【正文】 著高性能、低成本的原則，按照設(shè)計要求做出選擇。選不同阻值的上拉電阻會影響輸出端高電位的值。 V C C 1CS 2DO 3DI 4P W R 6T X EN 7GND 5P TR 2 0 0 0 + 5 VP 3 . 0 V C C1CS2DO 3DI 4P W R 6T X EN7GND5P TR 2 0 0 0 + 5VP 3. 1 圖 發(fā)射端 PTR20xx連接圖 圖 接收端 PTR20xx連接圖 LED顯示電路設(shè)計 LED顯示器分為共陽極和共陰極兩種，兩者輸入代碼不同，本設(shè)計采用共陰極數(shù)碼管作為顯示器件 。 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 AT89C51，所以當(dāng) AT89C51 的 查詢到 STS 端轉(zhuǎn)換結(jié)束信號后，先將轉(zhuǎn)換后的 12 位 A/D 數(shù)據(jù)的高 8 位讀進單片機， 然后再將低 4 位讀進單片機。 62C H 4 _ INXX5 1 6 1 2V = =R + 5 1 R + 5 1?? （ ） + 6V+C11 0u FC20 .1 u FR31 0KQ18 05 0R23KR15 10Q28 05 0R451+5IN1OUT2T2M Q 2 14O P 07R51 0KR71 0KR62 0KO P 07+ 15 V 1 5 V+ 15 V 1 5 VR91 0KR 1 01 0KR81 0KGNDGNDC H 4 _I NC H 4 _K Z 圖 信號采集及調(diào)理電路圖 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片 AD574A原理及連接方法 AD574A是美國模擬數(shù)字公司 (Analog)推出的單片高速 12位逐次比較型 A/D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)置雙極性電路構(gòu)成的混 合集成轉(zhuǎn)換芯片，具有外接元件少，功耗低，精度高等特點，并且具有自動校零和自動極性轉(zhuǎn)換功能，只需外接少量的阻容件即可構(gòu)成一個完整的 A/D 轉(zhuǎn)換器。因現(xiàn)場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。以往設(shè)計無線數(shù)傳產(chǎn)品常常需要相當(dāng)多的無線電專業(yè)知識和昂貴的專業(yè)設(shè)備，而且傳統(tǒng)的電路設(shè)計方案不是電路太復(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。 表 標(biāo)準(zhǔn)工作條件 符號 參數(shù)名稱 技術(shù)條件 備注 Vc 回路電壓 6V177。其工作原理是現(xiàn)場瓦斯?jié)舛韧ㄟ^瓦斯傳感器 MQ214探頭及信號調(diào)理電路轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的電信號，電信號通過 A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)成相應(yīng)的數(shù)字信號送入單片機，單片機處理數(shù)據(jù)后通過連接在串行口的無線傳輸模塊 PTR20xx傳輸?shù)绞殖植糠诌M行濃度顯示和報警操作。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，而且揚起的煤塵又會參與爆炸，摧毀巷道，毀壞設(shè)備，甚至毀滅整個礦井，給國家和人民生命財產(chǎn)造成巨大損失。當(dāng)兩個氣室的溫度等條件相同時，由于甲烷的折射率 n=，而空氣的折射率 n=，便可以利用測量干涉條紋的移動對甲烷的濃度進行定量分析。 礦井無線傳輸受工作頻率、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，其特點有 ： ① 礦井無線傳輸受巷道截面和傳輸頻率影響。放炮地點附近 20 米以內(nèi)風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛冗_(dá)到 1%時，嚴(yán)禁放炮。 煤礦瓦斯氣體概述 要設(shè)計一個瓦斯?jié)舛葯z測儀，就必須首先搞清楚瓦斯氣體，明確研究對象的性質(zhì)及其爆炸所需的條件等，只有在明確了研究對象之后，才能很好地對其進行檢測，下面就將對瓦斯氣體的特性和爆炸條件作詳細(xì)地介紹。而目前國內(nèi)礦井中用于瓦斯檢測的設(shè)備比較落后，這些設(shè)備探測范圍小，反應(yīng)時間長，數(shù)據(jù)傳輸采用有線方式，且具有成本高、功耗高和設(shè)備龐大等特點，不適應(yīng)大多數(shù)煤礦的需求，因此需要研制一種集成化、智能化、小型化、無線化的新型瓦斯檢測報警 設(shè)備，增強礦井的安全監(jiān)測能力。