【正文】 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(yīng)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(dǎo)和熱輻射損失的熱量之和，其中傳導(dǎo)熱是催化傳感元件通過導(dǎo)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(yīng)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(yīng)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： 陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 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(yīng)用實現(xiàn)了電子硬件設(shè)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(zāi)害事故中發(fā)揮了陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 2 重要作用，但目前仍有許多裝備存在適應(yīng)性不強、可靠性差的問題 。 雖然現(xiàn)在在采煤方面科學(xué)技術(shù)和材料設(shè)備有了最大改進，但頻繁發(fā)生諸如瓦斯爆炸、煤與瓦斯突出、礦井突水等重 特大事故。近幾年，隨著計算機的發(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遇條件，煤礦瓦斯監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)運而生。 1983年至 1985 年，從歐美國家先后引進了數(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)地引進了部分監(jiān)控系統(tǒng)、傳感器和敏感元件制造技，由此推動了我國礦井 安全監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展。 20世紀 70年代瓦斯斷電儀問世，裝備在采掘工作面、回風(fēng)港道等井下固定地點，實現(xiàn)了對瓦斯的自動連續(xù)檢測及超限自動切斷被控制設(shè)備的電源。從新中國成立初期到 20世紀 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井下環(huán)境參數(shù)。瓦斯在空氣的體積分數(shù)達到一定的程度（ 5%～ 12%）時，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，對煤礦安全構(gòu)成嚴重威脅。 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，其中不少是因為瓦斯爆炸引起的。安全可靠，經(jīng)久耐用，適合多種礦井瓦斯的監(jiān)控，可以大大降低煤礦事故的發(fā)生。 瓦斯傳感器是用于檢測瓦斯?jié)舛鹊闹饕獌x器，本設(shè)計的瓦斯傳感器其基于的思想就是要開發(fā)精度高、可靠性強、同時易于控制并且要大大降低成本，因此對于礦井的未來發(fā)展具有重要意義。但是現(xiàn)有的一些瓦斯傳感器不僅價格昂貴而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且對于井下瓦斯?jié)舛鹊谋O(jiān)測和報警存在一定的局限性，安全系數(shù)不高。 畢業(yè)設(shè)計（論文） 題 目： 基于單片機的智能瓦斯檢測儀設(shè)計 院 系： 陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院 專業(yè)班級： 電氣 104 班 指導(dǎo)教師： 孟卓 學(xué)生姓名： 張健 學(xué) 號： 100433415 陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 摘 要 隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，各行各業(yè)對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)面臨嚴峻的挑戰(zhàn)。在這些礦難中絕大部分是由于瓦斯爆炸所引起的，而瓦斯要達到爆炸極限的最重要條件是瓦斯?jié)舛瘸?，所以能實時對瓦斯?jié)舛鹊谋O(jiān)控可以大量減少礦難。因此開發(fā)智能的瓦斯傳感器是現(xiàn)在煤礦行業(yè)的迫切需求。 該瓦斯傳感器硬件部分以 AT87C552 單片機為核心，包括檢測電路、報警電路、顯示電路、電源電路和紅外遙控電路等，通過對該傳感器進行軟件編程來實現(xiàn)對瓦斯?jié)舛鹊臋z測、報警、顯示和控制。 關(guān)鍵詞 ： 瓦斯； AT87C552；變流瓦斯檢測 陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 目 錄 1 緒論 .................................................................... 1 引言 ................................................................ 1 系統(tǒng)簡介 ............................................................ 2 2 系統(tǒng)原理介紹 ............................................................ 3 變流瓦斯檢測方法的原理 .............................................. 3 變流瓦斯檢測方法的基本思想 ...................................... 3 變流瓦斯檢測方法的原理 .......................................... 4 變流瓦斯檢測電路簡介 ................................................ 7 恒溫控制信號取樣電路 ............................................ 7 鋸齒波發(fā)生電路 .................................................. 8 電壓比較電路 .................................................... 9 脈沖電壓穩(wěn)幅電路 ............................................... 