【正文】 燃氣體、蒸汽或粉塵在空氣中濃度低于爆炸下限，遇到明火哦，既不會爆炸，也不會燃燒；高于爆炸下限，遇到明火，雖然不會爆炸，但接觸空氣卻能燃燒。在“發(fā)生爆炸范圍濃度”內，有一個最低的爆炸濃度叫做爆炸下限；還有一個最高的爆炸濃度叫爆炸上限。第二章 瓦斯?jié)舛葯z測 當可燃氣體、可燃的蒸汽（或可燃粉塵）與空氣混合餅達到一定濃度時，遇到火源就會發(fā)生爆炸。瓦斯?jié)舛蕊@示部分采用四位的LED數碼管顯示，在這里我們采用動態(tài)掃描方法來顯示各種參數。由于該傳感器的輸出信號為模擬電壓信號，要想將采集到的數據送至單片機系統進行數據處理則需要將模擬信號轉換成數字信號，所以在這里我們還要選用ICL7109芯片進行模數轉換處理。在這里我們選用ATMEL公司生產的8位單片機AT89S51，該種單片機與以往所采用的AT89C51相比新增加了很多功能，性能有了較大提升，片內4K的FLASH存儲空間也能滿足我們設計的要求，價格較之AT89C51基本不變甚至更低。 系統框圖此次設計的煤礦瓦斯監(jiān)測報警器的系統框圖如下所示：主要由氣體傳感器MQA/D轉換器ICL710單片機AT89S5LED顯示電路、鍵盤控制電路、聲光報警裝置和附件電路組成。若實際瓦斯?jié)舛瘸蓿舛瘸揞A警值可鍵盤控制輸入）則在單片機的控制下進行聲光報警。然后再將電壓信號輸入到AD7109進行A/D轉換變換成數字信號，并在51單片機的控制下將其輸入，然后在內部軟件編程下進行數值變換處理。因此此次設計整體上是基于AT89S51單片機來實現煤礦瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測報警。第一章 系統概述隨著超大規(guī)模數字集成電路、單片機技術的飛速發(fā)展，利用單片機及其它外圍芯片實現對瓦斯的監(jiān)測成為一種可能，并且成為一種發(fā)展趨勢。第三，已安裝的瓦斯監(jiān)測監(jiān)控系統型號各異，信號傳輸方式不盡相同，有的采取時分制，有的采取頻分制，還有的利用載波傳輸，給系統的管理、使用、維護以及聯網帶來諸多不便。單從我國技術發(fā)展上來說，我國在瓦斯監(jiān)測監(jiān)控系統的應用上起步較晚，上世紀80年代初才從國外引進了這一系統，而且僅用于部分國有重點煤礦，所以就瓦斯監(jiān)測監(jiān)控系統而言，目前也存在著不夠完善的地方：第一，我國煤礦的瓦斯災害防治技術雖已處于世界先進水平，但防災抗災的安全儀表和裝備的技術水平與國外相比差距較大。 瓦斯監(jiān)測的現狀國內對瓦斯的檢測以CH4檢測為主,毒氣的檢測以CO檢測為主?；趩纹瑱C的瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測報警儀即為一種智能儀器，因為就儀器本身來講，無論數據的采集還是處理都是由單片機來控制的。但是目前安全監(jiān)測傳感器的種類和質量與國際水平的差距還較大，這是需要解決的問題。其中KJ4型的系統容量為1536個，傳輸距離為13 }n。例如美國MSA公司生產的攜帶式瓦斯檢測儀重量只有0. 28噸，外形尺寸為146*65*38 } 解放前我國煤炭工業(yè)技術十分落后，礦井通風安全儀器更是屬于空白。作為間斷方式檢測的攜帶式儀器，也隨著測試技術的飛速發(fā)展及多功能集成電路的出現，檢測元件的性能不斷提高而實現了單機分級報警，數碼顯示，自動校正，電源監(jiān)視和故障指示等功能。在地面中心站一般都配有用來進行數據采集和處理的計算機、打印機、顯示器、控制臺和模擬盤等。同時還能對井下設備的工作狀態(tài)進行監(jiān)控。1927年日本制造成光干涉原理瓦斯檢定器，以后又陸續(xù)出現熱導、熱催化原理、氣敏半導體等各種不同原理的瓦斯檢定器，其測量精度不斷提高，檢測方式從“間斷”、“就地”檢測發(fā)展到“連續(xù)”、“集中自動”遙測。