主要成分是甲烷 ( 4CH )、一氧化碳 (CO)和二氧化碳 ( 2CO )、硫化氫 ( 2HS)等 。 3 無線傳輸技術(shù)概述 常用的無線傳輸方式有 藍(lán)牙、紅外、 UWB、 ZigBee、 WIFI、微波、無線電波 ，其中 藍(lán)牙、紅外、 UWB、 ZigBee、 WIFI 適用于短距離或中距離無線信號傳輸，微波和無線電波適用于中遠(yuǎn)距離傳播，由于礦井巷道比較狹長，中短距離的無線傳輸方式在此無法使用，下面著重 介紹兩種較長距離數(shù)據(jù)傳送方式。巷道截面對中頻及其以下頻率的無線 傳輸影響較小，所以在本設(shè)計中可選用適當(dāng)頻率的無線電波作為無線傳輸方式。 綜合來說，目前市場上的每種系統(tǒng)都可能存在量程小、體積大、功耗大、需短期內(nèi)校準(zhǔn)、使用壽命短、無數(shù)據(jù)傳輸方式等其中某種或某幾種缺點。因此，研制先進適用的煤礦瓦斯氣體監(jiān)測儀對煤礦工業(yè)安全生產(chǎn)，減少事故發(fā)生和生命財產(chǎn)損失有重要意義，市場應(yīng)用前景十分廣闊。隔爆型儀表設(shè)計須注意如下幾個方面 ： (1) 確定合理的外殼結(jié)構(gòu) 根據(jù)儀表的特點，專門設(shè)計與原結(jié)構(gòu)相適應(yīng)的外殼，達(dá)到既不損害儀表原來使用特征又經(jīng)濟合理的外殼，外殼腔內(nèi)有細(xì)長通道，避免腔內(nèi)發(fā)生壓力重疊現(xiàn)象 ,外殼的材質(zhì)采用新型的工程塑料和優(yōu)質(zhì)輕合金 ，結(jié)構(gòu)輕巧。5% 預(yù)熱時間 不少于 24s 其測量電路如圖 。單片機型號的選擇是根據(jù)控制系統(tǒng)的目標(biāo)、功能、可靠性、性價比、精度和速度等來決定的。 表 南孚 9V電池的終止電壓和使用壽命 測試條件 終止電壓 使用壽命 620 歐 2h/d 180 歐 30h/d 270 歐 1h/d 由于手持部分的特殊性，只能使用 電 池供電，而單片機的供電電壓為 5V直流電，且要求電壓穩(wěn)定，所以在設(shè)計中采用了三端集成穩(wěn)壓芯片 LM7805，由其輸出端提供穩(wěn)定的 +5V電壓，以供單片機使用。10V 兩檔四種 (5) 電源電壓： 177。 PWR=1時，正常工作狀態(tài)， PWR=0時，待機微功耗狀態(tài) 7 TXEN 發(fā)射接收控制。 CD4511與單片機、數(shù)碼管組成的系統(tǒng)顯示模塊的總連接電路圖如圖 。 671312AL M 3 39 ( 1 / 4 )8914312AL M 3 39 ( 1 / 4 )101113312AL M 3 39 ( 1 / 4 )1 N 47 3 4 1 N 47 3 5 1 N 47 3 7 1 N 47 3 8R11 00 K R41 00 KR61 00 KR 1 01 00 KR22 .2 KR82 .2 KR72 .2 KR 1 12 .2 KR31KR51KR91KR 1 21KL E D L E D L E DL E D452312AL M 3 39 ( 1 / 4 )9V 干電池R 1 34 .7 KR 1 44 .7 KR 1 54 .7 KR 1 64 .7 K 圖 電池電量監(jiān)測電路 25 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計 現(xiàn)場單片機主程序設(shè)計 處于現(xiàn)場部分的單片機的程序設(shè)計，主要包括傳感器的初始化，傳感器的狀態(tài)控制，當(dāng)傳感器完成預(yù)熱后，調(diào)用 A/D轉(zhuǎn)換子程序進行數(shù)據(jù)采集，然后進行數(shù)據(jù)的處理，當(dāng)數(shù)據(jù)處理完畢后，就進行串行口通信，將得到的數(shù)據(jù)通過串行口送出，最后送至 PTR20xx無線傳輸模塊進行發(fā)射 ,具體程序流程圖如圖 。一個系統(tǒng)的設(shè)計，論證過程的必不可少的部分。 (2) 各部分元器件的選擇。18V (3) 對比較信號源的內(nèi)阻限制較寬 (4) 共模范圍很大，為 0～ ()Vo (5) 差動輸入電壓范圍較大，大到可以等于電源電壓 (6) 輸出端電位可靈活方便地選用 O u t p u t 21O u t p u t 12V c c3I n p u t 14+ In p u t 15I n p u t 26+ In p u t 27O u t p u t 3 14O u t p u t 4 13GND 12+ In p u t 4 11I n p u t 4 10+ In p u t 3 9I n p u t 3 8L M 3 3 9R?1KR?1K 圖 LM339元件圖 24 LM339的輸出端相當(dāng)于一只不接集電極電阻的晶體三極管，在使用時輸出端到正電源一般須接一只電阻（稱為上拉電阻，選 315K）。