【正文】 19 AD 轉(zhuǎn)換芯片選擇 A/D 轉(zhuǎn)換器是測試系統(tǒng)的一個非常 重要的環(huán)節(jié)，其芯片種類多，性能各異，功能引腳不盡相同，因此實際應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)分辨率和轉(zhuǎn)換時間兩個重要參數(shù)選擇適當(dāng)?shù)男酒?。多路開關(guān)可選通 8 個模擬通道，允許 8 路模擬量分時輸入時，共用 A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。因 ADC0809 的內(nèi)部沒有時鐘電路 ,所需時鐘信號必須由外界提供，通常使用頻率為 500KHZ,VREF（＋） ,VREF（－）為參考電壓輸入。 OE為輸出允許信號 ,用于控制三條輸出鎖存器向單片機輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。 ULSB ，能與 8 位微處 理器接口 TTL 兼容 ，供電電壓為 +5V ，時鐘頻率范圍是： 10 ～1280KHZ，當(dāng)時鐘頻率為 500KHZ 時，對應(yīng)的轉(zhuǎn)換時間為 125uS ICL7109 雙積分式 A/D 轉(zhuǎn)換器 位二進(jìn)制形式輸出，并帶有極性和溢出位 ； TTL 兼容，具有三態(tài)控制輸出； ，能用來方便地監(jiān)視和控制轉(zhuǎn)換時間； ，只需外接晶體或 RC 器件； (UART)數(shù)據(jù)交換制式，可通過簡單的并行或串行接口與微機相接； ； 30 次； ； ； 1012Ω； 20mw； 在選用 A/D 轉(zhuǎn)換之前，主要應(yīng)根據(jù)使用的場合的具體要求，按照轉(zhuǎn)換速度、精度、價格、功能以及接口條件來決定選擇何種類型。并非所有的地址都被定義，從 80HFFH 共 128 個字節(jié)只有一部分被定義，還有相當(dāng)一部分沒有定義，對沒有定義的單元讀寫將是 無效的，讀出的數(shù)值將不確定，而寫入的數(shù)據(jù)也將丟失。當(dāng)振蕩器工作時， RST 引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復(fù)位。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址（低 8 位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用 ,在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。 PD 是掉電方式位，當(dāng) PD = 1 時激活掉電工作方式， IDL 是空閑工作位，當(dāng) IDL = 1 時激活空閑方式，當(dāng) PD 和 IDL 同時為 1 時，則先激活掉電方式。在滿足傳感器電性能要求的前提下， VC 和 VH 可以共用同一個電源電路。利用該原理的甲烷測定器是當(dāng)前國內(nèi)測量低濃度甲烷的檢測儀器中采用最廣泛的一種，而且還在不斷的提高和發(fā)展。其優(yōu)點是采用這一原理的儀器精度高，選擇性好 ,不受其它氣體影響，測量范圍寬，可連續(xù)檢測 。如果黑白元件的一臂發(fā)生開路或短路故障，儀器顯示“ ”。 在保證儀器功能的前提下，盡可能降低成本，以軟代硬，化繁為簡。同時，如何從現(xiàn)有使用的技術(shù)產(chǎn)品中找出不足并加以改善和提高，這是預(yù)防控制煤礦瓦斯爆炸事故最為直接最為有效的方法。 哈爾濱理工大學(xué)成人教育學(xué)院畢業(yè)論文 5 第 2 章 瓦斯報警系統(tǒng)的方案設(shè)計 瓦斯爆炸的原因及因素 ，瓦斯只在一定的濃度范圍內(nèi)爆炸，這個濃度范圍稱瓦斯的爆炸界限，其最低濃度界限叫爆炸下限，其最高濃度界限叫爆炸上限，瓦斯在空氣中的爆炸下限為 5～ 6％，上限為 14～ 16％。體積小，能實時快速的對外部事件作出響應(yīng)，迅速采集大量數(shù)據(jù)，做出邏輯判斷與推理后實現(xiàn)被控對象的參數(shù)調(diào)整與控制，且能滿足檢測儀的設(shè)計要求，所以基于單片機的智能瓦斯檢測系統(tǒng) 設(shè)計的開發(fā)有很大意義。在這些要求中，努力提高元件的穩(wěn)定性、延長使用壽命是中心課題。 