【正文】 換為數(shù)字信號(hào)，將該數(shù)字信號(hào)經(jīng)過單片機(jī)處理后送往 LED 顯示出來，當(dāng)瓦斯?jié)舛冗_(dá)到報(bào)警極限是實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警功能。 開始?xì)怏w檢 測 單片機(jī)向 ADC0809發(fā)送采集端口 單片機(jī)讀取ADC0809 轉(zhuǎn)換之后的信號(hào) Vrl 單片機(jī)根據(jù) Uo計(jì)算出 Uab 值 將 Uab 代入傳 感器靈敏度特性曲線求出濃度 得出最終結(jié)果 圖 42 A/D轉(zhuǎn)換 程序流程圖 東北石油大學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 圖 43 LED顯示子 程序流程圖 鍵盤掃描子程序流程圖 本設(shè)計(jì)采用的鍵盤為獨(dú)立式鍵盤， 軟件采用的是查詢式結(jié)構(gòu)， 先逐 位查詢 每根 I/O 口 線 的輸入狀態(tài)，如 果 一 根 I/O 口 線 輸入為低電平， 則 可 確認(rèn) 該 I/O 口 線 所對應(yīng)的按鍵 已 按下，然后再轉(zhuǎn) 向 該按鍵的功能 處 理程序， 其鍵盤軟件的流程圖見圖 44 所示 。 其主要的功能及特點(diǎn)如下： 設(shè)計(jì)的便攜式瓦斯檢測儀能實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管顯示及聲、光報(bào)警功能。 我要衷心的感謝測控技術(shù)與儀器教研室的全體老師 以及我的室友們 ，是他們在 我 的學(xué)習(xí)生活中，給予了我很大的信任、鼓勵(lì)、關(guān)心和幫助，使我能夠以優(yōu)異的成績完成本科階段的學(xué)習(xí)任務(wù)。 東北石油大學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 參考文獻(xiàn) [1] 吳建峰 ,孔慶鈁 ,王保東 .混合氣爆炸 極限的理論計(jì)算方法 [J].油氣儲(chǔ)運(yùn) .1994,(5):2. [2] 李耀勇 .瓦斯檢查工 [M].中 國礦業(yè)大學(xué)出版社 .2020:79. 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Sensor and Actuators B, 1991,(4):109115. 東北石油大學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 34 致 謝 本設(shè)計(jì)是在曹廣華教授的悉心指導(dǎo)下完成的。特別是瓦斯煤塵爆炸事故，危害更為嚴(yán)重。 系統(tǒng)主程序流程圖如圖 41 所示。 東北石油大學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 圖 319 MAX756穩(wěn)壓電路圖 5V 穩(wěn)壓源的設(shè)計(jì) 該穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)采用芯片 ICL7660 來實(shí)現(xiàn)。 MAX756 是 CMOS 升壓 DCDC 開關(guān)小型，低輸入電壓或電池供電的系統(tǒng)監(jiān)管 芯片 。 圖 317報(bào)警電路圖 東北石油大學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 電源設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)需要設(shè)計(jì) +5V、 5V、 +3V 獨(dú)立電源，用來給單片機(jī)和諸多數(shù)字電路提供電壓。 獨(dú)立 式按鍵的軟件常采用查詢式結(jié)構(gòu)、 先逐 位查詢 每根 I/O 口 線 的輸入狀態(tài)，如 果 一 根 I/O 口 線 輸入為低電平， 則 可 確認(rèn) 該 I/O 口線 所對應(yīng)的按鍵 已 按下，然后，再轉(zhuǎn) 向 該按鍵的功能 處 理程序。但非編碼鍵盤可 以任意組合、成本低、使用靈活。位驅(qū)動(dòng) DIG0 和數(shù)碼管的地端 COM1 腳相連，位驅(qū)動(dòng) DIG1 和數(shù)碼管的地端 COM2 腳相連，位驅(qū)動(dòng)DIG2 和數(shù)碼管的地端 COM3 腳相連，位驅(qū)動(dòng) DIG3 和數(shù)碼管的地端 COM4 腳相連。 MAX7219 的引腳排列如圖 314 所示 。