【正文】 。在大學(xué)的階段，我在學(xué)習上和思想上都受益匪淺，這除了自身的努力外，與各位老師、同學(xué)和朋友的關(guān)心、支持和鼓勵是分不開的。從內(nèi)容到格式，從標題到標點，他都費盡心血。在此，我要特別感謝我的指導(dǎo)老師馬老師。論文的寫作是枯燥艱辛而又富有挑戰(zhàn)的事情，瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控與設(shè)計一直是礦務(wù)局一直探討的問題。2002年08期[6].顧文照，[J]. 《傳感技術(shù)學(xué)報》 1998年第11卷第1期[7].胡儉波，[J]. 工業(yè)控制計算機。參考文獻[1].[M]. 北京： 北京航空航天大學(xué)出版社，2009[2].[M]. 徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2008[3].王濤，[M]. 徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1995 [4].[M]. 北京:電子工業(yè)出版社,1997[5].李鴻雁,[J]。同時系統(tǒng)應(yīng)用軟件應(yīng)向網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，按統(tǒng)一的格式向外提供監(jiān)測數(shù)據(jù)。經(jīng)試驗檢測，本課題設(shè)計研制的煤礦瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)具有抗干擾能力強、反應(yīng)速度快、線性和穩(wěn)定性好、功耗低等特點。煤礦氣體監(jiān)測儀表運用RS一485協(xié)議進行串口通信，配合由VC++編制的 KJ101串口通訊軟件，可以隨時監(jiān)控儀表工作狀態(tài)，采集傳感器數(shù)據(jù)。采用具有較高的性能價格比的AT89S52單片機作為硬件電路的核心，設(shè)計甲烷氣體監(jiān)測儀表的主電路(詳見附錄)。伴隨氣體傳感器的發(fā)展，氣體監(jiān)測儀器的種類也在不斷更新。第四章 總結(jié)與展望我國是世界上最大的煤炭生產(chǎn)和消費國，也是世界上少數(shù)幾個以煤為主要能源的國家之一。3. 整機工作過程瓦斯傳感器和氧氣傳感器經(jīng)各自放大器放大，兩放大器輸出的電信號一路進入信號選擇電路和數(shù)字顯示系統(tǒng)，顯示瓦斯或氧氣的含量。(3)信號顯示選擇電路：該監(jiān)測報警儀能監(jiān)測甲烷和氧氣兩個參數(shù)，并能方便地觀察甲烷、氧氣含量的功能，而且具備強迫選擇顯示突然超過報警限參數(shù)的功能。為CC7107內(nèi)部電路提供基準電壓。再進入數(shù)字顯示系統(tǒng)。而且或門輸出的高電平經(jīng)反相器到達電話控制電路的F接線端，啟動電話控制電路。同理氧氣濃度的超限報警電路與瓦斯支路相同。參考電壓加在A3的反相輸入端，發(fā)光二極管D1(紅燈)、D2(綠燈)和RR11組成瓦斯燈光報警指示電路，當瓦斯?jié)舛任闯^報警限時，電壓比較器A3輸出的低電平，使發(fā)光二極管D2(綠燈)亮，表示瓦斯?jié)舛任闯?。該瓦斯傳感器具有很高的靈敏度和測量范圍，測量誤差小。(2)。為其它各部分電路提供＋5V直流電源。直流電源由變壓器、整流濾渡、穩(wěn)壓電路和負電源變換電路組成。1． 系統(tǒng)組成：它由直流穩(wěn)壓電源、瓦斯傳感器、氧氣傳感器、信號放大器、電壓比較器、控制門電路、聲光報警電路、顯示選擇電路、數(shù)字顯示系統(tǒng)、電話自動監(jiān)控電路組成。它能在瓦斯超限時或在礦井中缺少氧氣并低于報警限時進行聲光報警，并且自動撥通煤礦安全局主要負責人電話，告知井下瓦斯和氧氣超限的實際情況，使安全局主要負責人對礦主、安檢員、某些礦的負責人進行監(jiān)管，督促他們認真貫徹煤礦安全規(guī)程，實現(xiàn)電話自動監(jiān)管功能?；剀嚀Q行是串行通訊的停止碼，是數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束標志。