【正文】 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。 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 數(shù)據(jù)保留時間： 10 年 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲器 安徽理工大學畢業(yè)設計 13 NC35V S S36V S S37NC38P 2. 0 / A 0839P 2. 1 / A 0940P 2. 2 / A 1041P 2. 3 / A 1142P 2. 4 / A 1243P 2. 5 / A 1344P 2. 6 / A 1445P 2. 7 / A 1546P S E N47A L E / P R O G48E A /V p p49P 0. 7 / A D 750P 0. 6 / A D 651P 0. 5 / A D 552P 0. 4 / A D 453P 0. 3 / A D 354P 0. 2 / A D 255P 0. 1 / A D 156P 0. 0 / A D 057A V r e f +58A V r e f +59A V S S60A V D D61P 5. 7 / A D C 762P 5. 6 / A D C 663P 5. 5 / A D C 564P 5. 4 / A D C 465P 5. 3 / A D C 366P 5. 2 / A D C 267P 5. 1 / A D C 168P 5. 0 / A D C 01V D D2S T A D C3P W M 04P W M 15EW6P 4. 0 / C M S R 07P 4. 1 / C M S R 18P 4. 2 / C M S R 29P 4. 3 / C M S R 310P 4. 4 / C M S R 411P 4. 4 / C M S R 512P 4. 6 / C M T 013P 4. 7 / C M T 114R S T15P 1. 0 / C T 0 I16P 1. 1 / C T 1 I17P 1. 2 / C T 2 I18P 1. 3 / C T 3 I19P 1. 4 / T 220P 1. 5 / R T 221P 1. 6 / S C L22P 1. 7 / S D A23P 3. 0 / R xD24P 3. 1 / T xD25P 3. 2 / I N T 026P 3. 3 / I N T 127P 3. 4 / T 028P 3. 5 / T 129P 3. 6 / W R30P 3. 7 / R D31NC32X T A L 233X T A L 1348 7 C 5 5 2J?87 C 55 2 圖 31 87C552 單片機 主要特性 空閑模式 下， CPU 暫停工作，而 RAM 定時計數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存 RAM 的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件 復位。 256 字節(jié)的隨機存取數(shù)據(jù)存儲 器（ RAM）， 5 個外部雙向 8 位輸入 /輸出（ I/O）口，4 個中斷優(yōu)先級 2 層中斷嵌套中斷， 2 個 16 位可編程定時計數(shù)器 ,2 個 全雙工串行通信口，看門狗（ WDT）電路，片內(nèi)時鐘振蕩器。 由于 87c552 單片機有 5 個外部雙向 8 位輸入 /輸出（ I/O）口，這樣對于我們的設計就在 I/O 口數(shù)量方面滿足了我們的要求，而且它內(nèi)部還集成了 A/D 轉(zhuǎn)換裝置，同時還滿足模數(shù)轉(zhuǎn)換的需要，所以綜合進行考慮我們首選 87c552 單片機。要想把變流瓦斯檢測電路、聲光報警電路、紅外遙控電路和電源電路都融合到單片機控制中，則要對相應的電路分配相應的單片機端口即 I/O 口。