【正文】 該設(shè)計(jì)的子系統(tǒng)包括：檢測(cè)與變送單元、無(wú)線收發(fā)單元、數(shù)據(jù)處理單元、報(bào)警單元、顯示單元等。選不同阻值的上拉電阻會(huì)影響輸出端高電位的值。PTR2000的CS引腳和GND連接，即使固定通信頻道為頻道1。10BIN基準(zhǔn)電源電壓輸入端11VEE負(fù)電源輸入端，輸入15V電源12bipoff正電源輸入端，輸入+15V電源1310Vin10V量程模擬電壓輸入端1420Vin20V量程模擬電壓輸入端15DG數(shù)字地端16～27DB0DB1112條數(shù)據(jù)總線。 (1) 分辨率：12位(2) 非線性誤差：小于177。在不同的測(cè)試條件下。它的優(yōu)異特性使其非常適合于應(yīng)用在便攜式及手持產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中，符合本設(shè)計(jì)的要求，其具體性能指標(biāo)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(guó)際通用的數(shù)傳頻段433MHz(3) 采用FSK調(diào)制/解調(diào)，可直接進(jìn)入數(shù)據(jù)輸入/輸出，抗干擾能力強(qiáng)，特別適合工業(yè)控制場(chǎng)合(4) 采用DDS(直接數(shù)據(jù)合成)＋PPL頻率合成技術(shù)，因而頻率穩(wěn)定性好(5) 靈敏度高達(dá)105dBm(6) 工作電壓低(),功耗小，接受待機(jī)狀態(tài)電流僅為8uA(7) 具有兩個(gè)頻道，可滿足需要多信道工作的場(chǎng)合(8) 工作頻率最高達(dá)20kbit/s(也可在較低頻率下工作，如9600bit/s),超小體積，約40275(9) 可直接與CPU串口進(jìn)行連接(如AT89C51),也可以用RS232與計(jì)算機(jī)接口連接，軟件編程方便(10) 標(biāo)準(zhǔn)的DIR管腳間距更適合于嵌入式設(shè)備(11) 由于采用了低發(fā)射功率、高接收靈敏的設(shè)計(jì)，因此使用無(wú)需申請(qǐng)?jiān)S可證，開闊地時(shí)使用距離最遠(yuǎn)可達(dá)1000m 單片機(jī)型號(hào)選擇隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)因具有集成度高、體積小、速度快、價(jià)格低等特點(diǎn)而在許多領(lǐng)域如過程控制、數(shù)據(jù)采集、機(jī)電一體化、智能化儀表、自動(dòng)化程度大大提高。2℃ Vc:6V177。隔爆型儀表的主要特點(diǎn)是有一個(gè)可靠的隔爆外殼，它將把可能產(chǎn)生火花和危險(xiǎn)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(dá)到外殼內(nèi)可能發(fā)生的爆炸不影響周圍易燃易爆物質(zhì)，它的設(shè)計(jì)方法與隔爆型電器和電機(jī)基本相類似。第四、大量的瓦斯從通風(fēng)井排入大氣，污染大氣環(huán)境。光學(xué)干涉儀的特點(diǎn)是：使用的條件要求不高，一般礦井中的瓦斯安全員用的多為這種儀器。②巷道截面對(duì)無(wú)線傳輸?shù)挠绊懗潭扰c波長(zhǎng)有關(guān)，當(dāng)巷道截面等效半徑與波長(zhǎng)相差不大于10倍時(shí)(無(wú)論等效半徑大于波長(zhǎng)，還是波長(zhǎng)大于等效半徑)，巷道截面對(duì)無(wú)線傳輸?shù)挠绊戄^大；巷道截面等效半徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)，或遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于波長(zhǎng)時(shí)，巷道截面對(duì)無(wú)線傳輸?shù)挠绊戄^小。(6) 綜合機(jī)械化采掘工作面，應(yīng)在采煤機(jī)和掘進(jìn)機(jī)上安設(shè)機(jī)載式斷電儀，當(dāng)其附近瓦斯?jié)舛冗_(dá)到1%時(shí)報(bào)警，%時(shí)必須停止工作，切斷采煤機(jī)和掘進(jìn)機(jī)的電源。礦井瓦斯是指從煤體和圍巖中逸出的以及在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的多成分的混合氣體，包括、CO、等。因此，實(shí)時(shí)檢測(cè)瓦斯氣體的濃度變化，對(duì)礦井安全運(yùn)行，人身安全及環(huán)境保護(hù)有著十分重要的作用。 瓦斯氣體性質(zhì)了解瓦斯的特點(diǎn)和性質(zhì)是搞好瓦斯管理的先決條件。%時(shí)，必須停止工作，撤出人員，切斷電源，進(jìn)行處理。 礦井無(wú)線傳輸受工作頻率、導(dǎo)體、巷道截面(包括形狀尺寸)、拐彎、分支、傾斜、風(fēng)門等影響，其特點(diǎn)有：①礦井無(wú)線傳輸受巷道截面和傳輸頻率影響。