隨著礦井開采深度的增大，機械化和綜合機械采煤的普遍推廣，通風安全方面問題日益突出。1815年英國人在煤礦井下開始使用安全火焰燈檢測瓦斯。所有這些都需要有相應的檢測儀器和救護裝備。 煤礦安全儀器概況 煤礦生產是地下作業(yè)，自然條件和生產條件都復雜，在采掘過程中出現的瓦斯涌出、煤塵飛揚、自然發(fā)火等都有可能造成嚴重事故。當實際濃度超限時進行聲光報警并同時控制排風扇進行排風以降低濃度含量。 國外的監(jiān)控系統技術理論上講高于國內發(fā)展水平，但應用于國內煤礦尚有一定的局限性，如煤礦管理模式生產方式的不同，價格過高不適于國內煤礦現有條件，除在傳感器技術方面可供借鑒外，其它僅具一定的參考價值。系統設備可靠性差 (5)傳感器測量穩(wěn)定性差，調校頻繁，壽命短 （3） 煤礦生產安全監(jiān)控系統雖在國內已有生產和應用，但還沒有一種真正適合于中小型煤礦使用的產品，我國從八十年代初期開始引進煤礦生產安全監(jiān)控系統，歷經了直接引進、消化吸收、仿制配套、自主開發(fā)的過程，但迄今為止的產品大多都是面對大型礦井設計的，而且自身尚有一些有待解決的問題，如: （1）在最近年，又接連發(fā)生了多起瓦斯爆炸事故，事故的結果觸目驚心，因此通過強化瓦斯管理，提高通風、瓦斯監(jiān)測監(jiān)控水平，已經成為中小型煤礦瓦斯監(jiān)測監(jiān)控的最迫切的任務之一。鑒于瓦斯在礦井中存在的普遍性及其可能造成災害的嚴重性，瓦斯?jié)舛葯z測儀器在煤礦是數量最多，使用最普遍的安全檢測儀器，而且也是煤炭系統研制種類最多的儀器。緒論 瓦斯?jié)舛葯z測的必要性和背景瓦斯（CH4的俗稱)礦井在我國煤礦生產礦井中所占比重很大，隨著礦井開采強度和深度的增加，瓦斯涌出量也在不斷增加，瓦斯積聚可能引起瓦斯事故，及時掌握煤礦井下瓦斯動態(tài)是一件十分重要的工作。瓦斯?jié)舛葯z測儀器就是用來監(jiān)視礦井瓦斯動態(tài)的有效工具。 從我國煤炭生產的現狀及我國能源結構戰(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濟發(fā)展的主要能源，煤炭生產，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)的安全生產狀況卻不容樂觀，中小型煤礦的情況尤為嚴重，已經直接威脅到整個煤炭工業(yè)的穩(wěn)定生產，給國家財產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。 煤礦生產安全監(jiān)控系統，是目前為止實際通風瓦斯管理工作中最重要和最有效的自動化手段，已經裝備監(jiān)控系統的煤礦的瓦斯事故發(fā)生率大為下降，實踐證明，煤礦生產安全監(jiān)控系統對保障煤礦安全生產，提高煤礦生產率，提高煤礦自動化程度以及促進煤礦管理現代化水平，都有著舉足輕重的作用。造價高，系統最基本的配置過于龐大，運行費用大 （2）系統安裝、維護復雜，操作不便，人機界面較差 (4)必須依賴專業(yè)的維護隊伍，對人員技術，素質有較高的要求。綜上所述，瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測監(jiān)控器所要實現的功能包括根據所選的瓦斯傳感器來設定瓦斯?jié)舛阮A警值，采集瓦斯?jié)舛炔⑦M行濃度顯示及處理。所以開發(fā)設計出一種操作簡單的瓦斯監(jiān)測監(jiān)控器，對有效的預防和減少瓦斯爆炸具有非?，F實的意義。為了防止事故發(fā)生，保障礦工的健康和安全，促進生產發(fā)展，提高煤炭企業(yè)的經濟效益，應對井下的氣象進行檢測，對可能造成災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)生災變，必須及時救護遇難人員和處理事故。 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。