【正文】 構(gòu)靈活，擴(kuò)展性強(qiáng)，具有較高的性價(jià)比，AT87C552的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了電子硬件設(shè)計(jì)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(shí)用于各種大小煤礦井下瓦斯的監(jiān)測(cè)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(cè)井下低濃及高濃瓦斯，試用范圍非常廣泛。 由此可知，為了最大限度的降低煤礦瓦斯事故的發(fā)生，除了對(duì)工作人員嚴(yán)格要求外，加緊建設(shè)煤礦瓦斯監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)必不可少，它對(duì)預(yù)防瓦斯事故的發(fā)生具有舉足輕重的作用。地方煤礦現(xiàn)有2806座礦井全部安裝了瓦斯監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)，已連網(wǎng)運(yùn)行2671座。山西省煤炭系統(tǒng)2005年底累計(jì)安裝使用瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)3868套。以山西省為例，近幾年，特別是2006年以來(lái)，山西省煤炭系統(tǒng)在黨和各級(jí)政府及安全部門(mén)的重視下，全省煤礦信息化工作有了新發(fā)展，取得了新成績(jī)。并且監(jiān)控軟件具有超標(biāo)自動(dòng)報(bào)警功能，用來(lái)提示工作人員對(duì)設(shè)備的故障或現(xiàn)場(chǎng)瓦斯?jié)舛惹闆r，以及時(shí)采取措施，避免重大事件的發(fā)生。上面有井下每一個(gè)傳感器的標(biāo)簽，所顯示的數(shù)據(jù)通過(guò)上傳數(shù)據(jù)的改變而不斷刷新。在井上，井下傳上來(lái)的數(shù)據(jù)通過(guò)專線與煤礦安全管理辦公室服務(wù)器和更高一級(jí)安全主管部門(mén)服務(wù)器連接。傳統(tǒng)的煤礦瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)大體可以分為兩大部分：井下部分和井上部分。近幾年，隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)明和應(yīng)用，特別是網(wǎng)絡(luò)和信息化建設(shè)的不斷發(fā)展，給瓦斯治理提供了機(jī)遇條件，煤礦瓦斯監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。1983年至1985年，從歐美國(guó)家先后引進(jìn)了數(shù)十套監(jiān)控系統(tǒng)及配套的傳感器和便攜式儀器裝備煤礦礦井，并相應(yīng)地引進(jìn)了部分監(jiān)控系統(tǒng)、傳感器和敏感元件制造技，由此推動(dòng)了我國(guó)礦井安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展。20世紀(jì)70年代瓦斯斷電儀問(wèn)世，裝備在采掘工作面、回風(fēng)港道等井下固定地點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)瓦斯的自動(dòng)連續(xù)檢測(cè)及超限自動(dòng)切斷被控制設(shè)備的電源。從新中國(guó)成立初期到20世紀(jì)70年代，煤礦下井人員主要使用光學(xué)瓦斯檢定儀、風(fēng)表等攜帶式儀器檢測(cè)井下環(huán)境參數(shù)。電子技術(shù)的進(jìn)展推動(dòng)了瓦斯檢測(cè)控制裝置的進(jìn)一步發(fā)展，如20世紀(jì)70年代后期法國(guó)研制的CTT63/40U礦井監(jiān)控系統(tǒng)、英國(guó)的MINOS系統(tǒng)、美國(guó)的SCA—DA系統(tǒng)等。1815年，英國(guó)發(fā)明的世界上第一種瓦斯監(jiān)測(cè)儀器——瓦斯檢定燈。瓦斯在空氣的體積分?jǐn)?shù)達(dá)到一定的程度（5%～12%）時(shí)，在一定條件下可與空氣中的氧氣發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)而形成瓦斯爆炸，對(duì)煤礦安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。 煤礦瓦斯是指礦井中主要由煤層氣構(gòu)成的以甲烷為主的有害氣體的總稱。煤礦礦難事故屢屢發(fā)生，造成的原因有很多，其中不少是因?yàn)橥咚贡ㄒ鸬?。