【正文】 比較電路。 只要知道熱阻層的厚度 ΔX，導(dǎo)熱系數(shù) λ，通過(guò)測(cè)到的溫差 ΔT 就可以知道通過(guò)的熱流密度。 使用條件 :溫度 15~35℃ 。 圖 3 1 氣敏元件結(jié)構(gòu) 11 MQ5 介紹 工作原理： 電阻型半導(dǎo)體氣敏傳感器氣敏元件的敏感部分是金屬氧化物微結(jié)晶粒子燒結(jié)體，當(dāng)它的表面吸附有被測(cè)氣體時(shí)，半導(dǎo)體微結(jié)晶粒子接觸介面的導(dǎo)電電子比例就會(huì)發(fā)生變化，從而使氣敏元件的電阻值隨被測(cè)氣體的濃度改變而變化。在此， ΔRF 是由于可燃性氣體接觸燃燒所產(chǎn)生的溫度變化 (燃燒熱 )引起的，是與接觸燃燒熱 (可燃性氣體氧化反應(yīng)熱 )成比例的，即 FR? 可以用下面的公式來(lái)表示 ????? = ε?T = ε????? = ?????????? (35) ε， C 和 α 的數(shù)值與檢測(cè)元件的材料、形狀、結(jié)構(gòu)、表面處理方法等因素有關(guān)。因此，只要測(cè)定作為敏感件的鉑絲的電阻變化值 (ΔR)，就可檢測(cè)空氣中可燃性氣體的濃度。 一個(gè)易燃易爆氣體監(jiān)控系統(tǒng)能夠及時(shí)的發(fā)現(xiàn)易燃易爆氣體并報(bào)警，肯定能提高人民的生活水平和加快我們的現(xiàn)代化建設(shè)，減少不必要的人員跟財(cái)產(chǎn) 損失，有利于整個(gè)社會(huì)穩(wěn)定。智能傳感系統(tǒng)與傳統(tǒng)傳感器相比，具有高精度、高可靠性、高性能價(jià)格比、多功能化等優(yōu)點(diǎn)，它代表了傳感器的發(fā)展方向，是傳感器克服自身落后向前發(fā)展的必然趨勢(shì)。一直以來(lái)，光干涉瓦斯監(jiān)測(cè)器在我國(guó)以及日本使用比較廣泛，自 20 世紀(jì) 30 年代以來(lái)，已經(jīng)連續(xù)使用了數(shù)十年，至今仍在多數(shù)些礦井的瓦斯檢測(cè)中使用。 煤炭生產(chǎn)作為我國(guó)能源工業(yè)的支柱，其地位將是長(zhǎng)期的，穩(wěn)定的。 儀器由 CPU、敏感元件、 A/D 轉(zhuǎn)換電路、顯示電路、報(bào)警電路等組成。在許多發(fā)達(dá)國(guó)家中為了減少事故的發(fā)生，一般不會(huì)開(kāi)采高瓦斯災(zāi)害隱患嚴(yán)重的礦井。 1961 年以后，英、美、法、日、德、前蘇聯(lián)等國(guó)家又對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)研究，并把它作為瓦斯檢測(cè)的主要工作方向。采用直接的語(yǔ)音播報(bào)方式，可以主動(dòng)向現(xiàn)場(chǎng)人員提供各種信息，遇到危險(xiǎn)情況還能作為緊急廣播 使用。儀器的供電電壓為 5V，瓦斯傳感器由 在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫（ SnO2）氣體敏感材料 制成。 3） 熱阻體式 利用熱阻體組件的熱傳導(dǎo)式瓦斯檢知方式為日本通產(chǎn)省工業(yè)技術(shù)院資源技術(shù)試驗(yàn)所。若與相應(yīng)的電路配合，就能在空氣中當(dāng)可燃性氣體達(dá)到一定濃度時(shí)，自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信號(hào) 。 Rs 表示傳感器在 不同濃度氣體中的電阻值 Ro 表示傳感器在1000ppm 氫氣中的電阻值。 MQ5 引腳說(shuō)明 MQ5 外觀如圖 36。 為了提高熱流傳感器的靈敏度，需要加大傳感器的輸出信號(hào)，因此就需要將眾多的熱電偶串聯(lián)起來(lái)形成熱電堆，這樣測(cè)量的熱阻層兩邊的溫度信號(hào)是串連的所有 熱電偶信號(hào)的逐個(gè)疊加，信號(hào)大能反映多個(gè)信號(hào)的平均特性。由于相減所得到的差值電壓小于 1VLSB，為保證第二級(jí) A/D 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度，將差值放大 2532 倍，送第二級(jí) 5 位并行比較 A/D轉(zhuǎn)換器，得到低 5 位輸出。于是， V1 再與 (3/4)VREF 相比較，如 V1≥(3/4)VREF 則次高位 Dn2=0 ；如最高位為 0，則 V0=VREF/4 ， V1 與 V0 比較，如 V1≥VREF/4 ，則 Dn2 位存 1，否則存 0……。 的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu) 該芯片內(nèi)部由 8 位模擬開(kāi)關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、電阻網(wǎng)絡(luò)、樹(shù)狀電子開(kāi)關(guān) 、逐次逼近寄存器、控制與時(shí)序電路、三態(tài)輸出鎖存器等組成 如圖 313。 ALE：地址鎖存允許信號(hào)輸入端。 D7－ D0 為數(shù)字量輸出線。 下面給出自定義字符點(diǎn)陣時(shí)定義和調(diào)用時(shí)的步驟 。 