【正文】 我要衷心的感謝測(cè)控技術(shù)與儀器教研室的全體老師 以及我的室友們 ，是他們?cè)?我 的學(xué)習(xí)生活中，給予了我很大的信任、鼓勵(lì)、關(guān)心和幫助，使我能夠以優(yōu)異的成績(jī)完成本科階段的學(xué)習(xí)任務(wù)。 東北石油大學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 參考文獻(xiàn) [1] 吳建峰 ,孔慶鈁 ,王保東 .混合氣爆炸 極限的理論計(jì)算方法 [J].油氣儲(chǔ)運(yùn) .1994,(5):2. [2] 李耀勇 .瓦斯檢查工 [M].中 國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社 .20xx:79. [3] 李學(xué)來 .瓦斯災(zāi)害治理新技術(shù) [J].中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào) .20xx (4):100104. [4] 張國(guó)棟 .談礦井瓦斯爆炸 [J].煤炭技術(shù) ， 20xx(2): 315319. [5] 劉迎春 .傳感器原理設(shè)計(jì)與 應(yīng)用 [M].國(guó)防科技大學(xué)出版社 ， 1997:3442. [6] 徐毓 .國(guó)外氣敏傳感器發(fā)展動(dòng)向 [M].第二版 .科學(xué)出版社， 1996:2128. [7] 謝寶衛(wèi) ,李國(guó)斌 .催化燃燒型瓦斯檢測(cè)儀器性能特征及影響因素淺析 [J].煤礦安全 ， 20xx(3):3335. [8] 凌志浩 .智能儀表原理與設(shè)計(jì)技術(shù) [M].華東理工大學(xué)出版社 .20xx,8392. [9] 郭振強(qiáng) ,李傳友 ,李觀平 .多功能便攜式氣體檢測(cè)儀技術(shù)探討 [J]. 山東煤炭科技 .20xx,(5):4546. [10] 金篆芷 .現(xiàn)代傳感技術(shù) [M].電子工業(yè)出版社 .1995,2332. [11] 單成祥 .傳感器的理論與設(shè)計(jì)基礎(chǔ)及其應(yīng)用 [M].國(guó)防工業(yè)出版社 .1999,3753. 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27 圖 319 MAX756 穩(wěn)壓電路圖 5V 穩(wěn)壓源的設(shè)計(jì) 該穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)采用芯片 ICL7660 來實(shí)現(xiàn)。A；20181。 MAX756 是 CMOS 升壓 DCDC 開關(guān)小型，低輸入電壓或電池供電的系統(tǒng)監(jiān)管 芯片 。 輸出電壓范圍為 到 37V 之間可調(diào)節(jié)；內(nèi)部有熱過載保護(hù)；不隨溫度變化的內(nèi)部短路電流限制；輸入至少要比輸出高 2V，否則不能調(diào)壓；輸出電流最好不超過 1A；可調(diào)整輸出電壓 可低到 。 圖 317 報(bào)警電路圖 東北石油大學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 電源設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)需要設(shè)計(jì) +5V、 5V、 +3V 獨(dú)立電源，用來給單片機(jī)和諸多數(shù)字電路提供電壓。獨(dú)立式鍵盤如圖 316 所示。 獨(dú)立 式按鍵的軟件常采用查詢式結(jié)構(gòu)、 先逐 位查詢 每根 I/O 口 線 的輸入狀態(tài)，如 果 一 根 I/O 口 線 輸入為低電平， 則 可 確認(rèn) 該 I/O 口線 所對(duì)應(yīng)的按鍵 已 按下，然后，再轉(zhuǎn) 向 該按鍵的功能 處 理程序。本設(shè)計(jì)采用查詢掃描的工作方式。但非編碼鍵盤可 以任意組合、成本低、使用靈活。 編碼式鍵盤是由按鍵鍵盤和專用鍵盤編碼器兩部分構(gòu)成。位驅(qū)動(dòng) DIG0 和數(shù)碼管的地端 COM1 腳相連，位驅(qū)動(dòng) DIG1 和數(shù)碼管的地端 COM2 腳相連，位驅(qū)動(dòng)DIG2 和數(shù)碼管的地端 COM3 腳相連，位驅(qū)動(dòng) DIG3 和數(shù)碼管的地端 COM4 腳相連。 LOAD 信號(hào)必須在第 16 個(gè) CLK 信號(hào)上升沿的同時(shí)，或在下一個(gè) CLK 信號(hào)上升沿之前升高 ,否則，數(shù)據(jù)會(huì)丟失。 MAX7219 的引腳排列如圖 314 所示 。 