【 2】 根據(jù)煤礦三班作業(yè)的實際情況，目前至少需要 300 萬個瓦斯報警器，可見其市場非常廣闊。文中首先闡述了 CH4監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展及狀況，其次著重介紹了我們此次基于甲烷傳感器 MQ7和單片機AT89C51的煤礦瓦斯監(jiān)測報警器。目前，在瓦斯檢測儀總占主導(dǎo)地位的是催化瓦斯檢測儀，據(jù)最早文獻(xiàn)記載， 1943 年以前美國已制成 VCC 瓦斯測 量儀，日本在鉑絲元件上加上涂有催化劑的載體小珠，制成最早的載體催化元件并利用這種原件制成了北辰型瓦斯指示器。本文所設(shè)計一種低成本的可燃性氣體報警器設(shè)計，能夠監(jiān)控礦井的瓦斯氣體的濃度，顯示測量結(jié)果，并對當(dāng)前 的環(huán)境狀態(tài)做出判斷，發(fā)出報警信息。而且單片機內(nèi)部具有 8 路 A/D 轉(zhuǎn)換和大容量的ROM 和 RAM，不需要外部擴(kuò)展電路，硬件電路結(jié)果簡單，維護(hù)方便）設(shè)計出了基于單片機的瓦斯傳感器。 煤礦安全生產(chǎn)的措施：及時將煤礦內(nèi)的瓦斯抽出；不要穿有金屬鞋底的鞋子。另外，從全國煤礦現(xiàn)狀來看，各礦通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)都是從進(jìn)風(fēng)井到井下各硐室、到掘進(jìn)頭、到回采面、到回風(fēng)井，瓦斯監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)配置、斷電控制，煤礦井下瓦斯?jié)舛忍筋^與地面控制室與地面主要領(lǐng)導(dǎo)的手機與礦、縣、市、省、國家主管部門聯(lián)網(wǎng)，甚至與天上衛(wèi)星聯(lián)網(wǎng)，無疑是最完善的系統(tǒng)、最發(fā)達(dá)的網(wǎng)絡(luò)、最完善的布局、最先進(jìn)的手段，但瓦斯爆炸事故依然存在，并沒有根本得到改觀。 ～ 真值的 10% ～ 177。其優(yōu)點是準(zhǔn)確度高，堅固耐用，校正容易，高低濃度均可測量，還可測量二氧化碳濃度 。但當(dāng)濃度大于 1 %CH4 時，其反應(yīng)遲鈍，選擇性和線性 均較差，所以很少用于煤礦井下甲烷濃度的檢測，而多用于可燃?xì)怏w的檢漏報警。當(dāng)傳感器所處的環(huán)境中存在可燃?xì)怏w時，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中可燃?xì)怏w濃度的增加而增大。 2℃ Vc:177。 1000 次擦寫周期 。 與 AT89C51 不同的是， 和 還可分別作為定時 /計數(shù)器 2 的外部計數(shù)輸入（ ）和輸入（ ）。讀位置位后，只有一條 MOVX 和 MOVC指令才能將 ALE 激活。其中分辨率就是指 A/D 轉(zhuǎn)換器可轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)或 BCD 碼的位數(shù)。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存 A/D 轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng) OE 端為高電平時 ,才可以從三態(tài)輸出。 哈爾濱理工大學(xué)成人教育學(xué)院畢業(yè)論文 23 LCD 液晶顯示電路 LCD 顯示電路 LCD 顯示電路如圖 36 所示 圖 36 LCD 顯示電路 1602 液晶是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣型液晶模塊它有若干個 5X7 或者 5X11 等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符。當(dāng) EOC 為高電平時 ,表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。 哈爾濱理工大學(xué)成人教育學(xué)院畢業(yè)論文 20 ADC0809 的主要特性 8 位 177。 特殊功能寄存器： 在 AT89C52 片內(nèi)存儲器中， 80HFFH 共 128 個字節(jié)為特殊功能寄存器（ SFE）。 