉(zhuǎn)換后會向中斷輸出端輸出一個中斷請求信號，告訴 單片機 轉(zhuǎn)換已經(jīng)完成， 單片機 可以讀取數(shù)據(jù)。 C 語言能直接與存儲器、接口電路打交道，也能申請中斷。系統(tǒng)能夠及時響應(yīng)外部事件的發(fā)生并能及時做出處理結(jié)果。軟件抗干擾措施提高了系統(tǒng)的可靠性。 圖 410 7805組成的 5V 電路圖 25 5 礦內(nèi)空氣傳感器的軟件設(shè)計 系統(tǒng)軟件設(shè)計思路 總體設(shè)計思想 總體思路是首先定義相關(guān)的硬件接口，然后進行初始化，包括 AD 控制端和定時器的初始化。 圖 48 數(shù)碼管引腳圖 圖 49 顯示部分電路圖 24 電源電路設(shè)計 本設(shè)計 采用集成穩(wěn)壓器 7805，當(dāng)輸出電流較大時， 7805 應(yīng)配上散熱板 。 X25045 硬件連接圖如圖 46： 圖 45 X25045引腳圖 22 聲光報警電路的設(shè)計 報警電路由 NPN 三極管、蜂鳴器、 LED 和限流電阻組成，如圖 47 所示。硬件看門狗是真正意義上的“程序運行監(jiān)視器”，如計數(shù)型的看門狗電路通常由 555多諧振蕩器、計數(shù)器以及一些電阻、電容等組成，分立元件組成的系統(tǒng)電路較為復(fù)雜，運行不夠可靠。 圖 42 INA128應(yīng)用電路 圖 43 ADC0809管腳示意圖 19 ADC0809各腳功能如下 表 41： 引腳 功能介紹 D7D0 IN0IN7 8位數(shù)字量輸出引腳 8位模擬量輸入引腳 VCC +5V工作電壓 REF（ +） 參考電壓正端 REF（ ） 參考電壓負(fù)端 START A/D轉(zhuǎn)換啟動信號輸入端