【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 為單片機(jī)核心 及各個(gè)部件提供電源， 本系統(tǒng)采用的是三端穩(wěn)壓器制成的電源，此方案輸出電流精度高 ， 且簡(jiǎn)單實(shí)用 。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 12 粉塵監(jiān)測(cè) 粉塵濃度測(cè)量在微粒測(cè)試技術(shù)中具有十分重要的作用。 經(jīng)過(guò)多年研究 ,目前國(guó)內(nèi)外科研人員已開發(fā)出各類測(cè)量方法及相應(yīng)的測(cè)塵儀器 ,大致可分為兩類 ,其原理分別基于取樣法和非取樣法。圖 31 為粉塵濃度測(cè)量方法。 粉塵濃度測(cè)量方法取樣法非取樣法傳 統(tǒng) 取 樣 法壓 電 振 動(dòng) 法β 射 線 法超 聲 衰 減 法串 級(jí) 式 沖 擊 法黑 度 法光 散 射 法光 透 射 法M E S B 法 圖 31 粉塵濃度測(cè)量方法 表 31 為取樣法與非取樣法的比較。 表 31 取樣法與非取樣法的比較 取樣法 非取樣法 定義 從待測(cè)區(qū)域中抽出部分具有代表性的含塵氣樣并送入隨后的分析測(cè)量系統(tǒng)來(lái)測(cè)量粉塵濃度與粒徑的方法 測(cè)量時(shí)不用取樣而是利用粉塵的物理光學(xué)等特性直接測(cè)量粉塵濃度及粒徑的方法 測(cè)量原理 簡(jiǎn)單 較復(fù)雜 測(cè)量周期 長(zhǎng) 短 自動(dòng)化程度 低 高 測(cè)試準(zhǔn)確度 低 高 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 13 是否干擾測(cè)量場(chǎng) 是 否 其他 粉塵的分散度對(duì)測(cè)量結(jié)果無(wú)影響 ； 可對(duì)粉塵樣品作進(jìn)一步物理化學(xué)分析 粉塵的分散度等自身參數(shù)影響測(cè)量結(jié)果 ,測(cè)量中需標(biāo)定參數(shù) 從表 31 可看出 , 煤礦粉塵濃度測(cè)量的主流方法應(yīng)該是非取樣法。這是因?yàn)榉遣蓸臃ň哂袦y(cè)量周期短、測(cè)試準(zhǔn)確度高的優(yōu)點(diǎn)。而非采樣法也正是煤礦粉塵測(cè)量的主要辦法。非采樣法主要包括黑度法、光透射法、光散射法等。 電容法的測(cè)量原理簡(jiǎn)單，但電容測(cè)量值與濃度之間并非一一對(duì)應(yīng)的線性關(guān)系，電容的測(cè)量值易受相分布及流型變化的影響，導(dǎo)致較大的測(cè)量誤差； β射線法雖然測(cè)量準(zhǔn)確，但需要對(duì)粉塵進(jìn)行采樣后對(duì)比測(cè)量，很難實(shí)現(xiàn)粉塵濃度的在線監(jiān)測(cè)；超聲波法、微波法測(cè)量粉塵濃度還處于試驗(yàn)研究階段，市場(chǎng)上成型產(chǎn)品較少。目前市場(chǎng)上主要采用光散射法、光吸收法、摩擦電法進(jìn)行粉塵濃度在線監(jiān)測(cè)，形成的產(chǎn)品較多，并成功地應(yīng)用于 堆場(chǎng) 粉塵濃度測(cè)量和煤礦井下粉塵濃度測(cè)量上。 圖 32 光散射法結(jié)構(gòu)原理圖 光散射法原理：含塵氣流可以認(rèn)為是空氣中散布著固體顆粒的氣溶膠，當(dāng)光束通過(guò)河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 14 含塵空氣時(shí)，會(huì)發(fā)生吸收和散射，從而使光在原來(lái)傳播方向上的光強(qiáng)減弱，粉塵濃度傳感器就是通過(guò)探測(cè)變化的光號(hào)，經(jīng)過(guò)換算而實(shí)現(xiàn) 粉塵濃度測(cè)量的，其結(jié)構(gòu)原理如圖 32所示。