P3 口除了作為一般的 I/O 口線外，更重要的是它的第二功能，如下表 31 所示： 表 31 P3 口管腳功能 此外， P3 口還可以接受一些用于 Flash 閃速存儲器編程和程序校 RST：復(fù)位輸入。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅(qū)動 8 個 TTL 邏輯門電路，對端口 P0 寫“ 1”時，可作為高阻抗輸入端用。它是通過控制專用寄存器 PCON （電 源控制寄存器）中的 PD( )和 IDL( ) 來實現(xiàn)的。這種傳感器具有輕微的極性， VC 需用直流電源。 熱催化原理又稱催化燃燒原理。 紅外線式 是利用甲烷分子能吸收特定波長的紅外線來測定甲烷濃度。當(dāng)甲烷濃度低于 %時，電橋恢復(fù)正常工作。 嚴(yán)格執(zhí)行國家和煤炭部以及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。如何采用新技術(shù)、新產(chǎn)品及時武裝煤礦，提高煤礦預(yù)防和抵抗瓦斯爆炸事故的發(fā)生是各煤礦首要選擇。 該系統(tǒng)可有效的降低瓦斯事故發(fā)生率，結(jié)構(gòu)靈活，擴(kuò)展性強，具有較高的性價比， AT87C51 的應(yīng)用實現(xiàn)了電子硬件設(shè)計的“軟件化”，大大的提高了系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力，非常實用于各種大小煤礦井下瓦斯的監(jiān)測監(jiān)控，性能優(yōu)良，經(jīng)久耐用，可靠性高。傳統(tǒng)的機械檢測儀一般靈敏度和準(zhǔn)確度也比較低或者檢測方法難，同時單片機既有通用計算機的基本部件，又不同于計算機。這就是說，要研制低功耗、高穩(wěn)定性、長壽命、連續(xù)使用的元件 。 據(jù)《中國煤炭報》統(tǒng)計，全國共有大小煤礦 60000 多個，從業(yè)礦工 800 多萬。 本設(shè)計的硬件電路包括濃度檢測， A/D轉(zhuǎn)換，單片機系統(tǒng)，數(shù)據(jù)顯示電路，串口通信及各控制電路；軟件設(shè)計包括濃度采集，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換及處理，動態(tài)顯示及濃度控制等。 1958 年法國Cherchar 研究所已研制成功利用 AI2O3 為載體，鈀 Pd、釷 Th 為催化劑哈爾濱理工大學(xué)成人教育學(xué)院畢業(yè)論文 2 的載體催化元件，獲得了較好的催化性能。因此結(jié)合微處理技術(shù)研制新型的智能瓦斯監(jiān)控報警系統(tǒng)將是現(xiàn)在乃至今后的世界面臨的重要問題在煤礦井下生產(chǎn)環(huán)境中，需要對瓦斯、一氧化碳等環(huán)境參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測。系統(tǒng)由 單片機，瓦斯氣體檢測電路， A/D 轉(zhuǎn)換、液晶顯示電路，聲光報警電路組成。 天然氣加氣戰(zhàn)內(nèi)禁止吸煙的原因：吸煙有明火可能會和揮發(fā)或泄露出的少量天然氣爆炸。從以上的分析可知，煤礦監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)在實際應(yīng)用中還存在著許多的不足，急需技術(shù)改進(jìn)及加強系統(tǒng)的管理工作，這就是我國煤礦監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)在使用中的現(xiàn)狀 。 （ 3）分辨率： %CH4 （ 4）顯示方式：四位 LED （ 5）測量范圍： 0～ % CH4 （ 6）響應(yīng)時間：≤ 20s （ 7）報警點：可調(diào)，設(shè)定在 %CH4 （ 8）斷電點：可調(diào)，設(shè)定在 %CH4 （ 9）復(fù)電點：可調(diào)，設(shè)定在 %CH4 （ 10）報警方式： 聲光報警，其中： 響度：≥ 80dB 光可見度：≥ 20m （ 11）工作方式：擴(kuò)散式 （ 12）防爆型式：礦用本安兼隔爆型 （ 13）輸出信號制式：頻率型 200～ 1000Hz 斷電信號輸出：光電耦合器輸出 （ 14）技術(shù)參數(shù) 工作電源： 9～ 24VDC Ui： Ii： 100mA Ci： F Li： （ 15）外形尺寸： 155mm 106mm 48mm （ 16）重量： 哈爾濱理工大學(xué)成人教育學(xué)院畢業(yè)論文 10 系統(tǒng)實現(xiàn)的功能 儀器上電開機后，儀器內(nèi)部進(jìn)行自檢。