【正文】 22 用硬件譯碼方式，硬件譯碼減少了軟件設計的麻煩，編程方便，在顯示方式上采用動態(tài)顯示，動態(tài)顯示是單片機常用的顯示方式之一，它是把所有顯示器的同名段互相并聯(lián)在一起，并把它們接到字形口上為了防止各個顯示器同時顯示出相同的字符，每個顯示器還要受到另一組控制信號的控制，當需要輸出數(shù)據(jù)時，應將LE口置高電平，表示此時可以向 CD4511發(fā)送數(shù)據(jù)，但 CD4511I的輸出端 a～ g不會有輸出，因為 LE=1時， CD4511處于鎖存狀態(tài)。其具體連接方法如圖 。因為當輸出晶體三極管截止時，它的集電極電壓基本上取決于上拉電阻與負載的值 ,另外，各比較器的輸出端允許連接在一起使用。其程序流程圖如圖 。 (3) 各個子系統(tǒng)的電路設計。 30 致 謝 參考文獻 [1] 陳新軍 .基于催化燃燒型瓦斯檢測的設計與實現(xiàn) .北京交通大學碩士學位論文 ,20xx,5 [2] 王天福 .基于 AT89S52單片機的煤礦瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)的研制 .江蘇大學碩士論文 ,20xx,6 [3] 秦海濤 .基于 CAN 總線和無線傳輸技術的礦井瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)關鍵技術研究 .中北大學碩士論文 , 31 [4] 求是科技 .單片機典型外圍器件及應用實例 [M].北京 :人民郵電出版社， [5] 紀宗南等 .單片機外圍器件實。各子系統(tǒng)采用 AT89C51單片機來作為控制部件，協(xié)調(diào)各部分完成規(guī)定的任務，按照各部分的任務設計好電路圖，最后將各部分連在一起形成一個整體。據(jù)不完全統(tǒng)計， 20xx年中國煤炭產(chǎn)量占世界產(chǎn)量的 35%，可事故傷亡人數(shù)卻占 80%. 20xx年中國有 6009名煤礦工人因發(fā)生礦難而死亡。利用此原理，選擇合適的穩(wěn)壓管工作電壓，就可以用相應的發(fā)光二極管來顯示電池的電壓變化，從而顯示電池的電量變化，此法雖誤差較大，但電路簡單，無需外加過多的芯片，具有一 定實用性。其具體連接方法如圖 。這時便可以將要顯示的數(shù)據(jù)的代碼經(jīng)CD4511譯碼后，從輸出端 a～ g輸出，送 LED顯示器顯示。其功能是單片機將待發(fā)數(shù)據(jù)傳輸?shù)?PTR20xx并經(jīng)過調(diào)制后發(fā)送到接收端。 R?1 0 KR?1 0 KV C C1CS2DO3DI4P W R6T X IN7GND5P T R 2 0 0 0 圖 PTR20xx模塊引腳圖 PTR20xx模塊的 引腳功能說明如下表 。只有 CS 和 CE 同時有效， AD574A才能工作 7 Vcc 正電源輸入端，輸入 +15V 電源。1LBS (3) 轉(zhuǎn)換速率： 25us (4) 模擬電壓輸入范圍： 0—10V 和 0—20V， 0—177。加熱時，加熱電路串入 51Ω電阻，以限制通過傳感器的電流。 