采用光散射法測(cè)量空氣中的粉塵濃度，具有快速、簡(jiǎn)便、連續(xù)測(cè)量的特點(diǎn)。 本 系統(tǒng) 使用的 GCG500 型粉塵濃度傳感器，采用光散射原理直接測(cè)量總粉塵濃度，測(cè)定數(shù)據(jù)就地顯示，同時(shí)輸出堆煤場(chǎng)粉塵監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)相適應(yīng)的頻率、電流信號(hào)（二中信號(hào)任選一種），供監(jiān)測(cè)系統(tǒng)處理，是固定安裝在作業(yè)場(chǎng)所的監(jiān)測(cè)儀器。該傳感器 主要由光源、光電轉(zhuǎn)換器、粉塵測(cè)量系統(tǒng)、抽氣系統(tǒng)、粉塵過(guò)濾器和控制電路組成。特點(diǎn)：測(cè)量快速準(zhǔn)確、靈敏度高、性能穩(wěn)定、粉塵散射比例系數(shù)可設(shè)定、直接顯示粉塵質(zhì)量濃度。 工作原理：含塵氣流在薄膜泵的作用下，通過(guò)淘析型吸塵口進(jìn)入光散射檢測(cè)暗室，激光光源照射含塵氣流，探測(cè)器探測(cè)粉塵的散射光強(qiáng)，散射角 90℃ ，在粉塵性質(zhì)一定的條件下，粉塵的散射光強(qiáng)度正比于粉塵濃度。 C=K178。 I (31) 式中 C粉塵濃度 ， mg/m3； I激光光強(qiáng)； K光散射比例系數(shù)。 GCG500 粉塵濃度傳感器 外觀如圖 33 技術(shù)指標(biāo)為： 圖 33 粉塵濃度傳感器外觀 總粉塵濃度測(cè)量范圍： ~500mg/m3 測(cè)量誤差： 177。 15% 輸出信號(hào)： 200HZ~000HZ、 1mA~5mA 采樣流量： 2L/min 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 15 工作電壓： 12V~24V DC(本安電源 ) 防爆型式： Exib I 礦用本安型 外形尺寸： 265mm179。 200mm179。 190mm 重 量： 10k 粉塵治理 堆煤 場(chǎng) 揚(yáng)塵原因 及降塵 堆煤場(chǎng)作用為儲(chǔ)存從煤礦運(yùn)來(lái)的原煤，一般情況，堆煤場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)設(shè)備包括 2 臺(tái)斗輪機(jī)、 2 條輸煤皮帶及 2 條斗輪機(jī)運(yùn)行鐵軌。煤礦來(lái)煤一部分直接進(jìn)入選煤系統(tǒng)，而大部分來(lái)煤要通過(guò)斗輪機(jī)的裝卸作業(yè)進(jìn)出堆煤場(chǎng)，而且大量來(lái)煤囤積滯留在堆煤場(chǎng)中。根據(jù)其作業(yè)特點(diǎn)，儲(chǔ)煤場(chǎng)起塵的主要原因包括：煤堆受風(fēng)力擾動(dòng)起塵；斗輪機(jī)裝卸煤炭起塵；斗輪機(jī)落料口密閉不嚴(yán)及落差起塵。 粉塵飄逸治理 將堆煤場(chǎng)噴霧降塵系統(tǒng)與消防管道統(tǒng)一布置。在儲(chǔ)煤場(chǎng)周邊，每隔 20 米安裝一個(gè)冬夏兩用可旋轉(zhuǎn)噴霧箱，形成兩路噴霧降塵系統(tǒng)， 噴槍安裝在可以自由旋轉(zhuǎn) 360176。 的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上，可以任意調(diào)整噴槍的噴霧姿態(tài)， 使整個(gè)儲(chǔ)煤場(chǎng)都處于噴霧降塵的作用范圍之內(nèi)，使其噴射出來(lái) 的雨霧形成一堵完整的水霧幕墻，徹底阻止粉塵飄向廠區(qū)和居民區(qū)，噴出的雨霧以一定速度落在儲(chǔ)煤場(chǎng)上，通過(guò)雨霧對(duì)煤粉的包絡(luò)作用和重力壓制，使得粒徑在較細(xì)的煤粉在飛揚(yáng)升空不到 10m 的距離之內(nèi)就被有效地沉降在儲(chǔ)煤場(chǎng)表面。 