【正文】 然后，單片機向 ADC0809 的 A、 B引腳循環(huán)輸出地址編號， C 引腳接地；每輸入一個地址編號后， START 和 ALE 變高電平，復位 ADC0809 并將地址鎖存，經(jīng)過適當?shù)难訒r后，START 和 ALE 變低電平，開始模數(shù)轉(zhuǎn)換； 接 EOC 引腳，當收到高電平時，說明模數(shù)轉(zhuǎn)換完成，此時向 OE 引腳輸出高電平， 打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量 到 P0口，然后 OE引腳變低電平，完成一次模 數(shù)轉(zhuǎn)換。具體工作過程如下： 首 先，在程序的控制下，利用單片機的定時器 T0 以及中斷服務(wù)程序在 一個方波信號，作為 ADC0809 工作的時鐘信號。 CLK 時鐘信號輸入端（一般為 500KHz）。其管腳定義如圖 43所示 。18V，低靜態(tài)電流 700μ A， 8 引腳塑料 DIP 和 SO8封裝。 40V，寬電源電壓范圍177。在本設(shè)計中選擇集成芯片 INA128 儀用放大器。 目前有許多型號的單片測量放大器集成芯片可供選擇，因此不再用分立的運算放大器來構(gòu)成測量放大器。外接電容的作用是對振蕩器進行頻率微調(diào)，使振蕩信號頻率與晶振頻率一致，同時起到穩(wěn)定頻率的作用， 本課題選用 33pF 的電容。 在單片機 XTAL1 和 XTAL2 引腳上跨接上一個晶振和兩個穩(wěn)頻電容，可以與單片機片內(nèi)的電路構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。單片機的時鐘信號通常有兩種產(chǎn)生方式：內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式。 參數(shù)為 : 測量介質(zhì) :甲烷 工作電流 :直流穩(wěn)壓 工作點 :2. 8V/≤ 175mA 測量范圍 :04%CH4 穩(wěn)定性 :靈敏度變化177。元件的時間常數(shù) ? 可由下式確定 : aRITsasE 234 ??? ?? (31) 16 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； ? :常數(shù)； T:元件的作溫度； I:工作電流； R:元件電阻； aR :鉑絲電阻溫度系數(shù)； 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(yīng)速度。特別是當元件應(yīng)用到各種運動機械上時，就更為突出。 (7)反應(yīng)速度。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(nèi)會造成輸出不穩(wěn)，這是在使用中應(yīng)該加以注意和調(diào)整的。 經(jīng)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(nèi)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。其原因主要是由于這些毒性氣體元件活性下降。 (6)元件的“中毒現(xiàn)象”。 (5)元件的壽命。產(chǎn)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。在 05%CH4 范圍內(nèi)，電橋輸出信號與甲烷濃度呈線性關(guān)系。 (4)輸出特性。目前元件的工作區(qū)間只能達到標準電壓的177。這個電壓或電流的變動范圍稱為元件的工作區(qū)間。 圖 33 8255A引腳圖 15 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。在工作點上，元件具有較大的輸出，較好的穩(wěn)定性和最小的零點飄移。元件工作點是指元件的標準工作電壓和電流值。下降率其值越低越 好，活性下降率越低，表明元件工作性能越穩(wěn)定。 (2)穩(wěn)定性。元件活性是指元件對甲烷氧化燃燒的速率。 8255A 的 PA作輸出口控制燈的亮滅， PB口做輸入接收AD 轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量， PC口做輸入循環(huán)掃描按鍵是否按下。 14 AT89C51 單片機的擴展 設(shè)計中采用 AT89S52 單片機作為本系統(tǒng)控制單元的核心部件并采用 8255A 用作并行接口。但 RAM，定時器，計數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。 此外， AT89C51 設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。 （ 4） 芯片擦除 整個 PEROM 陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持 ALE管腳處于低電平 10ms 來完成。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件， XTAL2 應(yīng)不接。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。 EA/VPP：當 /EA 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN 有效。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。此時， ALE只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE 脈沖。在平時， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。 ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。 RST：復位輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 P3口： P3 口管腳是 8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個 TTL 門電流。在給出地址“ 1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口： P2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出4個 TTL 門電流，當 P2 口被寫“ 1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FIASH 編程時， P0 口作為原碼輸入口，當 FIASH 進行校驗時， P0 輸出原碼，此時 P0外部必須被拉高。當 P1 口的管腳第一次寫 1時，被定義為高阻輸入。 GND：接地。低功耗的閑置和掉電模式 5 個中斷源 32 可編程 I/O 線 三級程序存儲器鎖定 4K 字節(jié)可 編程閃爍存儲器 壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時間： 10年 11 (1) AT89C51 單片機有以下特點： 由于 MCS51 系列在我國使用最廣且該系列的資料和能夠兼容的外圍芯片也比較多，故本文采用 ATMEL 公司生產(chǎn)的 AT89C51 單片機作為本系統(tǒng)控制單元的核心部件。由于一般室 礦內(nèi)環(huán)境惡劣，這對單片機的干擾較大，所以應(yīng)采用抗干擾性能較好的單片機機型。 AT89C51 單片機簡介 單片機選用 隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，單片機因具有集成度高、體積小、速度快、價格低等特點而在許多領(lǐng)域如過程控制、數(shù)據(jù)采集、機電一體化、智能化儀表、家用電器以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等方面得到廣泛應(yīng)用，從而使這些領(lǐng)域的技術(shù)水平、自動化程度大大提高。 時鐘 電源模塊 顯示電路 報警電路 可編程看門狗電路 單片機 敏感元件 小信號放大電路 A/D轉(zhuǎn)換 圖 31 工作原理圖 10 在催化元件電源端加上一正電壓，使催化元件開始工作，輸出與甲烷濃度相對應(yīng)的電壓信號，此電壓經(jīng)過放大電路放大后，送到 A/D 轉(zhuǎn)換， A/D 轉(zhuǎn)換電路將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號送入單片機 , 單片機對采樣值進行數(shù)值計算，處理后，驅(qū)動顯示器顯示出被 測氣體中的甲烷濃度值，若被測氣體中甲烷濃度超過報警電路預定的數(shù)值時，報警電路即發(fā)出聲、光報警信號。利用該原理的甲烷測定器是當前國內(nèi)測量低濃度甲烷的傳感器中采用最廣泛的一種，而且還在不斷的提高和發(fā)展。當 含有甲烷的空氣在高溫和催化劑的作用下，發(fā)生無焰燃燒，而在白元件上則不致使甲烷燃燒，從而使黑元件的溫度比白元件的溫度高，黑元件中的鉑絲既是加熱元件，又是感應(yīng)溫度的熱敏元件，根據(jù)鉑絲的正溫度系數(shù)的特性，溫度升高時電阻增大，黑元件上的電壓降即增大，電橋失去平衡，輸出一個電壓信號△U，該電壓值的大小反映了甲烷濃度的高低，檢測此電壓便可測量出甲烷濃度。但由于它處于與黑元件相同的工作環(huán)境中，所以，對非甲烷濃度變化引起的催化元件阻值變化起補償作用，以提高儀器零點穩(wěn)定性和抗干擾能力。 黑元件載體是催化燃燒式元件，當甲烷氣體在元件表面與氧氣產(chǎn)生無焰燃燒時，電橋失去平衡，輸出一個電壓信號。