【文章內容簡介】 , , , 及 320mA 等幾種。 當元件的工作電壓或工作電流變動時，在同一甲烷濃度下輸出活性大小是不相同的。只有當工作電壓或工作電流在某一范圍內變動時，輸出活性才接近直線。這個電壓或電流的變動范圍稱為元件的工作區(qū)間。區(qū)間越寬越好。目前元件的工作區(qū)間只能達到標準電壓的士 10% o (4)輸出特性。元件輸出特性。是指在不同的甲烷濃度下，元件的活性與甲烷濃度的關系。在 0S%CH4 范圍內，電橋輸出信號與甲烷濃度呈線性關系。當甲烷濃度在 %處時，曲線出現(xiàn)拐點，以后隨著甲烷濃度的增大，電橋輸出信號不斷下降， 出現(xiàn)了高濃度和低濃度輸出信號相同現(xiàn)象。產生的原因是由于高濃度甲烷氣體中缺氧使燃燒不完全所造成的。所以，這種原理的甲烷檢測儀只能測量低濃度甲烷。 (5)元件的壽命。元件的壽命是指元件在使用過程中，其活性下降到某一規(guī)定值的時間。 (6)元件的“中毒現(xiàn)象”。礦井空氣中的硫化氫、二氧化硫等氣體會使元件產生中毒現(xiàn)象，使活性降低。其原因主要是由于這些毒性氣體元件活性下降。此外，井下電氣設備用的硅油、硅絕緣材料等揮發(fā)物，也會使元件中毒。這主要是由于硅分子量大，一旦吸附在元件表面，就會阻止甲烷進入而影響元件氧化速率，致使活 性下降。 基于單片機的甲烷濃度監(jiān)測報警儀論文 ～ １２ ～ 為防止元件中毒，可以加過濾器，例如用活性炭吸收管， 1 cm 厚活性炭的吸收管，可使工作在有毒環(huán)境中的元件壽命延長數(shù)百倍。 經過一段時間工作的元件，遇到較高濃度，工作數(shù)分鐘后，元件的活性將升高，高濃度消失后，元件在幾十小時內活性才會逐步下降到原值附近，以后又保持穩(wěn)定的活性。這種現(xiàn)象稱為元件被濃甲烷激活。元件的激活特性是一個缺點，因為被激活的元件在一段時間內會造成不穩(wěn)，這是在使用中應該加以注意和調整的。 載體催化元件與純鉑絲元件相比，其抗毒性能較弱，在有毒氣體的 環(huán)境中，宜采用鉑絲元件。 (7)反應速 度。反應速度是工作元件的一個重要指標。特別是當元件應用到各種運動機械上時，就更為突出。 在井下空氣中，當甲烷濃度發(fā)生變化時，元件的反應速度由兩個因素決定，一是元件本身的時間常數(shù) :，二是甲烷向元件擴散的速度。元件的時間常數(shù) 可由下式確定 : 式中 ： 元件的時間常數(shù) 。 E： 元件的熱容量 。 A： 等效熱導系數(shù) 。 S： 元件的表面積 。 0： 常數(shù) 。 T： 元件的工作溫度 。 I： 工作電流 。 R： 元件電阻 。 RQ： 鉑絲電阻溫度系數(shù)178。 通過對上式的分析，可以合理地選擇元件參數(shù)，以提高工作元件的反應速度。本設計中選擇的敏感元件型號為 :MQK7 參數(shù)為 : 測量介質 :甲烷 工作電流 :直流穩(wěn)壓 工作點 :2. 8V/ 175MA 基于單片機的甲烷濃度監(jiān)測報警儀論文 ～ １３ ～ 測量范圍 :04%CN 穩(wěn)定性 :靈敏度變化士 0. 1%CH4 響應時間 :(20S) 元件的組成及作用 本設計選用的氣敏元件是由太原電子廠和哈爾濱通江晶體管廠生產的MQ— K7 型號的半導體氣敏元件，太被用于做各種可燃氣體的檢測、檢漏、監(jiān)控設備的敏感元件。氣敏 元件是準確檢測甲烷氣體含量的核心 元件之一，它由工作元件和補償元件組成，將這兩個元件分別接在惠斯登電橋上，在元件的電端加入高電平時元件開始工作，當環(huán)境中無甲烷氣體時，調整電橋使之輸出為零，當有甲烷氣體時，甲烷氣體以擴散方式進入儀器原測量氣室，內部接于橋臂的熱催化元件或熱導元件發(fā)生氧化一還原反應，引起元件溫度升高，阻值增大，使原來平衡的電橋失去平衡，輸出與甲烷濃度相對應的電壓信號，測量該電壓信號即可知甲烷濃度。 它的基本測試電路圖如 附一 圖所 示 按鍵電路設計與器件選擇 此次設計的甲烷濃度報警儀應具備兩種基本功能，一是隨時輸入報警上限 值，二是隨時對當前的報警上限值進行修改，要實現(xiàn)這兩種功能，可以接入鍵盤輸入電路。 在單片機組成的監(jiān)測系統(tǒng)及智能化儀器中，用得最多的是非編碼鍵盤。鍵盤的結構分為獨立式鍵盤和行列式鍵盤兩類。 