單片機(jī)最小系統(tǒng) 如圖 318，是單片機(jī)最小系統(tǒng)，由四個(gè)部分組成： 時(shí)鐘電路 XTAL1：芯片內(nèi)部震蕩電路輸入端 XTAL2：芯片內(nèi)部震蕩電路輸出端 XTAL1 和 XTAL2 是獨(dú)立的輸入和輸出反相反放大器，它可以被分配為使用石英晶振的片內(nèi)震蕩器，或者器件由外部時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)。 系統(tǒng)流程圖 系統(tǒng)流程框圖如圖 41 所示。例如，為51 單片機(jī)編寫(xiě)的程序通過(guò)改寫(xiě)頭文件以 及少量的程序行，就可以方便地移植到 PIC 單片機(jī)上。此外， 181。 （ 4）標(biāo)準(zhǔn) C 語(yǔ)言沒(méi)有處理單片機(jī)中斷的定義。 達(dá)到報(bào)警濃度時(shí)，紅燈亮，綠燈滅 ，如圖 44。 仿真 在 protues 中沒(méi)有蜂鳴器的仿真模型，但是蜂鳴器給一個(gè) 5V 電壓就可以發(fā)聲，所以仿真中不加入蜂鳴器，同時(shí) MQ5 用電源加滑動(dòng)變阻器的方式進(jìn)行仿真。 35 （ 2）數(shù)據(jù)類型的不同。Vision3 環(huán)境中極為簡(jiǎn)便地進(jìn)行操作。 用 C51 進(jìn)行單片機(jī)軟件開(kāi)發(fā)，有如下優(yōu)點(diǎn)： （ 1）可讀性好。即 定時(shí)器 T0、 T T2 10）外部中斷 4 路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路， Power Down 模式可由外部中斷低電平觸發(fā) 中斷方式 喚醒 11） 通用異步 串行口 （ UART），還可用定時(shí)器 軟件 實(shí)現(xiàn)多個(gè) UART 12） 工作溫度范圍： 40～ +85℃ （工業(yè)級(jí)） /0～ 75℃ （商業(yè)級(jí)） 13） PDIP 封裝 STC89C52 工作模式 1）掉電模式：典型功耗 A,可由外部中斷喚醒，中斷返回后，繼續(xù)執(zhí) 行原程序 2）空閑模式：典型功耗 2mA 3）正常工作模式：典型功耗 4Ma～ 7mA STC89C52I/O 口復(fù)用功能說(shuō)明 、 和 P3 口都有復(fù)用功能，具體功能參照表 37. 表 37 、 和 P3 口復(fù)用功能 引腳號(hào) 功能特性 T2(定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2 外部輸入 )，時(shí)鐘輸出 T2EX（定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2 捕獲重裝觸發(fā)和方向控制） RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） INT0 (外部中斷 0)錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 所以上面例子 CGRAM 中第一個(gè)自定義的字符 “R”可以用碼值 00H 或 08H 選中 。其他引腳介紹如 表 35。 C B A 選擇的通道 0 0 0 IN0 0 0 1 IN1 0 1 0 IN2 0 1 1 IN3 1 0 0 IN4 1 0 1 IN5 1 1 0 IN6 1 1 1 IN7 數(shù)字量輸出及控制線： 11 條 ST 為轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)。 IN0IN7： 8 位模擬量輸入引腳。通常以數(shù)字量最低位所代表模擬輸入值來(lái)衡量，如相對(duì)精度不超過(guò) 177。 圖 3 6 10 位分級(jí)并行 A/D 轉(zhuǎn)換原理 20 電 壓比 較 器時(shí) 鐘移 位 寄 存 器控 制 邏輯 電 路數(shù) 據(jù) 寄 存 器D / A 轉(zhuǎn) 換 器自 動(dòng) 脈 沖模 擬輸 入 量v 1VR E FDn 1Dn 2D1D0?. . .} 工作原理：電路由啟動(dòng)脈沖啟動(dòng)后，在第一個(gè)時(shí)鐘脈沖作用下，控制電路是移位寄存器的最高位置 1，其它位置 0，其輸出經(jīng)數(shù)據(jù)寄存器將 1000188。由于位數(shù)越多，電路越復(fù)雜，因此制成分辨率較高的集成并行 A/D 轉(zhuǎn)換器是比較困難的。這類傳感器的原理是：當(dāng)有熱流通過(guò)熱流傳感器時(shí)，在傳感器的熱阻層上產(chǎn)生了溫度梯度，根據(jù)付立葉定律就可以得到通過(guò)傳感器的熱流密度，設(shè)熱流矢量方向是與等溫面垂直： q = dQ / ds = λdT / dX (37) 式中： q 為熱流密度； dQ 為通過(guò)等溫面上微小面積， dS 流過(guò)的熱量； dT / dX 為垂直與等溫面方向的溫度梯度 ； λ 為材料的導(dǎo)熱系數(shù)；如果溫度為 T 和 T + ΔT 的兩個(gè)等溫面平行時(shí)： q = λΔT / ΔX (38) 式中： ΔT 為兩等溫面的溫差； ΔX 為兩等溫面之間的距離。 符號(hào)說(shuō)明 ： 1） 檢測(cè)氣體中電阻 Rdg檢測(cè)氣體中電壓 Vdg 2） Rdg與 Vdg的關(guān)系 :Rdg=RL(VC/Vdg1) 3） 負(fù)載電阻可根據(jù)需要適當(dāng)改動(dòng) ,不影響元件靈敏度 。