當(dāng)兩個(gè)氣室的溫度等條件相同時(shí)，由于甲烷的折射率n=，而空氣的折射率n=，便可以利用測(cè)量干涉條紋的移動(dòng)對(duì)甲烷的濃度進(jìn)行定量分析。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(dǎo)致群死群傷，而且揚(yáng)起的煤塵又會(huì)參與爆炸，摧毀巷道，毀壞設(shè)備，甚至毀滅整個(gè)礦井，給國(guó)家和人民生命財(cái)產(chǎn)造成巨大損失。其工作原理是現(xiàn)場(chǎng)瓦斯?jié)舛韧ㄟ^瓦斯傳感器MQ214探頭及信號(hào)調(diào)理電路轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的電信號(hào)，電信號(hào)通過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)成相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)送入單片機(jī)，單片機(jī)處理數(shù)據(jù)后通過連接在串行口的無(wú)線傳輸模塊PTR2000傳輸?shù)绞殖植糠诌M(jìn)行濃度顯示和報(bào)警操作。 標(biāo)準(zhǔn)工作條件符號(hào)參數(shù)名稱技術(shù)條件備注Vc回路電壓6V177。以往設(shè)計(jì)無(wú)線數(shù)傳產(chǎn)品常常需要相當(dāng)多的無(wú)線電專業(yè)知識(shí)和昂貴的專業(yè)設(shè)備，而且傳統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)方案不是電路太復(fù)雜就是調(diào)試?yán)щy，而令人望而卻步，以至影響了用戶的使用和新產(chǎn)品的開發(fā)研制工作。因現(xiàn)場(chǎng)部分的電路中需使用到不同的電源電壓值，例如：傳感器需要+6V的標(biāo)準(zhǔn)電壓，而A/D轉(zhuǎn)換器則需要177。6CE芯片允許信號(hào)，高電平有效。PTR2000的DI腳連接AT89C51的TXD腳。該電壓比較器的特點(diǎn)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。(2) 各部分元器件的選擇。一個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，論證過程的必不可少的部分。利用此原理，選擇合適的穩(wěn)壓管工作電壓，就可以用相應(yīng)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(jiǎn)單，無(wú)需外加過多的芯片，具有一定實(shí)用性。據(jù)此處的具體需要，采用小數(shù)點(diǎn)固定的方法，各小數(shù)點(diǎn)位單獨(dú)控制，所以在選擇譯碼驅(qū)動(dòng)器件時(shí)可選擇七段驅(qū)動(dòng)器，這里選擇CD4511作為譯碼驅(qū)動(dòng)器，采用硬件譯碼方式，硬件譯碼減少了軟件設(shè)計(jì)的麻煩，編程方便，在顯示方式上采用動(dòng)態(tài)顯示，動(dòng)態(tài)顯示是單片機(jī)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(gè)顯示器同時(shí)顯示出相同的字符，每個(gè)顯示器還要受到另一組控制信號(hào)的控制，當(dāng)需要輸出數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)將LE口置高電平，表示此時(shí)可以向CD4511發(fā)送數(shù)據(jù)，但CD4511I的輸出端a～g不會(huì)有輸出，因?yàn)長(zhǎng)E=1時(shí)，CD4511處于鎖存狀態(tài)。AD 轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)輸出也通過P0口數(shù)據(jù)總線連至AT89C51，由于我們只使用了8 位數(shù)據(jù)口，12 位數(shù)據(jù)分兩次讀進(jìn)AT89C51， 查詢到STS 端轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)后，先將轉(zhuǎn)換后的12 位A/D 數(shù)據(jù)的高8 位讀進(jìn)單片機(jī)，然后再將低4 位讀進(jìn)單片機(jī)。(3) 轉(zhuǎn)換速率：25us當(dāng)?shù)竭_(dá)加熱或恢復(fù)時(shí)間后，由CH4_KZ端輸入的控制電平，切換2種工作狀態(tài)。根據(jù)本課題的實(shí)際情況，單片機(jī)型號(hào)的選擇主要從以下兩點(diǎn)考慮:一是要有較強(qiáng)的抗干擾能力。 MQ214測(cè)量電路。