本設計中只需要三個按鍵，因此選擇獨立式鍵盤。如圖所示，電路由按鍵和三個電阻組成，按鍵分別命名為 SET、 +1 和 RET 鍵。按鍵可以采用輕觸開關，電阻可以采用 4 腳排電阻（ 3*1K） 附二圖 所示，將鍵盤直接與單片機的 P3口連接。用 引腳通過按鍵 SET接一格外部中斷的請求信號 INT1； 、 引腳作為 I/O 口使用，通過兩個按鍵 + RET接入兩個輸入信號。 SET 鍵功能：設置當前報警上限值，即當前報警儀的報警上限值有誤差時，需要隨時對它進行調整，使用 SET、 +1 和 RET 鍵配合完成這一功能。 ① 當 SET 被按下時，在單片機的 INT1 引腳產生一個低電平觸發(fā)中斷請求信號，CPU 響應中斷請求時，就轉移到 INT1 中斷服務程序的入口地址，執(zhí)行 INT1 的中斷服務程序。 ② +1 調整鍵的功能：分別對報警值的十位、個位和小數(shù)位進行 +1 調整，即每按一次 鍵，對應的值調整為 +1。 基于單片機的甲烷濃度監(jiān)測報警儀論文 ～ １４ ～ ③ RET 確認鍵的功能：確認，即對 +1 調整為進行確認，該鍵按下時，說明被調整位的值已經確認，轉去調整下一位。 蜂鳴器電路的設計 設計要求報警上限濃度到時要有聲音提醒信號產生，可選擇一只蜂鳴器來實現(xiàn)這一功能。壓電式蜂鳴器工作時約需 10mA 的驅動電流，并設計一個相應的驅動及控制電路。電路設計如圖所示，蜂鳴器作為三極管的集電極負載，當它導通時， 蜂鳴器發(fā)出聲音，截止時不發(fā)聲。它的報警時 間長短是靠軟件設置的。 放大電路的設計 在許多需要 A/D 轉換和數(shù)字采集的單片機系統(tǒng)中，很多情況下，傳感器輸出的模擬信號都很微弱，必須通過一個模擬放大器對其進行一定倍數(shù)的放大，才能滿足 A/D 轉換器對輸入信號電平的要求，這種情況下，就必須選擇一種符合要求的放 大器。儀表器的選型很多，可選用的運算放大器相當多，如 OP07，OP725，如果要求不高，甚至可選價廉的 uA741 等通用運算放大器。本設計的放大電路采用高精度集成運放 OP07 做放大元件 ,OP07 為一種具有低失調電壓、低失調電流和低溫漂的超低失調運算放大器，其廣泛地應用于穩(wěn)定積分、精密加法、比較、闔值電壓檢測、微弱信號精確放大等場合，是一種通用性極強的運算放大器。 OP07 的電源電壓范圍 3～ 18V，輸入電壓范圍為 0～ 14V， TLC1549 與 AT89C2051 接口電路的設計 TLC1549 芯片與單片機 AT89C2051 的連接比較簡單，如圖所示。被測電壓從 4 腳輸入，經 A/D 轉換后在 6 腳輸出， 7 分別與單片機的 、 連接。其工作原理是：由單片機產生片選控制信號和時鐘信號，當=0（ CS=1）時，片選信號有效， 引腳輸出時鐘脈沖送到 I/O CLOCK 引腳，在 10 個時鐘脈沖的作用下，電壓轉換值從 DATAOUT 引腳輸出，按照高位在前低位在后的順序通過 引腳送入單片機。當 =1（ CS=0）時，片選信號無效， DATA OUT 引腳輸出為高 阻狀態(tài)。 AT89C2051 芯片概述 AT89C2051 是美國和 ATMEL 公 司生產的低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機，片內含 2k bytes 的可反復檫寫的只讀程序存儲器（ PEROM）和 128bytes 的隨機存取數(shù)據存儲器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術生產，兼容標準 MCS51指令系統(tǒng)，片內置通用 8 位中央處理器和 Flash 存儲單 元 ， 功 能 強 大 AT89C2051 單片機可為您提供許多高性能價 比的應用場合。 基于單片機的甲烷濃度監(jiān)測報警儀論文 ～ １５ ～ 主要性能參數(shù)： 178。與 MCS51 產品指令系統(tǒng)完全兼容 178。 2k字節(jié)可重檫寫閃速存儲器 178。 1000 次檫寫周期 178。 178。全靜態(tài)操作 CHz24MHz 178。兩極加密程序存儲器 178。 128179。 8字節(jié)內部 RAM 178。 15個可編程 I/O 口線 178。