由于所有位的段選碼皆由一個(gè) 4 位 I/O 口控制，因此，在每個(gè)瞬間，4 位 LED 可能顯示相同的字符。 7 段 LED 顯示器 如圖 313 所示。這種顯示塊有共陽極和共陰極兩種，共陽極 LED 顯示塊的發(fā)光二極管陽極并聯(lián)（系統(tǒng)中接驅(qū)動(dòng)電源）。當(dāng)系統(tǒng)跑飛，用軟件陷阱等別的方法無法捕捉回程序時(shí)，則看門狗定時(shí)時(shí)間很快增長到預(yù)置時(shí)間，迫使系統(tǒng)復(fù)位。在看門狗定時(shí)器預(yù)置的時(shí)間內(nèi)若沒有總線活動(dòng)，則 X25045 將從 RESET 輸出一個(gè)高電平信號(hào)，經(jīng)過微分電路 C1 R21 輸出一個(gè)正脈沖，使 CPU 復(fù)位。 X25045 是美國 Xicor 公司的生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化 8 腳集成電路，它將 EEPROM、看門狗定時(shí)器、電壓監(jiān)控三種功能組合在單個(gè)芯片之內(nèi)，大大簡化了硬件設(shè)計(jì)，提高了系統(tǒng)的可靠性，減少了對印制電路板的空間要求，降低了成本和系統(tǒng)功耗，是一種理想的單片機(jī)外圍芯片。手動(dòng)復(fù)位要求在電源接通的條件下， 在單片機(jī)運(yùn)行期間，如果發(fā)生死機(jī)，用按鈕開關(guān)操作使單片機(jī)復(fù)位。其中單片機(jī)是系統(tǒng)的核心部分 ， 單片機(jī)發(fā)出控制信號(hào)以啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采樣 。在片內(nèi)接至振蕩器的反相放大器輸出端和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器輸入端。 AT89C51 單片機(jī)的介紹 AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃存可編程可擦除 只讀存儲(chǔ)器 的低電壓，高性能CMOS 8 位微處理器， 也被稱作單片機(jī) [13]。 圖 37 74LS373引腳圖 表 32 74LS373 鎖存器真值表 輸入管腳 輸出 OEN G D Q H X X 高阻 L H L L（數(shù)據(jù)傳送） L H H H（數(shù)據(jù)傳送） L L X （數(shù)據(jù)鎖存） 74LS373 引 腳 端符號(hào)： 東北石油大學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 D0D7：鎖存 數(shù)據(jù)輸入端 ； OE： 三態(tài)允許控制端（低電平有效） ； G： 鎖存允許端 ； Q0Q7：鎖存數(shù)據(jù) 輸出端 。 ADC0809 的主要特性有： (1) 8 路輸入通道， 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器，即分辨率為 8 位 ； (2) 具有轉(zhuǎn)換起停控制端 ； (3) 轉(zhuǎn)換時(shí)間為 100μs； 東北石油大學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 (4) 單個(gè)＋ 5V 電源供電 ； (5) 模擬輸入電壓范圍 0～＋ 5V，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn) ； (6) 工作溫度范圍為 40～＋ 85 攝氏度 ； (7) 低功耗，約 15mW。所謂數(shù)字化測量，就是以一定時(shí)間間隔測定某個(gè)時(shí)刻的瞬 時(shí)值，再將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字量 。 圖 34 OP07引腳圖 1 和 8 腳為偏置平衡 (調(diào)零端 )， 2 腳為反向輸入端， 3 腳為正向輸入端， 5 腳為空腳 ， 6 腳為輸出端， 7 和 4 分別接電源的正負(fù)極。為了提高精度，放大器還應(yīng)有較高的開環(huán)增益，較低的失調(diào)電壓、失調(diào)電流、噪聲以及漂移等 [11]。 表 31 MJC4/ 工作電壓 (V) 177。 該 瓦斯檢測儀由傳感器、放大器、報(bào)警電路、 A/D 轉(zhuǎn)換器、鍵盤、 LED 顯示器、直流電壓變換器等電路及高性能穩(wěn)壓器等部分組成 。當(dāng)采 用恒壓源 E 供電時(shí)，輸出的不平衡電壓 如式 (21)所示。 圖 23 檢測電路圖 載體催化元件使用 Pt 鉑 、 Pd 鈀 等金屬催化劑，其作用原理尚無統(tǒng)一完整的理論 [8] 。 