【正文】 此， LCD 逐漸的成為各種便攜式電子產(chǎn)品的理想顯示器件， 如在計算器、萬用表、電子表及很多家用電子產(chǎn)品中都可以看到， 其不僅廉價，而且 顯示的 內(nèi)容豐富美觀，很好的取代了LED數(shù)碼管。與普通數(shù)碼管比較，液晶顯示器（ LCD） ,采用 LCD1602 可以顯示文字，也可以顯示數(shù)據(jù)。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存 A/D 轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當 OE 端為高電平時，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。 由下圖可知， ADC0809 由一個 8路模擬開關(guān)、一個地址鎖存與譯碼器、一個 A/D轉(zhuǎn)換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成。通常轉(zhuǎn)換速度越快越好，特別是對 動態(tài)信號采集。其中 A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時間是指完成一次轉(zhuǎn)換所需要的時間，即從輸入啟動轉(zhuǎn)換信號開始到轉(zhuǎn)換結(jié)束所用的全部時間。同樣的 5V 電壓，若采用 12 位 ADC，則它能分辨的最小電壓為5000Mv/4096≈ 1mV。如果用百分數(shù)表示分辨率，則分辨率為 %%1002561%10021%10021 8 ??????n (4) 河北 聯(lián)合 大學(xué) 綜合課程設(shè)計說明書 2 總體設(shè)計方案 15 BCD 碼輸出的 A/D 轉(zhuǎn)換器一般用位數(shù)表示分辨率，例如 5G14433 雙積分 A/D 轉(zhuǎn)換器，分辨率為 213 位，滿度字位為 1999；用百分數(shù)表示分辨率時，分辨率為 %%10 019 991 ?? (5) 換而言之，分辨率就是 A/D轉(zhuǎn)換器可以轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的最小電壓。其中分辨率就是指 A/D轉(zhuǎn)換器可轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)的位數(shù)或 BCD 碼的位數(shù)。 2) ADC0809引腳圖如 下 圖所示 ,它的 主要特性有： (1) 8路 8位 A/D轉(zhuǎn)換器，分辨率為 8位； 河北 聯(lián)合 大學(xué) 綜合課程設(shè)計說明書 2 總體設(shè)計方案 14 (2) 具有轉(zhuǎn)換起停的控制端口； (3) 轉(zhuǎn)換時間大約是 100μ s； (4) 單電源供電，供電電壓為＋ 5V； (5) 模擬輸入的電壓范圍是 0～＋ 5V，不需要滿刻度與零點校準； (6) 工作溫度的范圍是 40℃～＋ 85℃ ； (7) 低功耗，大約是 15mW； (8) 輸出與 TTL兼容； (9) 可鎖存三態(tài)輸出，能與 8位微處理器接口。在需要對某個模擬量不斷采樣、轉(zhuǎn)換的情況下， EOC也可作為啟動信號反饋接到 START端，但在剛加電時需由外電路第一次啟動； (7） OE：輸出允許控制端，輸入高電平有效，用以打開三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器在中斷工作方式下，該信號往往是 CPU發(fā)出的中斷請求響應(yīng)信號； (8） CLK：時鐘信號輸入端。 