s occurrence, causes the coal safety in production faced with the stern challenge. This piece of article aims at the gas to carry on the monitoring to design.In the article, I in view of the gas characteristic, design simultaneously monitor the height density the gas system, allweather uninterrupted carries on the monitor to the mine shaft gas density. Simultaneously uses the acoustooptics alarm system, once gas exceeding the allowed figure, the system reminds the downhole operation worker to evacuate urgently immediately, avoids the personnel casualty. Also put to use infrared remotecontrol system carry through longdistence supur risory control. Design this intelligent sensor adopt closecycle control insure sampling placidity.This system take at87C552 monolithic integrated circuit as a core, realizes to the gas examination, the warning and the control, safe reliable, durable, suits each kind of coal mine gas the monitoring, may reduce coal mining accident39。 關(guān)鍵詞：瓦斯，AT87C552，PID控制器 BASED ON THE UNDERGROUND GAS DENSITY SINGLECHIP MICROCOMPUTER INTELLIGENT SENSE ORQAN DESIGNABSTRACTWith the rapid development of China39。設(shè)計(jì)這種智能傳感器采用閉環(huán)控制來(lái)確保采樣的平穩(wěn)。在文章里，我針對(duì)瓦斯的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出同時(shí)監(jiān)測(cè)高低濃度的瓦斯系統(tǒng)，全天候不間斷的對(duì)井下瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行監(jiān)測(cè)。本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)基于單片機(jī)的井下瓦斯?jié)舛戎悄軅鞲衅鞯脑O(shè)計(jì)BASED ON THE UNDERGROUND GAS DENSITY SINGLECHIP MICROCOMPUTER INTELLIGENT SENSE ORQAN DESIGN 基于單片機(jī)的井下瓦斯?jié)舛戎悄軅鞲衅鞯脑O(shè)計(jì)摘要隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，各行各業(yè)對(duì)煤炭的需求急劇增加，而各種礦難事故的發(fā)生，使得煤炭安全生產(chǎn)面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。這篇文章就是針對(duì)導(dǎo)致礦難頻發(fā)的瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行監(jiān)控而設(shè)計(jì)的。同時(shí)采用聲光報(bào)警系統(tǒng)，一旦瓦斯超標(biāo)，系統(tǒng)立即提醒正在井下作業(yè)的工人緊急撤離，避免人員傷亡，并且還運(yùn)用紅外遙控系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。該傳感器以AT87C552單片機(jī)為核心，實(shí)現(xiàn)對(duì)瓦斯的檢測(cè)、報(bào)警和控制，安全可靠，經(jīng)久耐用，適合各類煤礦瓦斯的監(jiān)控，可以大大降低煤礦事故的發(fā)生，降低企業(yè)成本，提高煤炭開(kāi)采率，為我國(guó)煤炭事業(yè)做出貢獻(xiàn)。s economy, various industries on the sharp increase in the demand for coal. but each kind of mining accident39。s occurrence greatly, reduces the private costs, raises the coal recovery ratio, makes the contribution for our country coal enterprise.KEYWARDS: gas, AT87C552, PID controller 目錄摘要（中文） I摘要（英文） II1 緒論 1 1 22 系統(tǒng)功能介紹 3 3 33 硬件電路介紹 5 5 KG9701型智能低濃度沼氣傳感器 5 高濃度瓦斯傳感器(國(guó)產(chǎn)) 型號(hào):ZR14GJW4/100 6 ADC0809引腳圖與接口電路 8 A/D轉(zhuǎn)換器芯片ADC0809簡(jiǎn)介 8. ADC0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 9．