PC機發(fā)送命，氣體監(jiān)測儀表根據(jù)PC機發(fā)送過來的命令進行相應(yīng)的處理。用控制寄存器UCTL中的控制位來選擇所需的模式。UART接口允許7或8位串行位流以預(yù)設(shè)的速率或外部時鐘確定的速率移入、移出單片機。如柒數(shù)據(jù)采集停止標志位復(fù)位，則關(guān)閉定時器A，退出定時器A程序中斷，停止數(shù)據(jù)采集。存儲、顯示數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)遠傳:氣體濃度超過閡值進行聲光報警。設(shè)置A/D其程序流程轉(zhuǎn)換模式，采集氣體傳感器信號。的屏蔽:觸發(fā)“ AlarmStop“鍵，程序暫時屏蔽報警和LED顯示功能。再次觸發(fā)“RECORD”鍵，關(guān)閉定時器A，停止數(shù)據(jù)采集。更新的參數(shù)存入 DataFlash后，并在液晶上顯示“88“，提示參數(shù)設(shè)置成功?！啊辨I控制LED設(shè)置位，“”鍵改變被設(shè)置位的位值(從O到9循環(huán)改變)。二．按鍵中斷程序儀表有6個外部按鍵，它們的名稱分別為“CH4”、“▲”、“▲”、“RECORD”、“RESET”、“ AlarmStop”。然后從閃速存儲器里讀取設(shè)定的參數(shù)。本系統(tǒng)軟硬件底層設(shè)計軟件是采用美國Kei1Software公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)KEILuVIS工ONZ。，CPU只要在 ，看門狗定時器被清零，WDO引腳維持高電平。5)可輸出高電平有效的復(fù)位信號。2)200ms的復(fù)位時延3)對手動復(fù)位信號消抖，兼容TTL/CMOS。MAX706是一種性能優(yōu)良的低功耗CMOS監(jiān)控電路芯片，其內(nèi)部電路由上電復(fù)位、可重復(fù)觸發(fā)“看門狗”定時器及電壓比較器等組成。監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計有看門狗功能，一旦系統(tǒng)在現(xiàn)場受到突發(fā)干擾使程序跑飛，單片機沒有自我保護能力，不能系統(tǒng)復(fù)位，重新工作。在監(jiān)測系統(tǒng)中為了保證單片機可靠而穩(wěn)定的運行，使單片機系統(tǒng)盡快擺脫因干擾而產(chǎn)生的程序跑飛或死循環(huán)，需要一種監(jiān)視器，提供某種狀態(tài)使CPU重新回到用戶程序。第6腳SCL為串行時鐘輸入線。它們都接地，第8腳和第4腳分別為正、負電源。AT24C02是美國ATMEl公司的低功耗CMOS串行EEPROM，它是內(nèi)含256*8位存儲空間，具有工作電壓寬()、擦寫次數(shù)多(大于10000次)、寫入速度快(小于10ms)等特點。(5)I2C總線接口器件日前在視頻處理、移動通信、數(shù)據(jù)采集等領(lǐng)域采用I2C總線接口器件己經(jīng)比較普遍。當與主器件發(fā)送完一個字節(jié)的數(shù)據(jù)后，接著發(fā)出對應(yīng)于SCL線上的一個時鐘(ACK)一認可位，在此時鐘內(nèi)主器件釋放SDA線，一個字節(jié)傳送結(jié)束，而從器件的響應(yīng)信號將S觸線拉成低電平，使SDA在該時鐘的高電平期間為穩(wěn)定的低電平。如果從器件正在處理一個實時事件而不能接收數(shù)據(jù)時，(例如正在處理一個內(nèi)部中斷，在這個中斷處理完之前就不能接收I2C總線上的數(shù)據(jù)字節(jié))可以使時鐘SCL線保持低電平，從器件必須使SD八保持高電平，此時主器件產(chǎn)生1個結(jié)束信號，使傳送異常結(jié)束，迫使主器件處于等待狀態(tài)。在I2C總線土侮次傳送的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)不限，但每一個字節(jié)必須為8位，且每個傳送的字節(jié)后面必須跟一個認可位(第9位)，也叫應(yīng)答位(ACK)。方向位為“1”表示主器件將從從器件讀信息。 