ADC0809芯片采用了雙列直插式的封裝，擁有 28條引腳，各引腳功能說明如下：1） 一般引腳的介紹 : (1) IN0～ IN7： 8路模擬量的輸入端口； (2) D0～ D7： 8位數(shù)字量的輸出端口； (3) ADDA、 ADDB、 ADDC： 3位地址的輸入線，作為選通 8路模擬輸入中的一路； (4) ALE：地址鎖存允許信號輸入端，上升沿有效 , 當此信號有效時， A、 B、 C三位地址信號被鎖存，譯碼選通對應(yīng)模擬通道。所以，該 A/D轉(zhuǎn)換器能處理 8路模擬量的輸入，并且還有三態(tài)輸出得能力，不僅能連接各種微處理器，還能單獨工作。主體部分是采用逐次逼近式的 A/D轉(zhuǎn)換電路，由 CLK控制的內(nèi)部電路的工 作 ,START為啟動命令，高電平有效，啟動 ADC0809內(nèi)部的 A/D轉(zhuǎn)換，當轉(zhuǎn)換完成，輸出信號 EOC有效， OE為輸出允許信號端，高電平有效，打開輸出三態(tài)緩沖器 ,把轉(zhuǎn)換后的結(jié)果送 DB。 ADC0809具有 8個通道的模擬輸入線 (IN0～ IN7)，可在程序控制下對任意通道進行 A/D轉(zhuǎn)換，獲得 8位二進制數(shù)字量 (D7～ D0)。 A/D轉(zhuǎn)換芯片 的選擇 A/D轉(zhuǎn)換器是監(jiān)測系統(tǒng)中一個非常重要的一個環(huán)節(jié)，它的種類多、性能各異、引腳功能也各不相同。 :T0，定時器 /計數(shù)器 0外部事件脈沖輸入端。 :INT0，外部中斷 0輸入口。通道 3能吸收 /發(fā)出一個 TTL負載， P3通道的每一根線還有另一種功能： :RXD，串行輸入口。通道 2能吸收 /發(fā)出一個 TTL負載。 通道 1吸收 /發(fā)出一個 TTL負載。 4） 8031P端口功能 （ 1） ～ :通道 0，它是 8位漏極開路的雙向 I/O通道，當擴展外部存貯器時，這也是低八位地址和數(shù)據(jù)總線，在編程校驗期間，它輸入和輸出字節(jié)代碼，通道 0吸收 /發(fā)出二個 TTL負載。 （ 4） /Vpp 、 /Vpp為內(nèi)部程序存儲器和外部程序存儲器選擇端。 對于 EPROM型單片機，在 EPROM編程期間，此引腳接收編程脈沖（ 功能） （ 3） 外部程序存儲器讀選通信號輸出端，在從外部程序存儲取指令（或數(shù)據(jù)）期間， 在每個機器周期內(nèi)兩次有效。因此，它可用作對外 輸出的時鐘，或用于定時目的。 3） 控制或與其它電源復(fù)用引腳 RST/VPD， ALE/ ，和 /Vpp （ 1） RST/VPD 當振蕩器運行時，在此引腳上出現(xiàn)兩個機器周期的高電平（由低到高跳變），將使單片機復(fù)位 在 Vcc掉電期間，此引腳可接上備用電源，由 VPD向內(nèi)部提供備用電源，以保持內(nèi)部 RAM中的數(shù)據(jù)。是 外接晶體的另一端。當采用外部振蕩器時，此引腳接地。 8031單片機是 Intel公司生產(chǎn)的 MCS51系列單片機中的一種，除無片內(nèi) ROM外， 下面介紹一下它的引腳圖等資料 。 單片機的選擇 由于本次實驗要連續(xù)、實時的采集瓦斯?jié)舛?，當單片機用于實時數(shù)據(jù)采集或處理大批量數(shù)據(jù)時，僅靠片內(nèi)提供的 RAM是遠遠不夠的 。在調(diào)節(jié)確定MQ4的可調(diào)負載電阻值時，以空氣中甲烷濃度值為 5000ppm時作為校準，此時觀察顯示部分電路，又因為要求顯示的瓦斯?jié)舛染纫髢?yōu)于 5%，即 準確顯示的范圍為5000ppm（ 1? 5%） 也就是 4750ppm～ 5250ppm的范圍內(nèi)，若不在該范圍內(nèi)則說明甲烷傳感器的靈敏度不夠高，需要進行調(diào)節(jié)。本設(shè)計采用 5000ppm甲烷校準傳感器進行校準。 R0是指元件在潔凈空氣中的電阻值，因此 MQ4型甲烷傳感器對不同種類，不同濃度的氣體有不同的電阻值。 預(yù)熱時間 不少于 24小時 河北 聯(lián)合 大學(xué) 綜合課程設(shè)計說明書 2 總體設(shè)計方案 10 圖 3 MQ4型氣敏元件的靈敏度特性 MQ4的標準工作條件 已有上表給出 。 