T13 W / 1 8 V1234I N 4 0 070 .5 AI N 4 0 07V i n1+ 5V3GND2I C 3L M 7 80 5V i n2GND1 1 5 V3I C 4L M 7 91 5V i n1GND2+ 15 V3I C 1L M 7 81 5V i n1GND2+ 6V3I C 2L M 1 80 6～ 2 20 VC21 04 u F+C11 00 0 u F+C31 00 0 u F+C61 0u F+C81 0u F+C 1 01 0u F+C 1 21 0u FC91 04 u FC 1 11 04 u FC51 04 u FC41 04 u FC71 04 u F+ 6v 1 5 V+ 15 V+ 5VGNDR?1KR?1K 圖 現(xiàn)場部分的電源電路圖設計 手持部分電源設計 16 手持部分的電源采用 南孚 9V 電池 (6LR61 堿性電池 )供電， 其 技術數(shù)據(jù) 為 ：電壓： 9V，尺寸 (mm)：高 長 寬 ， 有效期： 3 年。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除 100次。它的優(yōu)異特性使其非常適合于應用在便攜式及手持產(chǎn)品的設計中， 13 符合本設計的要求，其具體性能指標如下： (1) 該器件將接收和發(fā)射合接為一體 (2) 工作頻率為國際通用的數(shù)傳頻段 433MHz (3) 采用 FSK調(diào)制 /解調(diào)，可直接進入數(shù)據(jù)輸入 /輸出，抗干擾能力強，特別適合工業(yè)控制場合 (4) 采用 DDS(直接數(shù)據(jù)合成 )＋ PPL頻率合成技術，因而頻率穩(wěn)定性好 (5) 靈敏度高達 105dBm (6) 工作電壓低 (),功耗小，接受待機狀態(tài)電流僅為 8uA (7) 具有兩個頻道，可滿足需要多信道工作的場合 (8) 工作頻率最高達 20kbit/s(也可在較低頻率下工作，如 9600bit/s),超小體積，約 40275 3mm (9) 可直接與 CPU串口進行連接 (如 AT89C51),也可以用 RS232與計算機接口連接，軟件編程方便 (10) 標準的 DIR管腳間距更適合于嵌入式設備 (11) 由于采用了低發(fā)射功率、高接收靈敏的設計，因此使用無需申請許可證，開闊地時使用距離最遠可達 1000m 單片機型號選擇 隨著計算機技術的發(fā)展，單片機因具有集成度高、體積小、速度快、價格低等特點而在許多領域如過程控制、數(shù)據(jù)采集、機電一體化、智能化儀表、家用電器以及網(wǎng)絡技術等方面得到廣泛應用 .從而使這些領域的技術水 平、自動化程度大大提高。 因此，在使用此類型氣敏元件時，靈敏度的調(diào)整是很重要的。2 ℃ Vc:6V177。 這種傳感器的外觀圖和結構如圖 ，由兩個引腳構成，一正一負，正端接 6V電源，此電源要求有較高穩(wěn)定性，否則對測量結果會產(chǎn)生誤差。隔爆型儀表的主要特點是有一個可靠的隔爆外殼，它將把可能產(chǎn)生火花和危險溫度的儀表傳感器、電阻電路及接線端子等，都放 在隔爆外殼里，達到外殼內(nèi)可能 9 發(fā)生的爆炸不影響周圍易燃易爆物質(zhì)，它的設計方法與隔爆型電器和電機基本相類似。 系統(tǒng)總體構成及工作原理 系統(tǒng)硬件結構圖如圖 。第四、大量的瓦斯從通風井排入大氣，污染大氣環(huán)境。但是 4CH 氣體含量多，且?guī)缀醪蝗苡谒?，屬于易燃易爆氣體，發(fā)生爆炸事極易 造成人身傷害。光學干涉儀的特點是：使用的條件要求不高，精度可以達到 ，一般礦井中的瓦斯安全員用的多為這種儀器。它的特點是：體積小、重量輕、線性度較好、可實現(xiàn)電量輸出、使用方便、價格便宜。 