【正文】 電平時間。P3口也可作為 AT89C51的一些特殊功能口，管腳備選功能如下： RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（記時器 0外部輸入） T1（記時器 1外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。當(dāng) P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。P2 口在 FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P2 口當(dāng)用于外部程序存儲器或 16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2 口輸出地址的高八位。并因此作為輸入時，P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。在FLASH編程和校驗時，P1 口作為第八位地址接收。 P1口：P1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8位雙向 I/O口，P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL門電流。P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。 P0口：P0 口為一個 8位漏級開路雙向 I/O口，每腳可吸收 8TTL門電流。片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 16 VCC：供電電壓。可編程串行通道兩個 16位定時器/計數(shù)器128*8位內(nèi)部 RAM全靜態(tài)工作：0Hz24Hz壽命：1000 寫/擦循環(huán)與 MCS51 兼容 由于將多功能 8位 CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL 的 AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。15第 4 章 硬件電路設(shè)計為適應(yīng)安全生產(chǎn)的需要，同時滿足體積小、耗電少、精度高的要求，硬件電路設(shè)計中盡可能選用功耗小，性能穩(wěn)定的集成電路芯片。14AT89C51看門狗監(jiān)控電路傳感元件小信號放大電路 A/D 轉(zhuǎn)換電路顯示電路報警電路排風(fēng)電路通信電路圖 21 瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)框圖CPU通過 ，從而控制催化元件電源端，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，分別送到 A/D轉(zhuǎn)換、報警電路，A/D 轉(zhuǎn)換電路將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號送入 CPU，CPU 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(yù)定的數(shù)值時，報警電路即發(fā)出聲、光報警信號。其基本原理是根據(jù)甲烷在一定的溫度條件下氧化燃燒，且在一定的濃度范圍內(nèi)，不同濃度的瓦斯在燃燒過程中要釋放出熱量不同的特性，來達到測定瓦斯?jié)舛鹊哪康摹?整機工作原理 熱催化原理又稱催化燃燒原理。 使用時一般將黑白元件串聯(lián)，作為電橋的一臂，用普通電阻構(gòu)成電橋的另一臂，電橋的兩端加上穩(wěn)定的工作電壓 U。白元件是補償元件，基本結(jié)構(gòu)和技術(shù)參數(shù)與黑元件相同，但表面不涂鍍催化劑，所以，它不參加低溫燃燒。此外，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。 根據(jù)設(shè)計要求，本項目采用熱催化式工作原理。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)中的兩個電極度之間便有電流產(chǎn)生。其優(yōu)點是讀數(shù)不受氣壓影響。 在溫度為 22℃、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。12 氣敏半導(dǎo)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(dǎo)式是利用甲烷與空氣熱導(dǎo)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，硫化氫及硅蒸氣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。11第 3 章 監(jiān)控系統(tǒng)工作原理 瓦斯?jié)舛葯z測系統(tǒng)原理分析 分類瓦斯?jié)舛葯z測儀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?；ù罅馓岣弋a(chǎn)品的可靠性，從軟件到硬件，從元器件到整機，都盡最大努力提高整體系統(tǒng)的可靠性。廣泛調(diào)查研究，認真分析其優(yōu)缺點，充分借鑒其它儀器的優(yōu)點揚長避短博采眾長。