1897年瑞典制成第一臺容積壓力式瓦斯?jié)舛葴y量儀。與此同時，隨著儀表工業(yè)及電子技術的發(fā)展，礦井通風安全儀器也得到了不斷的發(fā)展。特別是隨著電子計算機技術的應用，一套監(jiān)測系統，除能檢測高低濃度瓦斯外，還可測一氧化碳、氧、氫的濃度，氣溫，風速等等。如英國DYNSLINKMINOS系統的監(jiān)測容量為986個模擬量，896個開關量，傳輸距離為13 1n。譬如當井下某測點的瓦斯?jié)舛瘸迺r，能發(fā)出聲、光報警信號，切斷該測點附近的電源。而且操作簡單，維修量小，體積小。解放后，黨和政府對安全工作極為重視，煤礦安全狀況及勞動條件得到了很大的改善，通風安全儀器從無到有地發(fā)展起來在儀器的研究、生產制造方面，多年來投入了很大的力量，形成了以撫順、重慶、西安、常州、上海等地為中心的安全儀器生產基地，除生產大量的通風安全儀器和救護設備外，從1980年起，先后從波蘭、英國、美國和西德等地引進了多種形式的煤礦安全監(jiān)測系統和生產監(jiān)控系統，在引進消化的基礎上，我國也研制了一批安全監(jiān)測系統，如常州煤研所的KJl型，北京長城科學儀器廠的KJ4型，重慶煤礦安全儀器廠的TF200型和AWJ80型，西安儀表廠的MJC100型，撫順煤礦安全儀器廠的AU1型，總參6904廠的WDJ1型和鎮(zhèn)江煤礦專用設備廠的A1型等安全監(jiān)控系統來裝備礦井。所有這些成就，表明我國的安全監(jiān)測儀器的研制和裝備進入了新的水平。瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測報警儀的發(fā)展已經歷了三個階段：模擬儀器、數字式儀器以及目前的智能儀器。利用單片機的算術邏輯處理能力和用軟件取代過去電子線路的硬件功能，而軟件的靈活性又使得儀器可用各種算法和處理方法進行信息的采集、處理、存儲和報警，不再需要專用的電子線路，從而使儀器的控制結構得以很大的簡化。而國外用可燃性氣體的檢測代替單一CH4氣體的測量,毒氣包括H2S的測量。第二，受技術條件限制，許多煤礦的瓦斯監(jiān)測數據無法傳輸給集團公司或上級主管部門，仍未建立全集團或整個地區(qū)的瓦斯監(jiān)測監(jiān)控網絡。第四，由于瓦斯監(jiān)測監(jiān)控系統對氣體傳感器的精度、性能、穩(wěn)定性方面的要求越來越高，因此對氣體傳感器的研究和開發(fā)也越來越重要。它具有體積小、操作簡單、攜帶方便、功能較齊全等優(yōu)點，而且性能價格比也很高，應用前景非常廣泛。在這里我們運用到的氣敏傳感器是MQ4，它是用來檢測外部瓦斯的濃度（其檢測到的濃度值為模擬量），并將檢測到的模擬信號轉化為電壓信號輸出出來。在單片機進行完數據處理后就將其結果輸出顯示，從而顯示出瓦斯氣體的濃度，其中顯示部分我們采用四位的LED數碼管，用于顯示瓦斯?jié)舛戎?。提醒生產人員離開，避免生產事故。聲光報警AT89S51LED顯示瓦斯探測器（MQ4）電 源A/D7109圖11 系統框圖由圖可以看出煤礦瓦斯監(jiān)測報警器的硬件部分設計是以單片機系統為核心，用于整個設計的數據處理、聲光報警電路等正常工作。甲烷傳感器采用MQ4氣敏傳感器，用于探測采集瓦斯的濃度。這里的ICL7109是一種雙積分的12位A/D轉換器，其性能價格比很高，是一種高精度、低噪聲、低漂移A/D轉換器。 工作原理在這里我們用甲烷傳感器MQ4來對煤礦瓦斯?jié)舛冗M行檢測，由于其檢測所得數據模擬電壓量而單片機只能對數字信號進行處理，所以在送入單片機中進行處理之前需先送入模數轉換器ICL7109中進行模數轉換，然后才能將轉換所得數據送入單片機AT89S51中處理，這里的處理主要是指將輸入進來的數據與我們設置的瓦斯爆炸預警值進行比較，在這里我們的預警值可通過鍵盤進行設置，顯示其瓦斯?jié)舛戎怠＿@個能夠發(fā)生爆炸的