電路如圖 28 所示： 安徽理工大學畢業(yè)設計 11 圖 28 脈沖穩(wěn)壓電路 TL431 是一個有良好的熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)分流基準源 , 它的輸出電壓用兩個電阻就可以任意地設置到從 Vref（ ）到 36V 的任何值，工作電流范圍為 1mA～ 100mA，K、 A 腳兩端輸出電壓為： 10102 )( R RRV po ?? （ 213） 改變 Rp2 的阻值，就可以改變輸出基準電壓大小，這里通過調(diào)節(jié) Rp2 使輸出的脈沖電壓的幅值穩(wěn)定在 3V。圖 27 中 C C5 均為去耦電容，用于濾去比較器輸出產(chǎn)生變化時電源電壓的波動， R8是 輸出高電平時的上拉電阻。比較器采用單電源供電，引腳 8 接邏輯電平，其取值決定于負載所需高電平，這里接 +5V，此時比較器輸出高電平為 。因此可用電壓比較器來產(chǎn)生脈沖方波電壓信號。R4Q3D I S7TH R6CV olt5TR I G2 VCC8GND1JP?4 H EA D ER圖 26 555 定時器 安徽理工大學畢業(yè)設計 10 如果閾值輸入端 TH 的電壓大于 2VCC/3，同時 TR 端的電壓大于 VCC /3，則 C1 的輸出為 0， C2 的輸出為 1，可將 RS 觸發(fā)器置 0，使輸出為 0 電平。在電源與地之間加上電壓，當 5 腳懸空時，則電壓比較器 C1 的同相輸 入端的電壓為 2VCC /3， C2 的反相輸入端的電壓為 VCC /3。 555 定時器的功能主要由兩個比較器決定。 555 定時器它內(nèi)部包括兩個電壓比較器，三個等值串聯(lián)電阻，一個 RS 觸發(fā)器，一個放電管 T 及功率輸出級。 555 定時器成本 低，性能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。一般用雙極性工藝制作的稱為 555，用 CMOS 工藝制作的稱為 7555，除單定時器外，還有對應的雙定時器 556/7556。放電 控制電壓 輸出 地 GND 圖中在 555 的電壓控制端 5 腳外接了一個可調(diào)的控制電壓，用以改變 555 內(nèi)部比較器的基準電壓值，即比較電平，由此可改變鋸齒波的振幅，這里通過調(diào)節(jié) Rp1 使輸出鋸齒波的最大值為 4V。圖 25 為 NE555 和 R2， R3， C1 組成的無穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器： 安徽理工大學畢業(yè)設計 9 圖 25 鋸齒波發(fā)生電路 振蕩器的輸出頻率為： 1321 CRRRf ??? （ 212） 由此可算得輸出頻率為 1kHz， C2 起正反饋作用，即在 Q1 射級跟隨器輸出鋸齒波的同時，正反饋至 R2 的上端，故在 C1 充電期間， R2 上的壓降保持不變，即 C1 的充電速率不變，因而極大地保證了鋸齒波的線性。 鋸齒波發(fā)生電路 555 定時器是一種應用極為廣泛的中規(guī)模集成電路。在檢測瓦斯時需要將催化元件加熱到 500℃ 左右，給黑白元件提供 3V的恒定電壓，發(fā)生催化燃燒時，假設溫度上升 10℃ ，這時候黑元件阻值變?yōu)?10Ω 左右，電流大概是 150mA，則黑元件上產(chǎn)生的電壓大概為。 在圖 24 中有 21213 )1( URRU f?? （ 28） 則 21211421142314211425)1()1()1(URRRRURRURRURRUfffff???????（ 29） 安徽理工大學畢業(yè)設計 8 2121731211421731142173217321211421731142173417351731])1()1[()1)(1()1()1()1)(1()1(nUmUURRRRRRRRURRRRURRURRRRRRURRRRURRURRUffffffffffffffo??????????????????? （ 210） 適當選取電阻 值，使 m=1， n=2，這樣便可獲得瓦斯在黑元件上燃燒產(chǎn)生的電壓。 恒溫控制信號取樣電路 圖 24 為恒溫控制信號取樣電路 ：這里沒有采用傳統(tǒng)的惠斯通電橋來獲取瓦斯 安徽理工大學畢業(yè)設計 7 圖 24 恒溫控制信號取樣電路 與催化元件反應時產(chǎn)生的不平衡電壓，而是用運放集成塊組成運算電路，對電壓信號進行處理，這樣做的好處是抑制共模信號的能力增強了，同時由于黑元件上催化燃燒產(chǎn)生的電壓只有毫伏級，不能直接與鋸齒波信號進行比較，在 Uo1 的后面加入了同相比例運算電路，對前面輸出的電壓進行放大，以使其能與鋸齒波電壓進行比較從而輸出所需的脈沖電壓。