按照結(jié)構(gòu)可以分為燒結(jié)型 （ a） 、薄膜型 （ b） 和厚膜型 （ c） 如圖 33。 E = E0[ (????1+????2)(????1+????2+?????)? ( ??1??1+R2)] (31) 因?yàn)?FR? 很小，可以在分母中省去，并且有 ????1??1 = ????2??2,則 E = E0[ ??1(??1+R2)(????1+????2)](????2????1)????? (32) 如果令 k = ??0??1/(??1+ ??2)(????1 +????2) (33) 則 E = k(????1????2)????? (34) 圖 31 接觸燃燒式氣體敏感元件的橋式電路 9 這樣，在檢測(cè)元件 F1 和補(bǔ)償元件 F2 的電阻比 RF2/RF1 接近于 1 的范圍內(nèi)， A， B兩點(diǎn)間的電位差 E，近似地與 ΔRF 成比例?？諝庵锌扇夹詺怏w濃度愈大，氧化反應(yīng) (燃燒 )產(chǎn)生的反應(yīng)熱量 (燃燒熱 )愈多，鉑絲的溫度變化 (增高 )愈大，其電阻值增加的就越多。 濃度信號(hào)采集A / D轉(zhuǎn)換模塊 單 片 機(jī) 最 小 系 統(tǒng)顯 示 模 塊聲 光 報(bào) 警 系統(tǒng)功能描述 便攜式電子瓦斯檢定器是一種可隨身攜帶、能連續(xù)自動(dòng)測(cè)定（或點(diǎn)測(cè)）環(huán)境中瓦斯?jié)舛鹊娜娮觾x器，具有操作方便、讀數(shù)直觀、工作可靠、體積小、重量輕、維修方便等特點(diǎn)。因此目前世界各國(guó)一直把發(fā)展智能化傳感器作為研究課題，投入大量人力物力進(jìn)行開(kāi)發(fā)研究。從 1675 年英國(guó)北威爾士欣煤礦發(fā)生的第一次瓦斯爆炸礦難起 ，世界各國(guó)開(kāi)始更進(jìn)一步關(guān)注對(duì)瓦斯檢測(cè)報(bào)警的相關(guān)安全研究。 Alarm 目錄 ................................................................................................................................. 1 本課題的研究背景及意義 ................................................................................. 1 國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況和研 究方向 .............................................................................. 2 課題主要研究?jī)?nèi)容與要求 .................................................................................. 3 2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) ................................................................................................................. 4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)模塊 ..................................................................................................... 4 系統(tǒng)功能描述 ...................................................................................................... 4 3 硬件設(shè)計(jì) ......................................................................................................................... 6 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) ...................................................................................................... 6 信號(hào)采集電路 ...................................................................................................... 6 瓦斯傳感器的種類 ................................................................................... 6 接觸燃燒式氣體傳感器結(jié)構(gòu)及原理 .................................................... 7