堆煤場(chǎng) 的兩臺(tái)斗輪機(jī)在堆料、取料過(guò)程中產(chǎn)生的粉塵也非常大，根據(jù)其工作狀態(tài)，使用水噴霧降塵系統(tǒng)，既滿足降塵的要求，又符合經(jīng)常移動(dòng)和進(jìn)行俯仰的工作特點(diǎn)。具體技術(shù)方案為 ： 考慮到斗輪機(jī)經(jīng)常進(jìn)行移動(dòng)和俯仰的作業(yè)特點(diǎn)，設(shè)置可自動(dòng)伸縮軟管供水卷盤，應(yīng)用軟管對(duì)斗輪機(jī)前端的作業(yè)面進(jìn)行噴霧除塵。 在斗輪前部作業(yè)的位置及下部交叉布置 2 排噴嘴，使噴出的壓力水完全覆蓋取料、堆料點(diǎn)，以及煤堆的表面，從而壓制其作業(yè)時(shí)產(chǎn)生的粉塵。 的治理 將落料口進(jìn)行密封改造，制止落料溢塵。導(dǎo)料槽前、后端加裝密封擋塵箱，阻止粉塵外溢。將導(dǎo)料槽后端延長(zhǎng)，在延長(zhǎng)導(dǎo)料槽的中間位置安裝布袋除塵器。除塵器吸風(fēng)口為兩個(gè)，一個(gè)是后端的直接吸風(fēng)口對(duì)導(dǎo)料槽后端進(jìn)行吸塵，另一個(gè)是在除塵器側(cè)面設(shè)置河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 16 的側(cè) 面 吸風(fēng)口對(duì)密閉的導(dǎo)料槽前端進(jìn)行側(cè)吸風(fēng)。保證整個(gè)導(dǎo)料槽的負(fù)壓狀態(tài)。徹底解決導(dǎo)料槽正壓誘導(dǎo)風(fēng)造成的粉塵外溢。 噴霧降塵 噴霧降塵設(shè)計(jì)依據(jù) 高壓噴霧降塵裝置的降塵機(jī)理是霧滴對(duì)粉塵碰撞、攔截和捕獲，使霧滴與塵粒凝聚，密度增加而加快沉降。高壓水霧速度高，噴嘴出口處的水霧速度達(dá) 20~30m/s，有效與粉塵顆粒碰撞、凝固；水霧顆粒小，大部分水霧顆?？刂圃?50μm左右，最小為 20~30μm，最大為 100150μm，小水霧容易沉降對(duì)人體危害嚴(yán)重的呼吸性粉塵；水霧的分散性好、覆蓋面大，有利于提高粉塵與水霧的碰撞幾率；水霧的電離子數(shù)量明顯增加，其與粉塵顆粒的電荷產(chǎn)生相應(yīng)的電荷效應(yīng)，增強(qiáng)了粉塵顆粒的吸附性能而凝固沉降。 由水霧降塵性能參數(shù)： 水霧顆粒 分散度 、水霧顆粒 運(yùn)動(dòng)速度、霧流幾何形狀與壓力的關(guān)系，可知壓力與 水霧顆粒 的降塵性能有很大的關(guān)系，壓力越大 水霧顆粒 越小，速度越快，霧流體積越大。根據(jù)截獲的降塵機(jī)理和凝集擴(kuò)散及其他機(jī)理得出粉塵直徑和 水霧顆粒 直徑之間最佳的對(duì)應(yīng)關(guān)系可依據(jù)下式： ??0 = ??1 ρv/(18σμ) 式中 ??1—— 現(xiàn)場(chǎng)占比例最大的粉塵的直徑； ρ??粉塵密度； v ??氣流 速度； σ??空氣粘度系數(shù)； μ? ?水的粘度； ??0 ??最佳的霧粒直徑。 粉塵呈對(duì)數(shù)正態(tài)分布，霧滴直徑呈正態(tài)分布。如果測(cè)量出現(xiàn)場(chǎng)的粉塵直徑，及粉塵密度，可由此公式確定最佳的霧粒直徑。由降塵機(jī)理知 水霧顆粒 直徑是影響降塵效果的主要因素，水滴小在空氣中分布的密度就大，與礦塵的接觸機(jī)會(huì)就多， 降塵 效果越好。