為保證有足夠的電流通過載體催化元件，設置了由三極管組成的脈沖電流放大環(huán)節(jié)。 圖 23 變流檢測電路 A 部分為電橋不平衡信號取樣電路，用此信號去調(diào)節(jié) C 部分電壓比較器輸出的脈沖電壓寬度； B 部分為鋸齒波發(fā)生電路，由 555 構(gòu)成的時基電路工作在自激狀態(tài)，振蕩頻率為 1kHz，即周期為 T=1ms，輸出的鋸齒波電壓送到電壓比較器的正端； C 部分電壓比較器的負端接受來自 A 部分的輸出電壓 Uo2，當鋸齒波電壓超過控制電壓 Uo2 時，比較器輸出電壓為高電平，鋸齒波回掃 時，當其電壓值低于 Uo2 時，比較器輸出為低電平，這樣將形成一個矩形脈沖電壓。又脈沖電流平均值 PI 為，與占空比成線性關(guān)系，故脈沖電流的平均值可以線性地反映瓦斯體積分數(shù)，即瓦斯?jié)舛取? 由式（ 33）知，瓦斯體積分數(shù)為 2204 IrIrCH ??? ?? （ 25） 與電流平方成線性關(guān)系，脈沖電流有效值為 210211 mT m ITTdtITI ?? ? mP ITTI 1? （ 26） 式中 T 為脈沖電流周期， mI 為脈沖電流幅值。因此，在設計檢測電路時，為使電流大小能反映瓦斯體積分數(shù)，不能采用一般的可控直流電源，而需采用寬度可調(diào)的脈沖電流源，即脈沖電流的幅值恒定，但其寬度可由反饋信號調(diào)節(jié)。 在變流瓦斯檢測中，工作電流隨著瓦斯?jié)舛仍黾佣鴾p小，元件處于恒溫狀態(tài)，載體催化元件工作溫度和阻值保持不變。 方程式左邊是單位時間內(nèi)工作電流所產(chǎn)生的熱量和瓦斯氣體在載體催化傳感元件表面發(fā)生氧化反應所產(chǎn)生的熱量之和，后者與瓦斯體積分 數(shù)成正比；方程式右邊是催化傳感元件在單位時間內(nèi)熱傳導和熱輻射損失的熱量之和，其中傳導熱是催化傳感元件通過導線和空氣傳遞的熱量之和，由于催化傳感元件工作在一個半封閉的氣罩內(nèi)，其同空氣的對流散熱很小，可忽略不計。它的基本原理是：在瓦斯?jié)舛壬邥r，通過閉環(huán)反饋電路，使工作電流相應減少，以保持催化元件的溫度不變，利用電流的減少量和瓦斯含量間的對應關(guān)系，實現(xiàn)瓦斯含量的檢測。測量橋路是恒溫的，無論檢測多高濃度的瓦斯，檢測元件的溫度都不變，所以它能夠抗高濃沖擊，能夠擁有更長的壽命和極好的穩(wěn)定性。 本研究所研制的脈沖供電檢測橋路與傳統(tǒng)的測量機理截然不同，檢測元件工作于間歇脈沖供電狀態(tài)，不隨 CH4 溫度變化，反饋環(huán)路中的脈沖頻率與 CH4 濃度呈正比關(guān)系。測量元件的溫度是以微小的鋸齒波形狀的軌 跡在恒溫區(qū)波動，如圖 22 所示： 安徽理工大學畢業(yè)設計 4 圖 22 傳統(tǒng)的檢測橋路與恒溫橋路的濃度溫度特性曲線 這個波動的溫差很小，只有零點幾度的差別，基本上可以認為參比元件和測量元件的溫度是相等的。 實現(xiàn)方法是通過一個硬件電路構(gòu)成的閉環(huán)反饋系統(tǒng)，強迫檢測元件與參比元件保持在 平衡狀態(tài)，使測量元件工作在恒溫狀態(tài) 下。 該傳感器可有效的降低瓦斯事故發(fā)生率，結(jié)構(gòu)靈活，擴展性強，具有較高的性價比，AT87C552 的應用實現(xiàn)了電子硬件設計的 “軟件化 ”，大大的提高了系統(tǒng) 的可靠性和抗干擾能力，非常實用于各種大小煤礦井下瓦斯的監(jiān)測監(jiān)控，性能優(yōu)良，經(jīng)久耐用，可靠性高。該傳感器可以有效的監(jiān)測井下低濃及高濃瓦斯，試用范圍非常廣泛。 給予目前現(xiàn)狀考慮開發(fā)新型瓦斯傳感器不僅有利于提高工作效率節(jié)約成本、更加有利于保障了礦井安全。 3. 超過爆發(fā)上限 (HEL)濃度的瓦斯無法燃燒而使輸出減少。不同的環(huán)境劣化程度不一樣，壽命也不一定，但可推定其概略值。煤礦安全裝備是防治煤礦事故的重要手段，在防治災害事故中發(fā)揮 了重要作用，但目前仍有許多裝備存在適應性不強、可靠性差的問題 。 雖然現(xiàn)在在采煤方面科學技術(shù)和材料設備有了最大改進