白元件。 載體澆注成均勻的多孔體，它不僅牢固的固定鉑絲線圈，多孔表面還可以提高催化劑反應(yīng)效果，提高催化劑的活性和提高抗毒性能。其特點(diǎn)是體積小（典型尺寸：長 3mm，直徑 ，重 7mg 的小圓柱體），結(jié)構(gòu)簡單，功耗低、性能較穩(wěn)定及使用壽命長 。 圖 21 光干涉原理圖 催化燃燒法 東北石油大學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 催化燃燒式傳感器是在鉑金加熱絲的周圍環(huán)繞一圈涂鍍著催化劑的載體，當(dāng)傳感器置于待測可燃?xì)怏w中，加熱絲通以一定的電流時(shí)，載體被加熱，瓦斯與氧氣在催化劑的作用下，于較低溫度 (300500℃ )處發(fā)生無焰燃燒。但半導(dǎo)體氣敏器件在低濃度下靈敏度高，而在高濃度下器 件的電阻變化較小，所以，它只適合檢測低濃度微量氣體 。當(dāng)兩只敏感元件被加以同樣的電流之后，產(chǎn)生的熱量相等。 實(shí)踐證明，空氣中的氧氣濃度降低時(shí)，瓦斯爆炸界限隨之縮小，當(dāng)氧氣濃度減少到 12％ 以下時(shí)，瓦斯混合氣體即失去爆炸性。 瓦斯爆炸界限并不是固定不變的，它還受溫度、壓力以及煤塵、其它可燃性氣體、惰性氣體 的混入等因素的影響 [4] 。沼氣與氧氣在高溫下的反應(yīng)是發(fā)光、放熱反應(yīng) ，其反應(yīng)方程式如式 (11)所示 [1]。 第三章為硬件設(shè)計(jì)，對該瓦斯檢測單元模塊的各部分電路作了詳細(xì)的介紹和講解，分析了電路的構(gòu)成和基本工作原理并進(jìn)行說明。從新中國成立初期到 20 世紀(jì) 70 年代，煤礦下井人員主要使用光學(xué)瓦斯檢測儀，風(fēng)表等攜帶式儀器檢測井下參數(shù) 。所以，對煤礦中的瓦斯氣體進(jìn)行快速準(zhǔn)確的檢測顯得尤其重要，對瓦斯氣體檢測儀表的研究和開發(fā)也一直是人們關(guān)注的問題。該系統(tǒng)主要由電源模塊、催化燃燒式氣體傳感器模塊、單片機(jī)控制模塊、鍵盤、 LED 顯示器和聲光報(bào)警模塊等部分構(gòu)成。該裝置將單片機(jī)的適時(shí)控制及數(shù)據(jù)處理功能與傳感技術(shù)相 結(jié)合，不僅可精確檢測井下空氣中的瓦斯?jié)舛龋€能根據(jù)瓦斯?jié)舛鹊拇笮〖皶r(shí)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，而且可通過 LED 顯示裝置顯示出瓦斯的濃度。 為了確保礦井的生產(chǎn)安全，防止瓦斯爆炸，國內(nèi)外煤礦 研究所在此領(lǐng)域進(jìn)行了很長時(shí)間的研究，開發(fā)出很多種類型的瓦斯檢測儀，但目前已有的瓦斯檢測儀器都普遍存在著體積較大、安裝復(fù)雜、操作不便、智能化程度低等缺點(diǎn)。 20 世紀(jì) 60 年代初期，我國開始研制載體催化元件，隨著敏感原件制造水平的提高，使檢測技術(shù)進(jìn)入了新的發(fā)展時(shí)期。 第四章為軟件設(shè)計(jì)部分，首先介紹了系統(tǒng)總的設(shè)計(jì)流程，然后分為各個(gè)模塊，并對部分模塊進(jìn)行程序 編寫。 )/( 2224 m o lKjOHCOOCH ???? (11) 1mol 的沼氣完全氧化后，放出的熱量和理論值為 。 引火溫度 。如果 有新鮮空氣進(jìn)入，氧氣濃度達(dá)到 12％ 以上，就可能發(fā)生爆炸。但是，由于散熱介質(zhì)不同，使兩元件形成了一定溫差，電橋就會(huì)失去平衡，輸出端輸出一個(gè)與瓦斯?jié)舛茸兓杀壤碾娦盘?hào)。 光干涉法 光學(xué)瓦斯 檢測儀 是采用光干涉原理，測定沼氣和二氧化碳等多種氣體的一種便攜式檢測儀器。釋放出的熱量使鉑金絲的溫度上升，從而引起鉑金絲的電阻值發(fā)生變化，并以此來反映空氣中的瓦斯?jié)舛却笮　?目前 已 成為國內(nèi)外檢測瓦斯的主要傳感元件，特別是我國和英、日、美諸國應(yīng)用尤為廣泛 [6]。 鉑絲線圈。白元件是補(bǔ)償元件，基本結(jié)構(gòu)和技術(shù)參數(shù)與黑元件相同，但表面不涂鍍催化劑，所以，它不摻入低溫燃燒。 催化劑的催化活性與其電子結(jié)構(gòu)及吸附能力有關(guān) 。 2)()( 22122 ?????????? ErrrErrU ab (21) 東北石油大學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 第 3 章 硬件電路設(shè)計(jì) 前面已經(jīng)介紹了瓦斯檢測方法的發(fā)展， 又介紹了載體催化燃燒式傳感元件的結(jié)構(gòu)組成和其工作原理