顯示驅(qū)動(dòng)器 MAX7219 MAX7219 是串行輸入 /輸出共陰極顯示驅(qū)動(dòng)器。由于所有位的段選碼皆由一個(gè) 4 位 I/O 口控制，因此，在每個(gè)瞬間，4 位 LED 可能顯示相同的字符。 LED 顯示有靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示兩種方式。 7 段 LED 顯示器 如圖 313 所示。其中 7 個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成 7 筆字型 “ 8” ；一個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成小數(shù)點(diǎn) “ .” 。這種顯示塊有共陽極和共陰極兩種，共陽極 LED 顯示塊的發(fā)光二極管陽極并聯(lián)（系統(tǒng)中接驅(qū)動(dòng)電源）。這兩種器件都具有成本低廉、配置靈活、與單片機(jī)接口方便的特點(diǎn)。當(dāng)系統(tǒng)跑飛，用軟件陷阱等別的方法無法捕捉回程序時(shí)，則看門狗定時(shí)時(shí)間很快增長(zhǎng)到預(yù)置時(shí)間，迫使系統(tǒng)復(fù)位。 圖 312 看門狗電路硬件連接圖 東北石油大學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 看門狗定時(shí)器的預(yù)置時(shí)間是通過 X25045 的狀態(tài)寄存器的相應(yīng)位來設(shè)定的。在看門狗定時(shí)器預(yù)置的時(shí)間內(nèi)若沒有總線活動(dòng)，則 X25045 將從 RESET 輸出一個(gè)高電平信號(hào)，經(jīng)過微分電路 C1 R21 輸出一個(gè)正脈沖，使 CPU 復(fù)位。 看門狗電路一般有軟件看門狗和硬件看門狗兩種。 X25045 是美國(guó) Xicor 公司的生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化 8 腳集成電路，它將 EEPROM、看門狗定時(shí)器、電壓監(jiān)控三種功能組合在單個(gè)芯片之內(nèi)，大大簡(jiǎn)化了硬件設(shè)計(jì)，提高了系統(tǒng)的可靠性，減少了對(duì)印制電路板的空間要求，降低了成本和系統(tǒng)功耗，是一種理想的單片機(jī)外圍芯片。 東北石油大學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 圖 310 單片機(jī)復(fù)位電路圖 看門狗電路設(shè)計(jì) 看門狗電路是嵌入式系統(tǒng)需要的抗干擾措施之一。手動(dòng)復(fù)位要求在電源接通的條件下， 在單片機(jī)運(yùn)行期間，如果發(fā)生死機(jī)，用按鈕開關(guān)操作使單片機(jī)復(fù)位。其中 ， ADC0809 是 采樣分辨率為 8 位的 、 以逐次逼近原理進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的器件 。其中單片機(jī)是系統(tǒng)的核心部分 ， 單片機(jī)發(fā)出控制信號(hào)以啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采樣 。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。在片內(nèi)接至振蕩器的反相放大器輸出端和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器輸入端。 東北石油大學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 圖 38 AT89C51 的引腳圖 振蕩器的特性 XTAL1： 接外部晶振的一個(gè)引腳。 AT89C51 單片機(jī)的介紹 AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃存可編程可擦除 只讀存儲(chǔ)器 的低電壓，高性能CMOS 8 位微處理器， 也被稱作單片機(jī) [13]。當(dāng) OE 為高電平時(shí)， Q0Q7 呈高阻態(tài)，即不驅(qū)動(dòng)總線，也不 驅(qū)動(dòng) 負(fù)載，但鎖存器內(nèi)部的邏輯操作不受影響。 圖 37 74LS373 引腳圖 表 32 74LS373 鎖存器真值表 輸入管腳 輸出 OEN G D Q H X X 高阻 L H L L（數(shù)據(jù)傳送） L H H H（數(shù)據(jù)傳送） L L X （數(shù)據(jù)鎖存） 74LS373 引 腳 端符號(hào)： 東北石油大學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 D0D7：鎖存 數(shù)據(jù)輸入端 ； OE： 三態(tài)允許控制端（低電平有效） ； G： 鎖存允許端 ； Q0Q7：鎖存數(shù)據(jù) 輸出端 。