相對濕度： 65%177。 符號 參數(shù)名稱 技術(shù)參數(shù) 備注 Rs 敏感體表面電阻 10 ?K — 60 ?K （ 5000ppmCH4） 適用范圍： 300— 10000ppm 甲烷，天然氣 а(1000ppm/5000ppmCH4) 濃度斜率 ≤ 標準工作條件 溫度 ： 20℃177。 Ac or Dc RL 負載電阻 可調(diào) RH 加熱電阻 31Ω177。 MQ4 氣敏元件的結(jié)構(gòu)和外形如圖所示，由微型 AL2O3 陶瓷管、 SnO2 敏感層、測量電極和加熱器構(gòu)成，然后將其固定在塑料或不銹鋼制成的腔體內(nèi)，制作好的檢測元件有 6只引腳，其中的 4個用于信號取出，剩余 2個用于提供加熱電流 ?？杀O(jiān)測多種可燃性氣體，壽命長成本低 。它的優(yōu)點是在較寬的濃度范圍內(nèi)對可燃氣體有良好的靈敏度 。 在選用合適的傳感器時，要考慮被測量的特點以及所選傳感器的使用條件，例如傳感器量程的大小；傳感器的體積要適用被測位置；是采用接觸式還是非接觸式；傳感器的來源 ，國產(chǎn)還是進口，還是自行研制，價格能否承受等。 6) 熱催化式 熱催化式是利用瓦斯在催化元件上的氧化生熱引起其電阻的變化來檢測瓦斯?jié)舛鹊摹? 5) 熱導(dǎo)式 熱導(dǎo)式是利用瓦斯與空氣熱導(dǎo)率之差來實現(xiàn)瓦斯?jié)舛鹊臋z測。其優(yōu)點是對微量瓦斯比較敏感，結(jié)構(gòu)簡單、成本低。 4) 氣敏半導(dǎo)體式 氣敏半導(dǎo)體的種類較多，例如氧化鋅、氧化錫等燒結(jié)型金屬氧化物。通過這一特點來比較這兩種速度就可檢測出高濃度 瓦斯。它的優(yōu)點是精度高，不但耐用而且還容易校瓦斯氣體 測量傳感器 轉(zhuǎn)換電路 A∕ D 轉(zhuǎn)換器 單片機 看門狗 輸出 存儲 計算 顯示 電源 河北 聯(lián)合 大學(xué) 綜合課程設(shè)計說明書 2 總體設(shè)計方案 7 正；缺點是不能直觀的顯示瓦斯?jié)舛戎?，容易受氣壓和溫度的影響，制造和維修成本較高、實現(xiàn)自動檢測比較困難。它的優(yōu)點是精度高、選擇性好、不受其它氣體的影響，不但測量范圍大而且還可以連續(xù)檢測；缺點是儀器的 制造和保養(yǎng)困難，體積大，成本高，功率大，因此廣泛使用會受到一定的限制。 儀器設(shè)備的基本選型 測量傳感器的選擇 由于檢測的對象是氣體，所以選擇氣體傳感器。采用單片機8031 構(gòu)成煤礦氣體監(jiān)測系統(tǒng)的核心部分，根據(jù)氣體傳感器及測量的信號，實現(xiàn)對 CH4的成分識別和濃度測量。 在本設(shè)計中應(yīng)選擇正確的瓦斯?jié)舛葴y量方法，合理的選擇測量傳感器及其測量電路，基于 8031 單片機的實時檢測報警系統(tǒng)設(shè)計 ， 繪制信號采集、處理及單片機系統(tǒng)電路原理圖 。 河北 聯(lián)合 大學(xué) 綜合課程設(shè)計說明書 2 總體設(shè)計方案 5 2 總體設(shè)計方案 礦井瓦斯?jié)舛妊芯糠桨冈O(shè)計 為保證井下工人安全，防止發(fā)生瓦斯爆炸，設(shè)計一套礦井瓦斯?jié)舛葘崟r監(jiān)測報警系統(tǒng)。 雖然現(xiàn)在許多礦建立了局部的計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實現(xiàn)了本礦井的資源共享，但大多還處于一礦一系統(tǒng)，與外界幾乎沒有聯(lián)系，其功能和任務(wù)也極其簡單。煤礦安全檢測技術(shù)、理論將會更加成熟，更先進、更實用的檢測設(shè)備將會被開發(fā)出來。 