4 ② 巷道截面對無線傳輸?shù)挠绊懗潭扰c波長有關，當巷道截面等效半徑與波長相差不大于 10倍時 (無論等效半徑大于波長，還是波長大于等效半徑 )，巷道截面對無線傳輸?shù)挠绊戄^大；巷道截面等效半徑遠遠小于波長，或遠遠大于波長時，巷道截面對無線傳輸?shù)挠绊戄^小。一般說來 ,由于地球幽面的影響以及空間傳輸?shù)膿p耗 ,每隔 50公里左右 ,就需要設置中繼站 ,將電波放大轉(zhuǎn)發(fā)而延伸。 (5) 采掘工作面內(nèi)，體積大于 ，局部積聚瓦斯?jié)舛冗_到 2%時，附近 20米內(nèi)，必須停止工作，撤出人員，切斷電源，進行處理。所以控制瓦斯?jié)舛仁欠乐雇咚贡ǖ母?，實時掌握瓦斯?jié)舛葼顩r是煤礦安全的頭等大事。所以說要搞好瓦斯管理工作，必須首先學習有關瓦斯的知識，了解瓦斯的性質(zhì)和特點。而軟件部分則對各部分的程序流程作了詳細說明。 畢業(yè)生畢業(yè)論文 題 目 : 基于無線傳輸?shù)耐咚節(jié)舛葯z測儀設計 I 摘要 在我國，煤炭行業(yè)中的瓦斯爆炸事故始終是煤礦安全生產(chǎn)的大敵，目前己成為制約煤礦安全生產(chǎn)的主要因素。硬件部分主要對如何應用低功耗的 AT89C51單片機來完成數(shù)據(jù)的采集、處理判斷、數(shù)據(jù)的顯示和傳輸?shù)纫幌盗泄δ茏髁酥攸c地分析和闡述。 瓦斯是煤礦開采過程中的一種有害氣體的總稱，它有自己的性質(zhì)和特點，是可以被認識的，也是可以被控制和利用的 。要消除引爆火源，必須嚴禁明電、明火下井，禁止明火放炮，要求井下電器設備必須防爆。電動機或其開關地點附近 20米以內(nèi)風流中瓦斯?jié)舛冗_到 %時，必須停止運轉(zhuǎn)，撤出人員，切斷電源，進行處理。微波通信不需要固體介質(zhì) ,當兩點間直線距離內(nèi)無障礙時就可以使用微波傳送， 利用微波進行通信具有容量大、質(zhì)量好并可傳至很遠的距離 ,因此是國家通信網(wǎng)的一種重要通信手段 ,也普遍適用于各種專用通信網(wǎng)，我國微波通信廣泛應用 L、 S、 C、 X 諸頻段 ,K 頻段的應用尚在開發(fā)之中。但在 300～ 900kHz頻率傳輸其衰減較小 。 (2)氣敏元件傳感器 該類儀器是以 “催化 ”元件作為傳感元件，利用催化元件在不同濃度的瓦斯中使電橋電阻發(fā)生變化而制成的，是目前礦井中最常見的瓦斯檢測手段。一般要在儀器的進氣口處加一個吸收管，裝入堿石灰和氯化鈣以吸收二氧化碳和水蒸氣。后兩種氣體含量少，且 2SO 易溶于水，經(jīng)煤礦開采時的噴水處理后變成酸。 突出直接影響著工人的人身安全。最后，在系統(tǒng)設計原理部分主要介紹了本設計主要用到的幾個器件的選擇及器件的性質(zhì)介紹。這就對煤礦電器有特殊要求，如體積要小，易于搬運，堅固，防潮防水，防爆 .屬于煤礦安全標志管理目錄內(nèi)的礦用產(chǎn)品應有安全標志，電氣設備必須符合防爆要求，應有接地、過流、漏電保護裝置。 系統(tǒng)設計原理 傳感器 選擇 本設計采用 MQ214可燃性氣體傳感器作為甲烷傳感器， 根據(jù) MQ214數(shù)據(jù)手冊規(guī)定，加熱電壓為 +6V，瓦斯測量單元的工作是周期性的 加熱 30s后進行測量，然后經(jīng)過 45s進行恢復，因此電路具有 “6V電壓加熱 ” 和 “自然恢復 ”2種狀態(tài)。 