I2C總線開始和結(jié)束信號定義圖I2C總線的數(shù)據(jù)傳送格式是:在I2C總線開始信號后，送出的第一個字節(jié)數(shù)據(jù)是用來選擇從器件地址的，其中前7位為地址碼，第8位為方向位(R/W)。在開始信號以后，總線即被認為處于忙狀態(tài)。當SCL線為高電平時，SDA線發(fā)生低電平到高電平的跳變?yōu)椤敖Y(jié)束”信號。在I2C總線技術(shù)規(guī)范中，開始和結(jié)束信號(也稱啟動和停止信號)?？梢?，時鐘低電平時間由時鐘低電平期最長的器件確定，而時鐘高電平時間由時鐘高電平期最短的器件確定。其后，第一個結(jié)束高電平期的器件又將SCL線拉成低電平。此時，低電平周期短的器件的時鐘由低至高的跳變并不能影響SCL線的狀態(tài)，于是這些器件將進入高電平等待的狀態(tài)。（3）I2C總線上的時鐘信號在I2C總線上傳送信息時的時鐘同步信號是由掛接在SCL時鐘線上的所有器件的邏輯“與”完成的。連接總線的器件的輸出級必須是集電極或漏極開路，以具有線“與”功能。SDA和SCL均為雙向I/0線，通過上拉電阻接正電源。在總線上，既沒有中心機，也沒有優(yōu)先機。主器件用于啟動總線上傳送數(shù)據(jù)井產(chǎn)生時鐘以開放傳送的器件，此時任何被尋址的器件均被認為是從器件。 I2C總線接口電路結(jié)構(gòu)（2）雙向傳輸?shù)慕涌谔匦?，如MCS51系列的TXD和RXD，而I2C總線則根據(jù)器件的功能通過軟件程序使其可工作于發(fā)送或接收方式。（1）I2C總線的基本結(jié)構(gòu)采用廠I2C總線標準的單片機或兀器件，其內(nèi)部不僅有工ZC接口電路，而且將內(nèi)部各渾七兒電路按功能劃分為若干相對獨立的模塊，通過軟件尋址實現(xiàn)片選，減少了器件片選線的連接。圖 MAX7219電路連接圖 I2C總線接口電路I2C總線是一種用于兀器件之間連接的二線制總線。、CLK。從單片機時序上看，只需在發(fā)送前將顯示數(shù)據(jù)和地址碼的高低位順序顛倒，利用串行方式0進行發(fā)送，每發(fā)送兩次，就可向MAX7219輸出一個要顯示的數(shù)據(jù)或控制寄存器參數(shù)。串行口工作于方式0時。（2）單片機的串行工作方式AT89S52單片機串行口有四種發(fā)送工作方式，其中方式0每幀共發(fā)送8位數(shù)，其他下作方式下每幀發(fā)送均不為8位數(shù)或其倍數(shù)。數(shù)據(jù)由DIN引腳輸入，最先輸入的為最高位，在CI。因此MAX7219必須經(jīng)過初始化后才可正常工作。器件上電后所有控制寄存器復(fù)位。顯示測試寄存器設(shè)置器件為正常一「作或測試狀態(tài)。掃描限制寄存器控制顯示的位數(shù)。每組16位數(shù)據(jù)中，首先接收的為最高有效位，最后接收的為最低有效位. MAX7219串行數(shù)據(jù)格式解碼方式寄存器可設(shè)置各位數(shù)碼管為解碼顯示方式，或非解碼的數(shù)據(jù)位與顯示段直接對應(yīng)的顯示方式。D0一D7為數(shù)據(jù)位，其形式與顯示出的數(shù)字間的關(guān)系與解碼方式有關(guān)。其中:D12一D15位不用。MAX7219有多種封裝形式，如窄式DIP封裝和SOP封裝等。該芯片控制的顯示位數(shù)多，控制字少，可對全部或個別顯示位的數(shù)據(jù)進行更新。每片可控制顯示8個七段LED數(shù)碼管、條形圖或64個發(fā)光二極管，控制字簡單。在本課題的單片機數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)中，利用MAXIM公司的串行接口8位LED顯示驅(qū)動器 MAX7219構(gòu)成顯示接口電路，僅需使用單片機3個引腳，即可實現(xiàn)對8位LED數(shù)碼管的顯示控制和驅(qū)動，線路非常簡單，控制簡單方便。LED數(shù)碼管顯示有動態(tài)顯示和靜態(tài)顯示兩種方式。發(fā)光數(shù)碼粉的優(yōu)點在于防潮防濕，溫度特性極佳，而且有遠距離視覺效果，很適合礦井下惡劣環(huán)境的需要。二是AT89S52串行口首先接收低位數(shù)據(jù)，這一點與 AD7810剛好相反，編程時需要注意。