信號(hào)引腳 10 MCS51單片機(jī)與ADC0809的接口 11 A/D轉(zhuǎn)換應(yīng)用舉例 14 AT89C51簡(jiǎn)介 15 AT89C51概述 15 主要特性 16 管腳說(shuō)明 16 振蕩器特性 18 芯片擦除 18 8155簡(jiǎn)介 21 8155各引腳功能 22 8155的地址編碼及工作方式 23 8155的定時(shí)/計(jì)數(shù)器 26 DAC0832介紹 26 LED顯示器 29 LED顯示器的結(jié)構(gòu) 29 LED顯示器的工作原理 324 PID控制 33 PID控制器介紹 33 PID控制實(shí)現(xiàn) 385 軟件流程圖 40總結(jié) 43參考文獻(xiàn) 44致謝 45 1 緒論隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，對(duì)煤炭需求量也越來(lái)越大，這就使得煤礦的安全生產(chǎn)面臨著一個(gè)十分嚴(yán)峻的問(wèn)題。為了防止瓦斯爆炸事故的發(fā)生，除了加強(qiáng)井下作業(yè)人員的管理，改善井下的作業(yè)環(huán)境外，還必須建立一個(gè)性能可靠的瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)。有時(shí)也單獨(dú)指甲烷。 礦井瓦斯監(jiān)測(cè)監(jiān)控技術(shù)是伴隨著煤炭工業(yè)發(fā)展而逐步發(fā)展起來(lái)的。利用火焰的高度來(lái)檢測(cè)瓦斯?jié)舛龋?0世紀(jì)30年代，日本發(fā)明了光干涉瓦斯檢定器，一直沿用至今；20世紀(jì)40年代，美國(guó)研制了檢測(cè)瓦斯?jié)舛鹊拿舾性K絲催化元件；1954年，英國(guó)采礦安全所研制了最早的載體催化元件。 我國(guó)礦井瓦斯監(jiān)控技術(shù)經(jīng)歷了從簡(jiǎn)單到復(fù)雜、從低水平到高水平的發(fā)展過(guò)程。20世紀(jì)60年代初期，我國(guó)開(kāi)始研制載體催化元件，隨著敏感元件制造水平的提高和電子技術(shù)的發(fā)展，特別是大規(guī)模集成電路、微型計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，使監(jiān)控技術(shù)進(jìn)入了新的發(fā)展時(shí)期。隨后，陸續(xù)研制了便攜式瓦斯監(jiān)控檢測(cè)報(bào)警儀、瓦斯報(bào)警礦燈。1983年以后，國(guó)內(nèi)有多種型號(hào)礦井監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)了技術(shù)鑒定，逐步實(shí)現(xiàn)了對(duì)煤礦礦井安全、生產(chǎn)多種參數(shù)的連續(xù)監(jiān)測(cè)、監(jiān)控、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)處理。這些裝備和系統(tǒng)的推廣與應(yīng)用，豐富了我國(guó)煤礦安全監(jiān)控 產(chǎn)品的市場(chǎng)，改善了煤礦安全技術(shù)裝備的面貌，縮小了我國(guó)與國(guó)外先進(jìn)技術(shù)水平的差距。井下部分主要通過(guò)各種檢測(cè)設(shè)備（各種傳感器，如風(fēng)量傳感器、負(fù)壓（壓力）傳感器、一氧化碳傳感器和礦用設(shè)備開(kāi)停傳感器等）來(lái)采集井下各種氣體的濃度與含量、井下空氣狀況、設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)情況等數(shù)據(jù)，然后通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線將數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄?。服?wù)器上面運(yùn)行的是監(jiān)控軟件。同時(shí)，監(jiān)控軟件還可以對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總、處理、分析和存檔，可以作為相關(guān)負(fù)責(zé)人員決策的重要依據(jù)。煤礦瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)的意義不言而喻。特別是由瓦斯監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)所形成的全省煤礦四級(jí)信息網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及信息技術(shù)用于瓦斯安全治理的一項(xiàng)創(chuàng)舉，極大的促進(jìn)了山西煤炭信息化工作。