下降沿啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換，之后 EOC 輸出信號(hào)變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。 ADC0809 的主要特性有： (1) 8 路輸入通道， 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器，即分辨率為 8 位 ； (2) 具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫?； (3) 轉(zhuǎn)換時(shí)間為 100μs； 東北石油大學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 (4) 單個(gè)＋ 5V 電源供電 ； (5) 模擬輸入電壓范圍 0～＋ 5V，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn) ； (6) 工作溫度范圍為 40～＋ 85 攝氏度 ； (7) 低功耗，約 15mW。下面說明各引腳功能。所謂數(shù)字化測(cè)量，就是以一定時(shí)間間隔測(cè)定某個(gè)時(shí)刻的瞬 時(shí)值，再將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字量 。信號(hào)調(diào)理之后，再將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，以便采用微處理器或微機(jī)系統(tǒng)進(jìn)一步分析、處理、存儲(chǔ)等。 圖 34 OP07 引腳圖 1 和 8 腳為偏置平衡 (調(diào)零端 )， 2 腳為反向輸入端， 3 腳為正向輸入端， 5 腳為空腳 ， 6 腳為輸出端， 7 和 4 分別接電源的正負(fù)極。1nA 高的共模抑制比： 126dB 寬的共模輸入電壓范圍： 177。為了提高精度，放大器還應(yīng)有較高的開環(huán)增益，較低的失調(diào)電壓、失調(diào)電流、噪聲以及漂移等 [11]。 元件工作穩(wěn)定、可靠，抗 硫化氫 中毒。 表 31 MJC4/ 型傳感器技術(shù)指標(biāo) 工作電壓 (V) 177。 圖 31 系統(tǒng)總體模塊原理框圖 傳 感 器 信號(hào)放大電路 A/D 轉(zhuǎn)換 模塊 單 片 機(jī) LED 顯示 聲光報(bào)警 鍵盤 復(fù)位電路 電源 看門狗電路 東北石油大學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 傳感器的選擇 在第二章節(jié)中我們已經(jīng)對(duì)催化燃燒式瓦斯傳感器的特性及工作原理進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，本節(jié)要根據(jù)設(shè)計(jì)的要求選擇一種合適的傳感器作為瓦斯檢測(cè)儀的傳感檢測(cè)部分。 該 瓦斯檢測(cè)儀由傳感器、放大器、報(bào)警電路、 A/D 轉(zhuǎn)換器、鍵盤、 LED 顯示器、直流電壓變換器等電路及高性能穩(wěn)壓器等部分組成 。 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)原理框圖 設(shè)計(jì)的瓦斯檢測(cè)儀顧名思義是對(duì)井下的甲烷濃度進(jìn)行測(cè)定，以便掌握第一手?jǐn)?shù)據(jù)，對(duì)保證井下的正常生產(chǎn)起著很重要的作用。當(dāng)采 用恒壓源 E 供電時(shí)，輸出的不平衡電壓 如式 (21)所示。圖 23 中， r2 為敏感元件 ,r1 為補(bǔ)償元件。 圖 23 檢測(cè)電路圖 載體催化元件使用 Pt 鉑 、 Pd 鈀 等金屬催化劑，其作用原理尚無統(tǒng)一完整的理論 [8] 。 載體催化 元件工作檢測(cè)電路 載體催化元件一般由一個(gè)帶催化劑的敏感元件（俗稱黑元件）和一個(gè)不帶催化劑的補(bǔ)償元件（俗稱白元件）構(gòu)成。 白元件。探頭可以單獨(dú)設(shè)置，東北石油大學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 也可以作為一個(gè)獨(dú)立單元裝配在儀器內(nèi)使用。 載體澆注成均勻的多孔體，它不僅牢固的固定鉑絲線圈，多孔表面還可以提高催化劑反應(yīng)效果，提高催化劑的活性和提高抗毒性能。載體表面涂渡一層黑色鉑族金屬元素（如：鉑、鈀、銠等）。其特