這種方式實際上可擴展到所有的MCU種類。圖 AD78lO應(yīng)用電路AD7810幾乎與各種MCU進行接口。若數(shù)據(jù)吞吐率為1KSPS，則其功耗僅27uW。在5V電源電壓下，當數(shù)據(jù)吞吐率為100kSPS時。 AD781O自動低功耗模式啟動信號CONVST正脈沖的寬度()應(yīng)小于 1ps，否則器件被喚醒后將不會自動啟動轉(zhuǎn)換，而是將A/D轉(zhuǎn)換的啟動時間順延至CONVST的下降沿處。當器件被喚醒后，系統(tǒng)將自動啟動一次轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時間也是2uS圖中tl)。在此模式下，啟動信號CONVST為低電平時，器件處于低功耗休眠狀態(tài)。另外，串行時鐘SCLK的最高頻率不能超過20MHz。如果在轉(zhuǎn)換還未結(jié)束之前就發(fā)出SCLK信號來啟動數(shù)據(jù)輸出，那么，在DOUT上出現(xiàn)的將是上一次轉(zhuǎn)換的結(jié)果。當轉(zhuǎn)換結(jié)束時，AD7810會自動將轉(zhuǎn)換結(jié)果鎖存到輸出移位寄存器中。在CONVST端輸入一個負脈沖，其下降沿將啟動一次轉(zhuǎn)換。1)高速模式。在自動低功耗模式下，該器件在轉(zhuǎn)換吞吐率為1kSPS時的功耗僅為27uW。該產(chǎn)品有8腳DIP和SOIC兩種封裝形式，并帶有內(nèi)部時鐘。另外LM2的輸出：VCC=Vref（1+R3\R4)其中：Vref=，R3=460∏， R4=150∏。值得注意的是，LM317有一個最小負載電流的問題，即只有負載電流超過某一值時，才能起到穩(wěn)壓作用。(I+ADJ端到地的電阻/ADJ端到Vout端的電阻)。并且引腳3為正端。它的使用非常簡單，僅需兩個外接電阻來設(shè)置輸出電壓，此外線性調(diào)整率和負載調(diào)整率也比標準的固定穩(wěn)壓器好。電源部分的核心器件是二端可調(diào)輸出集成穩(wěn)壓器 LM317。整個系統(tǒng)用電可以劃分為兩部分:HVCC是LED顯示器模塊、氣體傳感器加熱、傳感器信號監(jiān)測回路及A/。CZ，C4的作用是對LM317電壓調(diào)節(jié)端(ADJ)的電壓進行濾波，以提高輸出電壓的穩(wěn)定性。 下面介紹其主要組成部分以及它們實現(xiàn)的功能。6． 井口瓦斯數(shù)據(jù)實時顯示；不僅可使“煤礦安全員”也可讓每位下井煤礦員工自覺對瓦斯安全進行有效的監(jiān)督和警視。4． 系統(tǒng)具有故障報警和故障統(tǒng)計功能。2． 系統(tǒng)可實現(xiàn)風、電、瓦斯閉鎖功能。5．全隔離分站，由大容量不間斷電源供電,分站采集控制電路與輸入、輸出電路在電氣上徹底隔離，提高了運行的可靠性。2．監(jiān)控軟件選用最新的Windows2000為平臺進行開發(fā)，操作簡單， 功能強大，界面美觀，具有語音報警功能3．特有的軟件容錯糾錯技術(shù)，提高了系統(tǒng)的可靠性。通過8只8段LED數(shù)碼管顯示氣體濃度:也可以在PC機控制模式下，采用RS—485協(xié)議，實現(xiàn)數(shù)據(jù)遠傳。使用按鍵面板輸入外部命令。第三章 煤礦瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)基于氣體傳感器的甲烷氣體監(jiān)測系統(tǒng)主要由氣體傳感器、單片機、數(shù)據(jù)存儲器以及LED顯示器以及RS—485通訊接口等部分組成。在低潮濕條件下，傳感器可能燥結(jié)。然而，和其它氣體分子一樣，水蒸汽可以穿過憎水屏障。建議在使用非氧氣背景氣應(yīng)用場合中與制造商執(zhí)行復(fù)檢。2．多數(shù)有毒氣體傳感器需要少量氧氣來保持功能正常。某些傳感器要求電極之間存在偏壓，而且在這種情況下，傳感器在出廠時帶有九伏電池供電的電子電路。以下介紹電化傳感器的一些共同特性： 1．在三電極傳感器上，通常由一個跳線來連接工作電極和參考電極。施加于傳感電極的電壓值可以使傳感器針對目標氣體。參考電極間沒有電流流動。固定的穩(wěn)定恒電勢作用于傳感電極。為改善