但如果水滴直徑太小，與塵粒接觸，塵粒的重量增加不大，難以在空氣中沉降下來(lái)，同時(shí)水分也被風(fēng)流帶走和蒸發(fā)，不利捕塵。 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)及測(cè)定，初步確定最佳霧粒的直徑在50150μm之間。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 17 高壓噴霧系統(tǒng) 高壓噴霧降塵系統(tǒng)的設(shè)備組成 如圖 34， 性能參數(shù) 如下 ： 控 制 器電 動(dòng)球 閥過(guò) 濾 器 水 泵手 動(dòng)球 閥霧 化噴 頭電 磁 起動(dòng) 器粉 塵 傳感 器水 源 圖 34 高壓噴霧降塵系統(tǒng) 噴霧 降塵裝置主要由電動(dòng)球閥、過(guò)濾器、手動(dòng)閥和 水泵 、噴嘴組成。 電動(dòng)球閥是由球體旋轉(zhuǎn)而控制水路的電動(dòng)閥門，它由數(shù)字邏輯控制電路、方向控制電路、電流采樣控制電路和工作狀態(tài)指示電路等組成。當(dāng)粉塵濃度超過(guò)設(shè)定的限值時(shí)，傳感器輸出的控制信號(hào)被電動(dòng)球閥接收，由電流采樣控制電路檢測(cè)球閥的工作位置，控制球閥的開啟與關(guān)閉。過(guò)濾器的作用是過(guò)濾供給噴嘴的水流，保護(hù)噴嘴不被堵塞。 傳感器可以通過(guò)粉塵濃度控制設(shè)備開停。當(dāng)主機(jī)接收到傳感器的信號(hào)后，發(fā)出控制信號(hào)到控制器、電動(dòng)閥，控制器啟動(dòng)電機(jī)電源閉合，電動(dòng)閥控制水量，同時(shí)加壓泵啟動(dòng)，管路升壓，噴頭可以設(shè)置多個(gè)不同型號(hào)噴嘴，調(diào)節(jié)噴霧效果。 噴槍型號(hào)為美國(guó)產(chǎn) SR20024176。型噴槍 ,材質(zhì)為鋁合金 ,噴嘴口徑為 ,噴槍口水壓為 10kg/cm時(shí) ,流量為 ,噴淋半徑為 85m~90m, 噴射角度為 24176。,噴淋范圍為 0176。~345176。 水泵型號(hào)為 D280— 43179。 3流量 :280m3/h,揚(yáng)程 :114m,配用電機(jī)型號(hào) : Y315— 4,電機(jī)功率 :160kW。 電磁閥型號(hào)為 800 系列 ,最大工作壓力 ,電源為 AC 24V,50Hz,接口為 G4 號(hào)法蘭 , 閥體材質(zhì)為鑄鐵。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 18 4 系統(tǒng) 硬件設(shè)計(jì) 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) AT89 系列單片機(jī)和 MCS51 單片機(jī)在內(nèi)部功能、引腳以及指令系統(tǒng)方面完全兼容。由于 AT89 系列單片機(jī)繼承了 MCS51 的原有功能，內(nèi)部含有大容量的 Flash 存儲(chǔ)器，又增加了新的功能，如看門狗定時(shí)器 WDT/ISP 及 SPI 串行接口技術(shù)等，并且該系列單片機(jī)在 國(guó)內(nèi) 資料介紹較多、資料比較齊全，其本身性能價(jià)格比較高，所以本設(shè)計(jì)選用AT89S 系列單片機(jī)。由于 AT89S52 系列單片機(jī)較之 51 系列單片機(jī)，集成度高、速度快、功耗低。 AT89S52 是一種低功耗、 高性能 CMOS8 位微控制器， 具有 8K 在線系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器。 