【正文】 。在大學(xué)的階段，我在學(xué)習(xí)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(biāo)題到標(biāo)點(diǎn)，他都費(fèi)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(jì)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(jì)算機(jī)。參考文獻(xiàn)[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(yàn)檢測，本課題設(shè)計(jì)研制的煤礦瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)具有抗干擾能力強(qiáng)、反應(yīng)速度快、線性和穩(wěn)定性好、功耗低等特點(diǎn)。煤礦氣體監(jiān)測儀表運(yùn)用RS一485協(xié)議進(jìn)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(jī)作為硬件電路的核心，設(shè)計(jì)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(fèi)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(jī)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(jìn)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(qiáng)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(zhǔn)電壓。再進(jìn)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(dá)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(dāng)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(fù)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(jìn)行聲光報警，并且自動撥通煤礦安全局主要負(fù)責(zé)人電話，告知井下瓦斯和氧氣超限的實(shí)際情況，使安全局主要負(fù)責(zé)人對礦主、安檢員、某些礦的負(fù)責(zé)人進(jìn)行監(jiān)管，督促他們認(rèn)真貫徹煤礦安全規(guī)程，實(shí)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(biāo)志。PC機(jī)發(fā)送命，氣體監(jiān)測儀表根據(jù)PC機(jī)發(fā)送過來的命令進(jìn)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(jī)。如柒數(shù)據(jù)采集停止標(biāo)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(yuǎn)傳:氣體濃度超過閡值進(jìn)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。“▲”鍵控制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(jì)軟件是采用美國Kei1Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)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(jì)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(jī)沒有自我保護(hù)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(jī)可靠而穩(wěn)定的運(yùn)行，使單片機(jī)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(fù)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(diǎn)。(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(dāng)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(rèn)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(shí)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(rèn)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(rèn)為處于忙狀態(tài)。當(dāng)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(jìn)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(jī)，也沒有優(yōu)先機(jī)。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(rèn)為是從器件。 I2C總線接口電路結(jié)構(gòu)（2）雙向傳輸?shù)慕涌谔匦裕鏜CS51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(biāo)準(zhǔn)的單片機(jī)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(dú)立的模塊，通過軟件尋址實(shí)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(jī)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(jìn)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(jī)的串行工作方式AT89S52單片機(jī)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(jìn)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(jī)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(jī)3個引腳，即可實(shí)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(diǎn)在于防潮防濕，溫度特性極佳，而且有遠(yuǎn)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(diǎn)與 AD7810剛好相反，編程時需要注意。這種方式實(shí)際上可擴(kuò)展到所有的MCU種類。圖 AD78lO應(yīng)用電路AD7810幾乎與各種MCU進(jìn)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(dāng)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(dāng)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(dāng)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(fù)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(fù)載電流的問題，即只有負(fù)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(fù)載調(diào)整率也比標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)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(shí)現(xiàn)的功能。6． 井口瓦斯數(shù)據(jù)實(shí)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(jìn)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(jì)功能。2． 系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)風(fēng)、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(yùn)行的可靠性。2．監(jiān)控軟件選用最新的Windows2000為平臺進(jìn)行開發(fā)，操作簡單， 功能強(qiáng)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(jī)控制模式下，采用RS—485協(xié)議，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)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(jì)與實(shí)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(jī)、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(biāo)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