【正文】 該設(shè)計(jì)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(bào)警單元、顯示單元等。 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(zhǔn)電壓，利用穩(wěn)壓管的反向擊穿導(dǎo)通特性，當(dāng)電池的電壓大于相應(yīng)穩(wěn)壓管的擊穿電壓時(shí)，由于運(yùn)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(dǎo)通，穩(wěn)壓管導(dǎo)通后其內(nèi)阻極小可忽略不計(jì)，則此時(shí)相當(dāng)于 LM339的比較器的反向輸入端接至電池負(fù)極，此時(shí)運(yùn)放正、反向輸入端間有差動(dòng)電壓輸入，根據(jù)運(yùn)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(yīng)穩(wěn)壓管的擊穿電壓，則穩(wěn)壓管不導(dǎo)通，呈截止?fàn)顟B(tài)，此時(shí)運(yùn)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。這時(shí)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。 無線傳輸模塊 PTR20xx原理及應(yīng)用 本文中的無線數(shù)據(jù)傳輸模塊采用 PTR20xx，因?yàn)樗悄壳凹啥容^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(gè)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(gè)，編程開發(fā)工作容易，圖 PTR20xx模塊的引腳。1/2LBS 或 177。具體的電路設(shè)計(jì)如圖 。該器件采用抗干擾能力強(qiáng)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(shè)計(jì)生產(chǎn)。 1Ω 室溫 PH 功耗 約 150毫瓦 表 環(huán)境條件 符號(hào) 參數(shù)名稱 技術(shù)條件 備注 Tao 使用溫度 10℃ — 50℃ Tas 儲(chǔ)存溫度 20℃ — 70℃ RH 相對(duì)濕度 小于 95% RH O2 氧氣濃度 21%(標(biāo)準(zhǔn)條件 )氧氣濃度會(huì)影響靈敏度特性 最小值大于２％ 11 表 靈敏度特性 符號(hào) 參數(shù)名稱 技術(shù)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(biāo)準(zhǔn)工作條件 溫度： 20℃ 177。這就對(duì)煤礦電器有特殊要求，如體積要小，易于搬運(yùn)，堅(jiān)固，防潮防水，防爆 .屬于煤礦安全標(biāo)志管理目錄內(nèi)的礦用產(chǎn)品應(yīng)有安全標(biāo)志，電氣設(shè)備必須符合防爆要求，應(yīng)有接地、過流、漏電保護(hù)裝置。 突出直接影響著工人的人身安全。一般要在儀器的進(jìn)氣口處加一個(gè)吸收管，裝入堿石灰和氯化鈣以吸收二氧化碳和水蒸氣。但在 300～ 900kHz頻率傳輸其衰減較小 。電動(dòng)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。 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(diǎn)，是可以被認(rèn)識(shí)的，也是可以被控制和利用的 。 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(shè)計(jì) 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。所以說要搞好瓦斯管理工作，必須首先學(xué)習(xí)有關(guān)瓦斯的知識(shí)，了解瓦斯的性質(zhì)和特點(diǎn)。 (5) 采掘工作面內(nèi)，體積大于 ，局部積聚瓦斯?jié)舛冗_(dá)到 2%時(shí)，附近 20米內(nèi)，必須停止工作，撤出人員，切斷電源，進(jìn)行處理。 4 ② 巷道截面對(duì)無線傳輸?shù)挠绊懗潭扰c波長有關(guān)，當(dāng)巷道截面等效半徑與波長相差不大于 10倍時(shí) (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(duì)無線傳輸?shù)挠绊戄^大；巷道截面等效半徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于波長，或遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于波長時(shí)，巷道截面對(duì)無線傳輸?shù)挠绊戄^小。光學(xué)干涉儀的特點(diǎn)是：使用的條件要求不高，精度可以達(dá)到 ，一般礦井中的瓦斯安全員用的多為這種儀器。第四、大量的瓦斯從通風(fēng)井排入大氣，污染大氣環(huán)境。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 9 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。2 ℃ Vc:6V177。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， 13 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 3mm (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、家用電器以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等方面得到廣泛應(yīng)用 .從而使這些領(lǐng)域的技術(shù)水 平、自動(dòng)化程度大大提高。 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(shè)計(jì) 手持部分電源設(shè)計(jì) 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(shù)數(shù)據(jù) 為 ：電壓： 9V，尺寸 (mm)：高 長 寬 ， 有效期： 3 年。1LBS (3) 轉(zhuǎn)換速率： 25us (4) 模擬電壓輸入范圍： 0—10V 和 0—20V， 0—177。 