2） 生產(chǎn)環(huán)節(jié)自動化，管理環(huán)節(jié)信息化 目前，我 監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)品主要是監(jiān)測環(huán)境安全參數(shù)，實現(xiàn)報警或斷電控制，對生產(chǎn)設(shè)備的監(jiān)測監(jiān)控限于對設(shè)備的開 /停狀態(tài)進行監(jiān)測，與煤炭生產(chǎn)全過程實行監(jiān)測監(jiān)控差距還較大。 研制新型傳感器時應(yīng)高起點、高智能化，應(yīng)充分利用微處理器的優(yōu)點，做到自診斷、自校正、自調(diào)零、配置標準遠傳接口，統(tǒng)一傳感器的輸出信號制以提高傳輸?shù)目煽啃浴?shù)據(jù)出來的簡單性和傳感 器的互換性。 國內(nèi)外研究發(fā)展趨勢 1) 安全檢測設(shè)備生產(chǎn)正規(guī)化 由于 電信號便于遠傳，所以絕大多數(shù)傳感器的輸出是以電量的形式，如電壓、電流、電阻、電感等，也有利用壓縮空氣的壓力大小傳送信息的，這種方法在抗電磁干擾和防爆安全方面比電傳送要優(yōu)越，但氣源和管路上的投資較大，而且傳送速度較低。 我國從 1981 年開始，把瓦斯、煤塵爆炸阻隔爆方法這一計劃列為全國煤礦安全領(lǐng)域中的重點項目。 國外一些工業(yè)化發(fā)達的國家對瓦斯爆炸研究較早，如美國、波蘭、德國、日本、俄羅斯等對國家較早對煤礦瓦斯爆炸事故進行過試驗研究，集中體現(xiàn)在可燃氣體和空氣混合后的爆炸、傳播特性方面的研究。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 瓦斯爆炸事故伴隨著煤炭開采一直存在，世界各國投入大量人力、物力、財力對瓦斯爆炸傳播規(guī)律進行了研究。華北科技學(xué)院電子信息工程學(xué)院張濤教授發(fā)表過《基于單片機的瓦斯?jié)舛葯z測報警裝置》，針對煤礦安全生產(chǎn)實際，文章首先介紹了采用單片機的煤礦瓦斯?jié)舛葯z測報警裝置的整體構(gòu)架，然后對煤礦瓦斯?jié)舛葯z測報警裝置的各個部分硬件進行了詳細的設(shè)計，給出了煤礦瓦斯?jié)舛葯z測報警裝置的硬件設(shè)計電路和軟件設(shè)計框圖，最后使用 Proteus 軟件驗證設(shè)計內(nèi)容的正確性和可行性，證明了基于單片機的便攜式煤礦瓦斯?jié)舛葯z測報警裝置在煤礦安全生產(chǎn)中具有一定的實際應(yīng)用價值。 國內(nèi)的許多有關(guān)這方面的科學(xué)家和教授在這方面都做過大量的研究。 由于我國檢測技術(shù)應(yīng)用較晚，所以我國當前對瓦斯的檢測設(shè)備還存在很多的問題，例如，檢測設(shè)備的壽命周期短，易受礦井不良壞境的影響并且會導(dǎo)致檢測設(shè)備的工作性能不穩(wěn)定、檢測結(jié)果不準確，容易出現(xiàn)誤報警等現(xiàn)象，維護周期短且費用高。瓦斯事故的原因很多，有管理方面的、設(shè)施方面的、人員素質(zhì) 及責任心等，但最本質(zhì)的原因在于形成了瓦斯積聚，只有避免瓦斯積聚才能從根本上消除瓦斯事故。我國煤炭生產(chǎn)中每年的礦難死亡人數(shù)近萬人，礦難的原因有多種多樣。 河北 聯(lián)合 大學(xué) 綜合課程設(shè)計說明書 1 文獻綜述 2 1 文獻綜述 本設(shè)計所研究的背景及 意義 隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展．煤炭的消費量持續(xù)增長，而隨著煤炭工業(yè)的發(fā)展，瓦斯事故越來越多地成為制約 煤礦安全的重要因素。實驗證明， 本設(shè)計 不但操作 方便， 而且還能更好的防御和減少由于瓦斯而引起的礦難事故 。由于礦井瓦斯是指井下以甲烷 CH4 為主的有毒、有害氣體的總你，有時單指甲烷 。 本設(shè)計就基于 8031 單片機 的礦井瓦斯檢測 系統(tǒng) 來進行 研究。因此，我們不得不將更多的注意力放到煤炭生產(chǎn)的安全方面。 評定 成績 ：