(2) 接線盒結(jié)構(gòu)隔爆型儀表設(shè)計(jì)帶有接線盒的隔爆外殼，且接線盒的防爆類型為隔爆型。 本課題的主要工作內(nèi)容本課題假設(shè)煤礦的礦井巷道無(wú)彎道，由甲烷傳感器檢測(cè)礦井空氣中甲烷的含量并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)，經(jīng)信號(hào)調(diào)理和放大而成為標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)，然后標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送入單片機(jī)中，然后經(jīng)無(wú)線發(fā)射模塊發(fā)射，由接收模塊接收信號(hào)后送入手持部分的單片機(jī)，經(jīng)處理后進(jìn)行顯示和超限報(bào)警。因此十分需要研制一種新型瓦斯?jié)舛葯z測(cè)儀以克服現(xiàn)有設(shè)備存在的各種問題，使其具有微型化、智能化、低功耗、無(wú)線化并能夠準(zhǔn)確的測(cè)量出現(xiàn)場(chǎng)的瓦斯?jié)舛葯z測(cè)儀。 煤礦瓦斯檢測(cè)儀的發(fā)展?fàn)顩r多年來市場(chǎng)上用于瓦斯?jié)舛葯z測(cè)的儀器主要有：氣相色譜儀，氣敏元件傳感器，光學(xué)干涉儀等。GHz,9KHz300GHz, 10KHz300GHz)?？諝庵屑淄闈舛瘸^40%時(shí)，空氣中的氧含量將下降到12%以下，此時(shí)空氣與甲烷的混合氣體不再發(fā)生爆炸，但將使人窒息。使其實(shí)現(xiàn)即走即測(cè)、即測(cè)即發(fā)的功能,論文研究成果為礦井安全監(jiān)測(cè)提供了一套切實(shí)可行的新的解決方案。為了確保礦井的生產(chǎn)安全，防止瓦斯爆炸，國(guó)內(nèi)外煤礦研究所在此領(lǐng)域進(jìn)行了很長(zhǎng)時(shí)間的研究，開發(fā)出很多種類型的瓦斯檢測(cè)儀，但目前已有的瓦斯檢測(cè)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)。(3) 綜合機(jī)械化、水采和煤層厚度小于8米的保護(hù)層的采煤工作面，經(jīng)抽放瓦斯和增加風(fēng)量已達(dá)到最高允許風(fēng)速后，其回風(fēng)巷風(fēng)流中瓦斯?jié)舛热圆荒芙档偷?%以下時(shí)，經(jīng)礦務(wù)局局長(zhǎng)批準(zhǔn)，%，并應(yīng)符合下列要求：①工作面的風(fēng)流控制必須可靠；②通風(fēng)巷必須保持設(shè)計(jì)斷面；③必須制定安全措施，配有專職瓦斯檢查員并安設(shè)瓦斯自動(dòng)檢測(cè)報(bào)警、斷電裝置。長(zhǎng)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。該儀器的缺點(diǎn)是：測(cè)量范圍有限、精度較低、響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)。其有易燃、易爆等特點(diǎn)，因此煤礦對(duì)瓦斯的治理應(yīng)非常重視。主要由單片機(jī)、無(wú)線接收模塊、電源時(shí)鐘及復(fù)位電路、報(bào)警電路、顯示電路組成。適用于煤礦井下作業(yè)環(huán)境測(cè)量空氣中的甲烷氣體濃度，所以本設(shè)計(jì)選擇其作為傳感器，對(duì)照本設(shè)計(jì)的所要達(dá)到的指標(biāo)要求，MQ214可燃性氣體傳感器在各方面都達(dá)到了要求，是比較理想的選擇。 MQ214靈敏度特性曲線 MQ214溫濕度特性曲線 無(wú)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(gè)方面來考慮，本設(shè)計(jì)采用PTR2000作為無(wú)線傳輸模塊。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，其特點(diǎn)如下：(1) 與MCS51 兼容(2) 4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 (3) 壽命：1000寫/擦循環(huán)(4) 數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年(5) 全靜態(tài)工作：0Hz24MHz(6) 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定(7) 1288位內(nèi)部RAM(8) 32可編程I/O線(9) 兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器(10) 5個(gè)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(shí)鐘電路(14) 工作溫度為55℃～+125℃(15) 正是由于AT89C51單片機(jī)具有如上