1Ω 室溫 PH 功耗 約 150毫瓦 表 環(huán)境條件 符號 參數(shù)名稱 技術條件 備注 Tao 使用溫度 10℃ — 50℃ Tas 儲存溫度 20℃ — 70℃ RH 相對濕度 小于 95% RH O2 氧氣濃度 21%(標準條件 )氧氣濃度會影響靈敏度特性 最小值大于２％ 11 表 靈敏度特性 符號 參數(shù)名稱 技術參數(shù) 備注 Rs 敏感體表面電阻 20Ω100Ω (5000ppm甲烷 ) 探測濃度范圍 500ppm10000ppm 液化氣和丙烷 1000ppm20xx0ppm 甲烷 500ppm10000ppm 氫氣 α(5000/3000) 甲烷 濃度斜率 ≤ 標準工作條件 溫度： 20℃ 177。 MQ214氣敏元件對不同種類、不同濃度的氣體有不同的電阻值。該器件采用抗干擾能力強的 FSK調(diào)制 /解調(diào)方式，其工作頻率穩(wěn)定可靠、外圍元件少、功耗極低且方便設計生產(chǎn)。 AT89C51是一種帶 4K字節(jié)閃爍可編程可擦除 只讀存儲器 低電壓 ，高性能 CMOS8位微處理器，俗稱 單片機 。具體的電路設計如圖 。圖 ， T2是瓦斯傳感器 MQ214，當 CH4_KZ輸入低電平時，處于加熱狀態(tài)，加熱通路為 T Q R4。1/2LBS 或 177。 6 CE 芯片允許信號，高電平有效。 無線傳輸模塊 PTR20xx原理及應用 本文中的無線數(shù)據(jù)傳輸模塊采用 PTR20xx，因為它是目前集成度較高的無線收發(fā)產(chǎn)品，其接收和發(fā)送合為一體，具有兩個頻道，可滿足多信道工作的場合，內(nèi)置 nRF401芯片，數(shù)據(jù)無需曼徹斯特編碼，外圍元件只需 10個，編程開發(fā)工作容易，圖 PTR20xx模塊的引腳。 PTR20xx的 DI腳連接 AT89C51的 TXD腳。這時只要將要顯示 的數(shù)據(jù)的代碼輸入到 A～ D口，送完后，將 LE清零。 采用發(fā)光二極管串接限流電阻作為光報警的發(fā)光器件，當瓦斯?jié)舛瘸^限定值時，單片機 ，發(fā)出光亮，產(chǎn)生光報警信號。 電量檢測電路采用了 四電壓比較器 LM339，用穩(wěn)壓管提供基準電壓，利用穩(wěn)壓管的反向擊穿導通特性，當電池的電壓大于相應穩(wěn)壓管的擊穿電壓時，由于運放的虛短和虛斷特性，反向輸入端與正向輸入端的電壓大小相等 ，使穩(wěn)壓管導通，穩(wěn)壓管導通后其內(nèi)阻極小可忽略不計，則此時相當于 LM339的比較器的反向輸入端接至電池負極，此時運放正、反向輸入端間有差動電壓輸入，根據(jù)運算放大器特性，輸出端將有電壓輸出，經(jīng) 100k電阻限流，使發(fā)光二極管發(fā)出光亮；若電池的電壓低于相應穩(wěn)壓管的擊穿電壓，則穩(wěn)壓管不導通，呈截止狀態(tài)，此時運算放大器的輸出端無電壓輸出，發(fā)光二極管不發(fā)出光亮。 28 傳 感 器 初 始 化數(shù) 據(jù) 采 集傳 感 器 加 熱 3 0 S單 片 機 P 2 . 1 口 置 1結 束傳 感 器 恢 復 4 5 S單 片 機 P 2 . 1 口 置 0開 始 圖 傳感器控制子程序流程圖 29 結 論 我國是世界上最大的煤炭生產(chǎn)和消費國，也是世界上少數(shù)幾個以煤為主要 能源的國家之一。該設計的子系統(tǒng)包括：檢測與變送單元、無線收發(fā)單元、數(shù)據(jù)處理單元、報警單元、顯示單元等