使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上 Flash 允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適用于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 AT89S52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供 高靈活、 高效率 的解決方案。 AT89S52 單片機(jī)的主要性能如下： ★ 8 為字長(zhǎng)的 CPU； ★可在線 ISP 編程的 8KB 片內(nèi) FLASH 存儲(chǔ)器； ★ 256B 的 32 根 I/O 口線（ P0~P3）； ★ ~ 電壓操作范圍； ★三個(gè)可編程 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器； ★雙數(shù)據(jù)指針 DPTR0 和 DPTR1； ★具有 8 個(gè)中斷源、 6 個(gè)中斷矢量、 2 級(jí)優(yōu)先權(quán)的中斷系統(tǒng)； ★可在“空閑”和“掉電”兩種低功耗方式運(yùn)行； ★ 3 級(jí)程序鎖定位； ★全雙工的 UART 串行通信口； ★ 1 個(gè)看門狗定時(shí)器 WDT； ★具有斷電標(biāo)志位 POF； ★振蕩器和時(shí)鐘電路的全靜態(tài)工作頻率為 0~30MHZ； ★與 MCS 51 單片機(jī)完全兼容。 單片機(jī)系統(tǒng)是整個(gè)數(shù)控系統(tǒng)的核心部分，它主要用于鍵盤按鍵管理、數(shù)據(jù)處理、實(shí)時(shí)采樣分析系統(tǒng)參數(shù)及對(duì)各部分反饋環(huán)節(jié)進(jìn)行整體調(diào)整。單片機(jī)加上適當(dāng)?shù)耐鈬骷秃幽侠砉ご髮W(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 19 應(yīng)用程序，構(gòu)成的應(yīng)用系統(tǒng)成為最小系統(tǒng)。主要包括 AT89S52 單片機(jī)、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、 地址鎖存器 74LS37并行 I/O 口芯片 8155 等器件。 （ 1）時(shí)鐘電路設(shè)計(jì) AT89S52 單片機(jī)內(nèi)部帶有時(shí)鐘電路，因此，振蕩電路較簡(jiǎn)單，只需要 在片外通過(guò) XTAL1 和 XTAL2 引腳接入定時(shí)控制元件（晶體振蕩器和電容），即可構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。本設(shè)計(jì)選擇的內(nèi)部振蕩電路的外部電路如圖 41 所示。振蕩頻率為 12MHz，時(shí)鐘發(fā)生器是一個(gè) 2 分頻觸發(fā)器電路，它將振蕩器的信號(hào)頻率 fosc 除以 2，向 CPU 提供了兩相時(shí)鐘信號(hào)。 ADC0809 正常工作需要提供 10KHZ~1280KHZ 范圍的外部時(shí)鐘，如果單獨(dú)設(shè)計(jì)時(shí)鐘產(chǎn)生電路，會(huì)增加電路的復(fù)雜程度。 AT89S52 單片機(jī)的地址鎖存器允許信號(hào) ALE 輸出頻率為 系統(tǒng)頻率的 1/6，經(jīng) D 觸發(fā)器二分頻后可獲得 1/12 系統(tǒng)時(shí)鐘頻率。如果單片機(jī)時(shí)鐘頻率采用 12MHZ，則 ALE 引腳的輸出頻率為 2MHZ， 再二分頻后為 1MHZ，符合 ADC0809 對(duì)時(shí)鐘頻率的要求。如果單片機(jī)的時(shí)鐘頻率為 6MHZ，雖然二分頻后得