具體單片機與 PTR20xx模塊的連接圖如圖 。 28 STS 工作狀態(tài)指示信號端，當(dāng) STS=1 時，表示轉(zhuǎn)換器正處于轉(zhuǎn)換狀態(tài)，當(dāng) STS=0 時，聲明 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束，通過此信號可以判別 A/D 轉(zhuǎn)換器的工作狀態(tài)，作為單片機的中斷或查詢信號之用 E A / V p p31P 0. 732P 0. 633P 0. 534P 0. 435P 0. 336P 0. 237P 0. 138P 0. 039WR16RD17P 2. 021P R O G / A L E30P 2. 122GND20R S T9P 3. 1 ( T X D )11X A L T 218V C C40X T A L 119A T 89 C 5 1D718D617D514D413D38D27D14D03G11OE1Q02Q15Q26Q39Q412Q515Q616Q7177 4L S 3 73Y3A1B27 4L S 0 0GNDR21 00R51 00 kR31 00 KR41 00Vl1b i p o f f12AG9V E E11B I N10B O U T81 0V i n132 0V i n14DG151 2/ 82CS3A04R / C5D B 1 127D B 1 026D B 925D B 824D B 723D B 622D B 521D B 420D B 319D B 218D B 117D B 016CE6S T S28V c c7A D 5 74 AGND+ 5V 1 5 v+ 15 vR?1 0K 圖 AD574A與單片機連接圖 圖 是 AT89C51 單片機與 AD574A 的接口電路，其中還使用 了三態(tài)鎖存器 74LS373 和 74LS00 與非門電路，邏輯控制信號由 AT89C51 的數(shù)據(jù)口 P0 發(fā)出，并由三態(tài)鎖存器 74LS373 鎖存到輸出端 Q0、 Q1 和 Q2 上， Q0、 Q Q2分別連接到 AD574A 的 CS、 A0 和 R/C 端，用于控制 AD574A 的工作過程。整個電路的輸出 電壓與瓦斯傳感器電阻之間的運算關(guān)系 如式 。 系統(tǒng)電源設(shè)計 煤礦現(xiàn)場部分電源設(shè)計 由于煤礦礦井下可采用有線電纜供電，所以本設(shè)計中采用 220V交流市電，經(jīng)變壓、整流濾波、穩(wěn)壓后得到所需電源。該模板在內(nèi)部集成了高頻接收、 PLL合成、 FSK調(diào)制 /解調(diào)、參量放大、功率放大、頻道切換等功 能，因而是目前集成度較高的無線數(shù)傳產(chǎn)品。表 ；表 描述了傳感器的使用的環(huán)境條件；而表 3則詳細(xì)闡述了傳感器的靈敏度特性，標(biāo)示出了其檢測范圍。 瓦斯?jié)舛葯z測儀的功能是能夠檢測 4CH 濃度，同時本著方便使用的原則，還應(yīng)具備聲光報警、濃度顯示等功能。第一、瓦斯?jié)舛冗^高，對工人身體健康的影響表現(xiàn)為缺氧，呼吸困難，窒息等。如果氣 樣室中氣體的成分、溫度、壓力發(fā)生改變，則折射率會發(fā)生改變，光程也會發(fā)生變化，所看到的干涉條紋就發(fā)生移動。建立礦井無線安全監(jiān)測與預(yù)警信息系統(tǒng)可以對有線監(jiān)控系統(tǒng)難以監(jiān)測的區(qū)域?qū)嵤┦钟行?、實時和靈活的監(jiān)測。 (4) 采掘工作面風(fēng)流中瓦斯?jié)舛冗_(dá)到 1%時，必須停止用電鉆打眼 。因此開發(fā)研制便于攜帶、多功能、精度高的瓦斯檢測儀對促進煤炭行業(yè)的安全生產(chǎn)具有重要的現(xiàn)實意義 。 本論文將 無線傳輸技術(shù)引入礦井瓦斯監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸過程中，從而 設(shè)計了一種基于無線傳輸?shù)耐咚節(jié)舛葯z測儀。 甲烷是礦井瓦斯的主要成分，是一種無色無味的氣體 ， 不助燃，但當(dāng)與空氣混合到一定濃度時，遇火能燃燒或爆炸，爆炸界限為 5～ 16%。 (1)無線電波 無線電波或射頻波是指在自由空間（包括空氣和真空）傳播的電磁波，其頻率 下限較不統(tǒng)一 ,在各種射頻規(guī)范書 ,常見的有三種 3kHz、 9kHz、 10kHz。 煤礦瓦斯檢測儀的發(fā)展?fàn)顩r 多年來市場上用于瓦斯?jié)舛葯z測的儀器主要有：氣相