在完成自身系統(tǒng)配套的基礎(chǔ)上，盡可能使產(chǎn)品具有良好的通用性，使之能與其它產(chǎn)品配套，易于擴充新的用途。嚴格執(zhí)行國家和煤炭部以及行業(yè)標準。通過優(yōu)化電路設(shè)計和應(yīng)用誤差理論分析,盡可能減小測量誤差，提高測量精度。 總體設(shè)計的原則盡可能使用先進、成熟的技術(shù)，有明確理論支持的技術(shù)，對不確切，但非用不可的技術(shù)要通過必要的試驗和論證。 設(shè)計原則 在總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計上，首先重點突出系統(tǒng)整體性能，價格最優(yōu)的原則，本著先進、簡明、實用的設(shè)計指導(dǎo)思想，從傳感器的信號采集、處理傳輸，到系統(tǒng)軟件的設(shè)計，在整體最優(yōu)原則的指導(dǎo)下，發(fā)揮各自的設(shè)計靈活性。 （2）數(shù)據(jù)處理功能盡可能完善，容易擴充。 （6）設(shè)計要從整體出發(fā)，分步、分層實施,突出系統(tǒng)的整體性能，力求系統(tǒng)整體性能最優(yōu)化。（4）設(shè)計、制造盡可能使用通用的有替代產(chǎn)品的元件,器件和設(shè)備。（2）運行的可靠性和穩(wěn)定性一定要好,安裝、維護要方便,操作簡單。信號的采集 信號的遠距離傳送監(jiān)測要素的采集，轉(zhuǎn)換 設(shè)備和功能作為一種完整的煤礦生產(chǎn)安全監(jiān)控系統(tǒng)，它至少應(yīng)具備以下設(shè)備和功能。7第 2 章 研究內(nèi)容方法和原則 研究內(nèi)容方法 儀器的設(shè)計，本著簡明、科學(xué)、實用的原則，力求從整體出發(fā)，從實際使用出發(fā)，突出系統(tǒng)的可靠性、免維護、免培訓(xùn)特點和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的簡明和完整性，把對操作人員的專業(yè)技術(shù)要求降到最低，發(fā)揮系統(tǒng)整體設(shè)計的優(yōu)勢，使系統(tǒng)整體性能達到最佳，功能強大而操作簡單，測量精確而維護方便。在實際工作中，對給定的測量任務(wù)只需達到規(guī)定的精度就行了，決不是精度愈高愈好，盲目地提高測量精度的做法，往往會帶來相反的效果，浪費人力和財力,降低測量的可靠性。對使用者來講總是希望有最少的錢買到一臺具有指定性能的儀器。對生產(chǎn)者來講，以重金制造高質(zhì)量的產(chǎn)品是比較容易的。假設(shè)某儀器在 90000小時的運行中發(fā)生了 12次故障，則該儀器的 MTBF為 7500小時。儀器的可靠性可用平均無故障工作時間 MTBF來表征。這樣，更確切的量程概念應(yīng)定為:在工作量程內(nèi)的相對誤差應(yīng)該不超過某個設(shè)定值。通常儀表的 Xmin=0，這時B=Xmax。例如機械儀表中有內(nèi)摩擦，電磁儀表中有磁滯損耗。（4）滯環(huán)滯環(huán)是指儀器正向特性和反向特性不一致的程度。無論是模擬式的儀表，還是數(shù)字式的儀表，都希望它們的特性是線性關(guān)系。一般模擬式儀表的分辯率規(guī)定為最小刻度分格值的一半，數(shù)字式儀表的分辯率是最后一位數(shù)的數(shù)值。而在頻率計中，它與頻率計的輸出示值之間沒有直接的關(guān)系。對特定的測量裝置來說，其靈敏度的定義方法往往是不同的。在線性特性的儀器中靈敏度 S是常數(shù)。說明儀器輸入輸出對應(yīng)關(guān)系的主要性能有:（1） 靈敏度靈敏度是指儀器在穩(wěn)態(tài)下輸出變化對輸入變化的比值，用 S表示，即S=dy/dx。影響系數(shù)是用示值變化值與影響量變化值之比來表示。儀器由于室溫、大氣壓、振動等外部狀態(tài)變化及電源電壓、頻率等工作條件變化對示值的影響統(tǒng)稱為環(huán)境影響，用影響系數(shù)表示。它用精密度的數(shù)值和觀測時間長短一起來表示。要使儀器的精度高，還必須使其準確度高才行。（3）精確度5 精度（精確度的簡稱）是測量的精密與準確程度的綜合反映。但精密不一定準確。不一致程度愈小，說明測量愈精密。與這個性能有關(guān)的指標有:（1）精密度 精密度是指在測量中所測數(shù)值重復(fù)一致的程度。儀器的基本性能，主要是衡量儀器測量能力的一些指標,如精確度、穩(wěn)定性、測量范圍、動態(tài)范圍等。它不僅可以連續(xù)監(jiān)測采煤機附近風(fēng)流的甲烷濃度，而且在甲烷濃度超限時還可發(fā)出聲、光報警信號，并自動切斷采煤機的工作電源以防發(fā)生瓦斯事故，確保生產(chǎn)安全。測量的目的是為了在限定的時間內(nèi)盡可能正確地收集被測對象未知信息，以便掌握被測對象的參數(shù)及控制生產(chǎn)過程。什么是測量呢?測量是人們對自然界的客觀事物取得數(shù)量觀念的一種認識過程。但是目前安全監(jiān)測傳感器的種類和質(zhì)量與國際水平的差距還較大，這是需要解決的問題。其中 KJ4型的系統(tǒng)容量為 1536個，傳輸距離為 13km。解放前我國煤炭工業(yè)技術(shù)十分落后，礦井通風(fēng)安全儀器更是屬于空白。而且操作簡單，維修量小，體積小。譬如當(dāng)井下某測點的甲烷濃度超限時，能發(fā)出聲、光報警信號，切斷該測點附近的電源。