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 。這時(shí)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。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，但電路簡單，無需外加過多的芯片，具有一 定實(shí)用性。各子系統(tǒng)采用 AT89C51單片機(jī)來作為控制部件，協(xié)調(diào)各部分完成規(guī)定的任務(wù)，按照各部分的任務(wù)設(shè)計(jì)好電路圖，最后將各部分連在一起形成一個(gè)整體。 (3) 各個(gè)子系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)。因?yàn)楫?dāng)輸出晶體三極管截止時(shí)，它的集電極電壓基本上取決于上拉電阻與負(fù)載的值 ,另外，各比較器的輸出端允許連接在一起使用。 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 22 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)?LE=1時(shí)， CD4511處于鎖存狀態(tài)。這里不管 AD574A 是處在啟動(dòng)、轉(zhuǎn)換和輸出結(jié)果，使能 20 端 CE 都必須為 1，因此將 AT89C51 的寫控制線和讀控制線通過與非門 74LS00 與 AD574A 的使能端 CE 相連。其主要功能特性如下： (1) 分辨率： 12 位 (2) 非線性誤差：小于 177。1 5V的基準(zhǔn)電壓，單片機(jī)的電源電壓為 +5V，所以，此處采用三端集成穩(wěn)壓芯片 LM781LM780 LM780 LM7915，來分別得到 +15V、 +6V、 +5V、 15V電壓作為輸出，供現(xiàn)場部分的系統(tǒng)使用。PTR20xx的出現(xiàn)，使用戶擺脫了傳統(tǒng)無線產(chǎn)品設(shè)計(jì)的困擾。 DC RH 取樣電阻 50Ω177。 A T 8 9 C 5 1無 線 發(fā) 射模 塊瓦 斯 傳感 器信 號(hào) 調(diào)理 電 路電 源時(shí) 鐘 、 復(fù)位 電 路A / D 轉(zhuǎn)換 器 圖 現(xiàn)場部分結(jié)構(gòu)圖 8 A T 8 9 C 5 1報(bào) 警 電 路電 源時(shí) 鐘 、 復(fù)位 電 路無 線 接收 模 塊瓦 斯 濃 度顯 示 電 路 圖 手持部分結(jié)構(gòu)圖 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 技術(shù)指標(biāo) 本課題的研究目的是設(shè)計(jì)一個(gè)基于無線傳輸?shù)耐咚節(jié)舛葯z測儀，該瓦斯?jié)舛葯z測儀主要完成數(shù)據(jù)采集、處理和無線傳輸，瓦斯?jié)舛蕊@示以及超限報(bào)警等功能，并且具有體積小、 攜帶方便、多功能、精度高等特點(diǎn)，其具體技術(shù)指標(biāo)上的要求如下 ： (1) 應(yīng)用環(huán)境 ： 煤礦氣體監(jiān)測 (2) 監(jiān)測對(duì)象 ： 監(jiān)測甲烷氣體 (3) 測量范圍 ： 甲烷 ～ 2% (4) 靈敏度 ： % (5) 響應(yīng)時(shí)間 ： 30s (6) 功耗 ： ≈150mw (7) 環(huán)境工作溫度范圍 ： 20～ +70C (8) 環(huán)境下作濕度范圍 ： 95%RH 防爆要求 煤礦井下工作環(huán)境特殊，空間狹窄，濕度大，有易燃易爆的瓦斯和煤塵，所以，煤礦電器同一般電器有較大的區(qū)別。第二、煤中瓦斯突出。這種儀器在使用中必須消除二氧化碳和水蒸氣的干擾。巷道截面越大，傳輸頻率越高，傳輸衰減越小。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 。 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 。因此，實(shí)時(shí)檢測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。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 4CH 、 2CO 、 CO、 2N 、26CH、 2SO 、 2HS等。 (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，達(dá)到 %時(shí)必須停止工作，切斷采煤機(jī)和掘進(jìn)機(jī)的電源。因此。缺點(diǎn)是： 5 當(dāng)水蒸氣含量 較高時(shí)，測量精度下降，需要經(jīng)常更換藥品；儀器的安裝較困難，讀數(shù)不方便，讀數(shù)的精度直接與使用人員的操作有很大關(guān)系；測量范圍有限，精度不高。 我國煤礦的瓦斯災(zāi)害是比較嚴(yán)重的，瓦斯災(zāi)害始終是煤礦安全生產(chǎn)的大敵，日前已成為制約煤礦安全生產(chǎn)的主要矛盾。如外殼的各配合面 (隔爆面 )的間隙大小和長度要符合 求，另一方面外殼要有一定的機(jī)械強(qiáng)度，須達(dá)到外殼內(nèi)部爆炸參考?jí)毫Φ?壓力不損壞和變形等。 相對(duì)濕度： 65%177。正因?yàn)槿绱藝鴥?nèi)外多家電子生產(chǎn)廠商把目光投向了單片機(jī)的生產(chǎn)，其中最為著名的當(dāng)數(shù) INTEL公司生產(chǎn)的 MCS51系列單片機(jī)。在不同的測試條件下，其終止電壓和 使用壽命如表 所示 。5V 和 0—177。 表 PTR20xx引腳功能說明 管腳序號(hào) 名稱 功能 1 VCC 正電源端， ～ 2 CS 頻道選擇端， CS=0選擇工作頻道 1，即 433． 92MHz； CS=1選擇工作頻道 2，即 3 DO 數(shù)據(jù)輸出端 4 DI 數(shù)據(jù)輸入端 5 GND 電源地端 6 PWR 節(jié)能控制端。這樣將每位要顯示的數(shù)據(jù)分別送入各個(gè)顯示器件，由各個(gè) LE端控制，在合適的時(shí)間間隔內(nèi)，由于視覺的延遲作用，我們可以看到各個(gè)清晰的數(shù)字 。具體連接圖如圖 。 (4) 對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行論證。 使用單片機(jī) AT89C51作為 控制芯片，利用甲烷氣體傳感器、信號(hào)調(diào)理電路、 A/D轉(zhuǎn)換器、無線收發(fā)模塊、顯示電路、報(bào)警電路構(gòu)成系統(tǒng)，在各部分的元器件的選擇中本