目前，該省國(guó)有重點(diǎn)煤礦121座礦井全部安裝了瓦斯監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)，并全部聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，在線運(yùn)行率達(dá)100%。這些系統(tǒng)的運(yùn)用，極大的降低了煤礦瓦斯事故。我設(shè)計(jì)的是基于單片機(jī)的井下瓦斯?jié)舛戎悄軅鞲衅鳎撓到y(tǒng)以單片機(jī)AT87C552為核心，包含甲烷濃度采樣器、把220V的交流電轉(zhuǎn)換成5V的直流電源、紅外遙控系統(tǒng)、存儲(chǔ)器的擴(kuò)展、LCD顯示器和報(bào)警裝置等組成。監(jiān)測(cè)到的信息傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)，經(jīng)單片機(jī)處理后發(fā)出指令，如果瓦斯超過(guò)規(guī)定值，該系統(tǒng)可以立即發(fā)出聲光報(bào)警并自動(dòng)發(fā)出執(zhí)行指令以降低瓦斯?jié)舛取? 系統(tǒng)原理介紹 原理框圖根據(jù)上節(jié)所述的變流瓦斯檢測(cè)原理，設(shè)計(jì)了如圖7所示的變流瓦斯檢測(cè)電路，該電路主要由電橋不平衡信號(hào)取樣電路、鋸齒波發(fā)生電路、電壓比較器和脈沖穩(wěn)幅電路四個(gè)部分組成。在一系列鋸齒波作用下，比較器就輸出一矩形脈沖電壓系列；D部分由高準(zhǔn)確度可控穩(wěn)壓管TL431構(gòu)成的脈沖穩(wěn)幅電路，當(dāng)通過(guò)TL431的電流在(1～100)mA范圍內(nèi)時(shí)，只要分壓電阻的溫度系數(shù)相同，則輸出電壓有很高的穩(wěn)定性，從而保證了在輸入脈沖幅值變化時(shí)，輸出脈沖的幅值恒定。下面將詳細(xì)討論這四部分電路。當(dāng)有瓦斯氣體時(shí)，在黑元件上發(fā)生催化燃燒，黑元件溫度上升，其阻值也隨之上升，它上面的電壓升高，不難推出： 式中、為無(wú)瓦斯時(shí)的阻值，、為電流流經(jīng)元件時(shí)溫度上升產(chǎn)生的阻值，為瓦斯氣體在元件上燃燒時(shí)溫度上升產(chǎn)生的阻值，前面已經(jīng)提及，所謂的恒溫是指溫度在一個(gè)很小的范圍內(nèi)波動(dòng)近似看成的，因此、的值都是非常小的，故ΔU也很小，需要經(jīng)過(guò)放大才能與鋸齒波進(jìn)行比較。這里在實(shí)驗(yàn)室用QJ23單臂直流電橋?qū)︺K絲繞制的黑白元件的阻值進(jìn)行了測(cè)定，當(dāng)環(huán)境溫度為16℃～19℃時(shí)，（實(shí)際上這時(shí)黑白元件的溫度已經(jīng)大于400℃，達(dá)到了工作狀態(tài)）。在圖8中有： 取為14左右，則可將瓦斯催化燃燒產(chǎn)生的電壓放大到合適的幅值與鋸齒波電壓進(jìn)行比較。該芯片使用靈活方便，只需外接少量的阻容元件就可以構(gòu)成單穩(wěn)、多諧和施密特觸發(fā)器，因而廣泛用于信號(hào)的產(chǎn)生、變換、控制與檢測(cè)。其非線性可控制在1%以下，且溫度穩(wěn)定性好。 電壓比較電路電壓比較器可將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成二值信號(hào)，即只有高電平和低電平兩種狀態(tài)的離散信號(hào)。電路如圖10所示： 圖10 電壓比較器電路Fig10 voltage paring circuit這里選用的電壓比較器的型號(hào)為AD790，它有同相和反相兩個(gè)輸入端，同相端接鋸齒波電壓信號(hào)，反相端接瓦斯檢測(cè)電路的輸出電壓，也就是脈沖電壓寬度的控制信號(hào)。引腳5為鎖存控制端，當(dāng)它為低電平時(shí)，鎖存輸出信號(hào)。 脈沖電壓穩(wěn)幅電路電路中選用TL431芯片對(duì)比較器輸出的脈沖電壓進(jìn)行穩(wěn)幅。 聲光報(bào)警電路上述是本設(shè)計(jì)瓦斯傳感器的聲光報(bào)警電路，有圖可以看出是以555為核心的電路由555電路組成一單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路，上電打開(kāi)開(kāi)關(guān)S1后，C1兩端電壓為0，555電路的輸出腳輸出高電平，報(bào)警器電路工作，進(jìn)入報(bào)警狀態(tài)。此時(shí)報(bào)警器便進(jìn)入報(bào)警守候狀態(tài)。該報(bào)警器由直流穩(wěn)壓電源、定時(shí)開(kāi)關(guān)電路和聲控脈沖產(chǎn)生器三部分組成。555與RC2組成一個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，調(diào)節(jié)電阻R6使②腳的電壓略高于l/3VDD。當(dāng)有情況發(fā)生時(shí)，BG2輸出一定幅值的負(fù)脈沖，使555翻轉(zhuǎn)，相應(yīng)③腳輸出高電平，信號(hào)經(jīng)BG2緩沖放大后使可控硅SCR觸發(fā)導(dǎo)通，將報(bào)警器的電源電路接通，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。當(dāng)C2上的充電電壓超過(guò)2/3VDD時(shí)，555復(fù)位，3腳輸