如英國 DYNSLINKMINOS系統(tǒng)的監(jiān)測容量為 986個模擬量，896 個開關(guān)量，傳輸距離為 13km。特別是隨著電子計算機技術(shù)的應(yīng)用，一套監(jiān)測系統(tǒng)，除能檢測高低濃度甲烷外，還可測一氧化碳、氧、氫的濃度，氣溫，風(fēng)速等等。與此同時，隨著儀表工業(yè)及電子技術(shù)的發(fā)展，礦井通風(fēng)安全儀器也得到了不斷的發(fā)展。1897 年瑞典制成第一臺容積壓力式瓦斯?jié)舛葴y量儀。最初，人們?yōu)榱朔乐咕驴諝庵谢煊幸谎趸荚斐芍卸臼鹿?，曾使用過金絲雀一類的小動物來進行檢測。為了防止事故發(fā)生，保障礦工的健康和安全，促進生產(chǎn)發(fā)展，提高煤炭企業(yè)的經(jīng)濟效益，應(yīng)對井下的氣象進行檢測，對可能造成災(zāi)害事故的各種有害氣體及礦塵進行及時而準確的檢測和嚴格控制，一旦發(fā)生災(zāi)變，必須及時救護遇難人員和處理事故。在這里，甲烷，沼氣和瓦斯是同義詞。甲烷濃度檢測儀器就是用來監(jiān)視礦井沼氣動態(tài)的有效工具。綜上所述，開發(fā)研制適用于中小型煤礦生產(chǎn)安全監(jiān)控系統(tǒng)的任務(wù)迫在眉睫，而根據(jù)我國煤礦生產(chǎn)和管理模式，依照我國的有關(guān)技術(shù)標準，其技術(shù)的先進性、產(chǎn)品的可靠性和實用性則是本項目的關(guān)鍵所在。必須依賴專業(yè)的維護隊伍，對人員技術(shù),素質(zhì)有較高的要求。系統(tǒng)設(shè)備可靠性差。系統(tǒng)安裝、維護復(fù)雜，操作不便，人機界面較。傳感器測量穩(wěn)定性差，調(diào)校頻繁，壽命短。造價高，系統(tǒng)最基本的配置過于龐大，運行費用大。 煤礦生產(chǎn)安全監(jiān)控系統(tǒng)，是目前為止實際通風(fēng)甲烷管理工作中最重要和最有效的自動化手段，已經(jīng)裝備監(jiān)控系統(tǒng)的煤礦的甲烷事故發(fā)生率大為下降，實踐證明，煤礦生產(chǎn)安全監(jiān)控系統(tǒng)對保障煤礦安全生產(chǎn)，提高煤礦生產(chǎn)率，提高2煤礦自動化程度以及促進煤礦管理現(xiàn)代化水平，都有著舉足輕重的作用。從我國煤炭生產(chǎn)的現(xiàn)狀及我國能源結(jié)構(gòu)戰(zhàn)略規(guī)劃均可看出，在本世紀中葉以前，煤炭仍是支持我國國民經(jīng)濟發(fā)展的主要能源，煤炭生產(chǎn)，作為我國能源工業(yè)的支柱，其地位將是長期的，穩(wěn)定的，但是煤炭工業(yè)的安全生產(chǎn)狀況卻不容樂觀，中小型煤礦的情況尤為嚴重，已經(jīng)直接威脅到整個煤炭工業(yè)的穩(wěn)定生產(chǎn)，給國家財產(chǎn)和人民生命造成了很大的損失，作為“萬惡之首”的瓦斯爆炸事故更是重大事故發(fā)生率之首。 瓦斯爆炸產(chǎn)生的高溫高壓，促使爆源附近的氣體以極大的速度向外沖擊，造成人員傷亡，破壞巷道和器材設(shè)施，揚起大量煤塵并使之參與爆炸，產(chǎn)生更大的破壞力。所以，瓦斯爆炸就其本質(zhì)來說，是一定濃度的甲烷和空氣中度作用下產(chǎn)生的激烈氧化反應(yīng)。在適合的條件下，每一個游離基又可以進一步分解，再產(chǎn)生兩個或兩上以上的游離基。當(dāng)爆炸混合物吸收一定能量（通常是引火源給予的熱能）后，反應(yīng)分子的鏈即行斷裂，離解成兩個或兩個以上的游離基（也叫自由基）。 在煤礦里它從煤巖裂縫中噴出。瓦斯的主要成分是甲烷，它的化學(xué)元素符號是 CH4，一種無毒、無味、無顏色，可以燃燒的氣體。其實它是來自英文和俄文的不規(guī)范發(fā)音。關(guān)鍵詞: AT89C51，A/D 轉(zhuǎn)換電路，敏感元件IIAbstractThe concentration of methane monitor controlled by chip microprocessors15 able to sound the alarm bell based on the limit of methane concentration，and start device to drain the gas at the same time. The instrument include CPU，sensitive element，Canmengou monitoring circuit，little signal amplify circuit，A/D transform circuit，munication circuit，display circuit，monitoring circuit，CPU is the core in the instrument，plete data gather，Process，export，display and so on. Sensitive element is one of the important to measure the concentration of methane，and it’s export is a little voltage signal，little signal amplify circuit is to transform the analogue signal to digital signal，display circuit is t