兩個 16位定時 /計數(shù)器 178。 6個中斷源 178。可編程串行 UART 通道 178?？芍苯域寗?LED 的輸出端口 178。內置一個模擬比較器 178。低功耗空閑和掉電模式 功能特性概述： AT89C2051 提供以下標準功能： 2k字節(jié) Flash 閃速存儲器， 128 字節(jié)內部RAM， 15 和 I/O口線，兩個 16 位定時 /計數(shù)器，一個 5 向量兩極中斷結構，一個全雙工串行通信口，內置一個精密比較器，片內振蕩器及時鐘電路。同時，AT89C2051可降至 0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式，空閑方式停止 CPU 的工作，但允許 PAM，定時 /計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作，掉電方式保存 PAM 中的內容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復位。 方 框 圖 基于單片機的甲烷濃度監(jiān)測報警儀論文 ～ １６ ～ 引腳功能說明 178。 Vcc:電源電壓 178。 GND地 178。 P1口： P1 口是一組 8位雙向 I/O 口， 提供內部上拉電阻， 和 內部無上拉電阻，組要是考慮它們分別是內部緊密比較器的同相輸入端（ AINO）和反向輸入端（ AIN1），如果需要應在外部接上拉電阻。 P1 口輸出緩沖器可吸收 20mA 電流并可直接驅動 LED。當 P1口引腳寫入“ 1”時可做輸入端，當引腳 用作輸入并被外部拉低時，它們將因內部的上位電阻而輸出電流（ In） 。 P3 口還用于實現(xiàn) AT89C2051 特殊性能，如下表示： 基于單片機的甲烷濃度監(jiān)測報警儀論文 ～ １７ ～ P1 口還在 Flash 閃速編程及程序校驗時接受代碼數(shù)據。 178。 P3 口： P3 口的 、 是帶有內部上拉電阻的 7 個雙向 I/O口。 沒有引出，它作為一個通用的 I/O 口但不可訪問，但可作為固定輸入片內比較器的輸出信號， P3 口緩沖器可吸收 20mA 電流，當 P3 口寫入“ 1”時，它們被內部上拉電阻拉高并可作為輸入端口，作輸入端時，被外部拉低的 P3 口將用上拉電阻輸出電流（ In） 。 P3 口還 接受一些用于 Flash 閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。 178。 RST：復位輸入。 RST引腳一旦變成兩個機器周期以上高電平，所有的 I/O都將復位帶“ 1”（高電平）狀態(tài)，當振蕩器正在工作時，持續(xù)兩個機器周期以上的高電平可完成復位，每個機器周期為 12 個振蕩時鐘周期。 178。 XTAL1：振動器反相放大器的及內部時鐘發(fā)生器的輸入端。 178。 XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。 178。振蕩器特征： XTAL XTAL2 為片內振蕩器的反相放大器的輸入和輸出端，如下表示，可采用石英晶體或陶瓷震蕩器組成時鐘振蕩器，如需從外部輸入時 鐘驅動AT89C2051，時鐘信號從 XTAL1 輸入， XTAL2 應懸空。由于輸入到內部電路是經基于單片機的甲烷濃度監(jiān)測報警儀論文 ～ １８ ～ 過一個2分頻觸發(fā)器，所以輸入的外部時鐘信號無需特殊要求，但必須符合電平的最大和最小植及時序規(guī)范。 178。特殊功能寄存器： 并非存儲器中所有的地址都被占用，未占用的地址單元亦不能使用，如果對其進行讀訪問一般返回為隨機數(shù)，寫訪問也不確定。 這些單元是為了以后利用這些未使用的地址單元擴展新功能而設置，所以用戶軟件不要對它們寫“ 1”，在這種情況下，新位的復位或不激活值為“ 0”。 178。某些指令的約束條件： AT89C2051 是經濟 型低假位的微控制器，它含有 2k字節(jié)的 Flash 閃速程序存儲器，指令系統(tǒng)與 MCS51完全兼容，可使用 MCS51 指令系統(tǒng)對其進行編程，但是在使用某些有關指令進行編程時，程序員須注意一些事項。 和跳轉或分支有關的 有一頂?shù)目臻g