其缺點是濃度指示不直觀，受氣壓溫度影響嚴(yán)重，特別是空氣中氧氣不足或氮、氧的比例不正常時 ,要產(chǎn)生誤差 。 在溫度為 220℃、氣壓為 101325Pa 條件下，聲波在甲烷中的傳播速度為 432m/s，而在清潔空氣中為 332m/s。使用簡單的電路即可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對應(yīng)的輸出信號。 相對濕度： 65％177。 全靜態(tài)操作： 0Hz～ 24MHz。 Flash 編程和程序校驗期間， P1 接受低 8 位地址。此外，該引腳會被微弱拉高，當(dāng)單片機執(zhí)行外部程序時，應(yīng)設(shè)置 ALE 禁止為無效。與一般測量儀表的分辨率表達(dá)方式不同， A/D 轉(zhuǎn)換器不采用可分辨的輸入模擬電壓相對值表示，例如本次設(shè)計我們采用的 A/D 轉(zhuǎn)換器 ADC0809 的分辨率為 8 位，即該轉(zhuǎn)換器的輸出數(shù)據(jù)可以用 82 個二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行量化，其分辨率為 1LSB。 IN0－ IN7： 8 條模擬量輸入通道。每位之間有一個點距的間隔每行之間也有間隔起到了字符間距和行間距的作用，正因為如此他才不能顯示圖形，微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧，常用在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中。 EOC 為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。同時隨著分辨路增高芯片的成本也會隨之倍增。 XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。此時 ,被外部拉低的 P3口將用上拉電阻輸出電流 I。 功能特性： P0 口： P0 口是一組 8 位漏極開路型雙向 I/O 口，也即地址 /數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。另外， AT89C52 是用靜態(tài)邏輯來設(shè)計的，其工作頻率可下降到 0Hz，并提供兩種可用軟件來控制的省電方式：空閑方式和掉電方式。VC 則是用于測定與傳感器串聯(lián)的負(fù)載電阻（ RL）上的電壓（ VRL）。因為，即使是測量同一物理量，也有多種原理的傳感器可供選用，哪一種原理的傳感器更為合適，則需要根據(jù)被測量的特點和傳感器的使用條件考慮以下一些具體問題： 1)量程的大小； 2)被測位置對傳感器體積的要求； 3)測量方式為接觸式還是非接觸式； 4)信號的引出方法，有線或是非接觸測量； 5)傳感器的來源，國產(chǎn)還是進(jìn)口，還是自行研制，價格能否承受。其缺點是測量低濃度甲烷時輸出信號小，受氣溫及背景氣體的影響較大。保護(hù)狀態(tài)下電橋每 3 分鐘工作 15秒。 從設(shè)計階段著手保證產(chǎn)品的可靠性，將可靠性貫穿于設(shè)計、工藝、加工等各個環(huán)節(jié)。為此，重視并合理運用科學(xué)技術(shù)保障煤礦安全，是杜絕煤礦井下瓦斯爆炸事故的根本障。監(jiān)測到的信息傳輸?shù)絾纹瑱C，經(jīng)單片機處理后發(fā)出指令，如果瓦斯超過規(guī)定值，該系統(tǒng)可以立即發(fā)出聲光報警并自動發(fā)出執(zhí)行指令以降低瓦斯?jié)舛?。由于檢測裝置向更迅速更快捷發(fā)展，方便攜帶等要求發(fā)展。由此可以看出，當(dāng)前國際催化型傳感器的主要發(fā)展方向，首先是在運用中分別向適應(yīng)小型化個人攜帶儀器和大型計算機控制系統(tǒng)的方向發(fā)展。 隨著采礦技術(shù)的不斷發(fā)展，井下作業(yè)的安全越來越有保障， 但是仍然有許多采礦企業(yè)的機械化程度低，因此對現(xiàn)場采礦的工作人員的生命安全造成潛在的威脅，特別是針對瓦斯氣體的檢測和報警仍