此 9 外，傳感器電源應(yīng)是經(jīng)過穩(wěn)壓的穩(wěn)壓源。 探頭內(nèi)部的主要元件是黑元件 (催化元件 )和白元件 (補償元件 )，兩個元件分別配置在電橋電路中，作為一組橋臂，另一組橋臂是兩個固定電阻，作為電橋的比率臂。當載體催化元件遇到甲烷與空氣的混合氣體時，在催化劑的作用下，甲烷氣體在元件表面發(fā)生無焰燃燒，產(chǎn)生的熱量使鉑絲的溫度升高。三氧化二鋁載體有定型、傳熱和載附催化劑等功能。 載體催化元件最里層是用 ～ 的高性能鉑絲繞制的螺旋圈，外面是由三氧化二鋁和催化劑組成的催化外殼。其優(yōu)點是快速，可以連續(xù)自動檢測，靈敏度高，測量準確，可測二氧化碳濃度。 氣體在放射性元素的輻射作用下發(fā)生電離，在氣體介質(zhì)中的兩個電極之間便有電流產(chǎn)生。其優(yōu)點是讀數(shù)不受氣壓影響 。 在溫度為 220℃、氣壓為 101325Pa 條件下，聲波在甲烷中的傳播速度為 432m/s，而在清潔空氣中為 332m/s。其優(yōu)點是對微量甲烷比較敏感，結(jié)構(gòu)簡單、成本低。 氣敏半導體的種類較多，如氧化錫、氧化鋅等燒結(jié)型金屬氧化物。其優(yōu)點是采用這一原理的儀器精度高，選擇性好，不受其它氣體影響，測量范圍寬，可連續(xù)檢測 。其缺點是測量低濃度甲烷時輸出信號小，受氣溫及背景氣體的影響較大。 熱導式是利用甲烷與空氣熱導率之差來實現(xiàn)甲烷濃度的測定。其缺點是探測元件的壽命較短，不能測高濃度甲烷，硫化氫及硅蒸汽會引起元件中毒而失效。 熱催化式 是利用甲烷在催化元件上的氧化生熱引起其電阻的變化來測定甲烷濃度。其缺點是濃度指示不直觀，受氣壓溫度影響嚴重，特別是空氣中氧氣不足或氮、氧的比例不正常時，要產(chǎn)生誤差 。 3 礦內(nèi)空氣傳感器的原理及主要元器件 甲烷濃度檢測儀原理分析 甲烷濃度傳感器按其工作原理不同，有下列幾種 : 光干涉式是利用光波對空氣和甲烷折射率不同所產(chǎn)生的光程差，引起干涉條紋移動來實現(xiàn)對不同甲烷濃度的測定。于 2021 年 8月 8日，國家安監(jiān)總局、國家煤礦安監(jiān)局對 標準再次修訂，聯(lián)合頒布安監(jiān)總煤行〔 2021〕 150 號《關(guān)于印發(fā) “ 煤礦安全質(zhì)量標準化標準及考核評級辦法（試行） ” 的通知》。 為做到全國統(tǒng)一標準，原國家煤炭部曾在 1964 年就已經(jīng)提出煤礦質(zhì)量標準化， 1986年在全國開展實施。 （ 7）二氧化碳（ COz）：是一種無色、微毒、稍有酸味的氣體，它不助燃，也不維持久的呼吸，它比空氣重，常聚集在巷道的下方及通風不良的下山盡頭；易溶于水，生成碳酸，對人的眼、鼻、喉的粘膜有刺激作用。）：是一種無色氣體，有似氨水的劇臭；它極毒，能刺激皮膚和上呼吸道并能嚴重損傷眼睛?！兑?guī)程》中對沼氣容許濃度因在井下各點不同。 （ 5）沼氣（ CH。 （ 4）二氧化氮（ NO2）：為紅褐色，易溶于水，是劇毒氣體，對人的眼睛及呼吸器官有強烈刺激作用。 （ 3）二氧化硫（ SO2）：是一種無色、有強烈硫磺味及酸味的氣體，同呼吸氣管潮濕表皮接觸能產(chǎn)生硫酸，刺激并麻痹上部呼吸氣管的細胞組織，使肺及支氣管發(fā)炎。 （ 2）硫化氫（ HzS）：是一種無色、微甜、有臭雞蛋味的氣體，易溶于水，遇火后能燃燒及爆炸；硫化氫極毒，它能使血液中毒，對眼睛及呼吸系統(tǒng)的粘液膜有強烈的刺激作用。 （ 1）瓦斯（ CO）：是一種無色、無味、無臭的氣體；它可燃燒，當含量在 13％～ 75％時，遇火能引起爆炸；瓦斯極毒，當其含量達 0． 4％時，人在短時間內(nèi)就可中毒死亡。所以，工程檢測儀器的經(jīng)濟性也是其重要的指標之一。但是，如果生產(chǎn)出的儀器價格太高，使用者無力購買，出就談不上發(fā)揮作用。 5. 經(jīng)濟性 ：任何工業(yè)產(chǎn)品都要講究經(jīng)濟性。 ：儀器由于室溫、大氣壓、振動等外部狀態(tài)變化及電源電壓、工作條件變化對 示值的影響統(tǒng)稱為環(huán)境影響，為儀器在校準時都規(guī)定有一個標準工作條件，用影響系數(shù)表示。 ：是指儀器的性能在工作條件保持恒定的情況下，在規(guī)定的時間內(nèi)保持不變的能力。即對某一穩(wěn)定的被測量在相同的規(guī)定工作條件下，由同一測量者用同一儀器在相當短的時間內(nèi)按同一方法連續(xù)重復測量多次，其測量示值的不一致程度。但工作可靠性、經(jīng)濟性也很重要，這些因素在很大程度上影響儀器的使用。 測量儀器的基本性能 評價測量儀器品質(zhì)的指標是多方面的。例如，在采煤機上安裝采煤機瓦斯斷電控制儀。在這一過程中，借助 于專門的技術(shù)工具，通過實驗方法，求出以所采用的測量單位表示的未知量的數(shù)值大小。 5 測量儀器的概念 煤礦安全儀器是用來檢查測量礦井安全狀況的物質(zhì)手段。這些系統(tǒng)的運用，極大的降低了煤礦瓦斯事故。目前，該省國有重點煤礦 121 座礦井全部安裝