10 3 整體硬件介紹 ........................................................... 11 87C552 簡介 ......................................................... 11 概述 ...................................................... 11 主要特性 ....................................................... 12 管腳說 明 ....................................................... 13 單片機復(fù)位 ..................................................... 15 振蕩器特性 ..................................................... 16 芯片擦除 ....................................................... 17 顯示電路簡介 ....................................................... 20 顯示器工作原理 ............................................... 20 顯示器概述及特點 ............................................. 21 液晶顯示電路 ................................................... 22 其它部分元件簡介 ................................................... 30 數(shù)據(jù)存儲器 6264 ................................................. 31 程序存儲器 2764 ................................................. 32 其它部分電路簡介 ................................................... 34 聲光報警電路 ................................................... 34 紅外遙控電路 ................................................... 35 電源電路 ....................................................... 37 4 軟件設(shè)計 ............................................................... 41 陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 主流程圖 ........................................................... 41 各子流程圖 ......................................................... 43 總結(jié) ..................................................................... 47 致 謝 .................................................................. 48 參考文獻 ................................................................. 49 附錄：電氣設(shè)備常用基本文字符號 ........................................... 50 陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 1 1 緒論 隨著我國國民經(jīng)濟的不斷發(fā)展，對煤炭需求量也越來越大，這就使得煤礦的安全生產(chǎn)面臨著一個十分嚴峻的問題。為了防止瓦斯爆 炸事故的發(fā)生，除了加強井下作業(yè)人員的管理，改善井下的作業(yè)環(huán)境外，還需要精確可靠適用范圍廣的瓦斯傳感器。有時也單獨指甲烷。 我國礦井瓦斯監(jiān)控技術(shù)經(jīng)歷了從簡單到復(fù)雜、從低水平到高水平的發(fā)展過程。 20世紀 60年代初期，我國開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、微型計算機的廣泛應(yīng)用，使監(jiān)控技術(shù)進入了新的發(fā)展時期。隨后，陸續(xù)研制了便攜式瓦斯監(jiān)控檢測報警儀、瓦斯報警礦燈。 1983 年以后，國內(nèi)有多種型號礦井監(jiān)控系統(tǒng)通過了技術(shù)鑒定，逐步實現(xiàn)了對煤礦礦井安全、生產(chǎn)多種參數(shù)的連續(xù)監(jiān)測、監(jiān)控、數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)處理。這些裝備和系統(tǒng)的推廣與應(yīng)用，豐富了我國煤礦安全監(jiān)控 產(chǎn)品的市場，改善了煤礦安全技術(shù)裝備的面貌，縮小了我國與國外先進技術(shù)水平的差距。針對煤礦安全生產(chǎn)中的共性、關(guān)鍵性和前瞻性的技術(shù)問題，以煤礦事故因素 —— 瓦斯、粉塵、水災(zāi)、等為重點研究對象，加強科技攻關(guān)，提高對煤礦主要災(zāi)害的識別能力、監(jiān)測預(yù)警能力、防治與控制能力是當(dāng)前煤礦生產(chǎn)的首要任務(wù)。 由于現(xiàn)在井下常用瓦斯傳感器有以下的缺點： 1. 觸媒有壽命限界。 2. 觸媒種類中有因水分引起急速劣化的，各廠商的產(chǎn)品 不一樣，要根據(jù)預(yù)定使用場所做一番調(diào)查再決定。使用于此種地反易發(fā)生危險要特別注意。 本設(shè)計是基于單片機的瓦斯檢測儀的設(shè)計，該系統(tǒng)以單片機 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)、存儲器的擴展、 LCD 顯示器和報警裝置等組成。監(jiān)測 到的信息傳輸?shù)絾纹瑱C，經(jīng)單片機處理后發(fā)出指令，如果瓦斯超過規(guī)定值，傳感器可以立即發(fā)出聲光報警并自動發(fā)出執(zhí)行指令以降低瓦斯?jié)舛?。陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 3 2 系統(tǒng)原理介紹 單 片 機存 儲 器數(shù) 據(jù) 顯 示紅 外 遙 控信 號 輸 出電 壓 比 較 器瓦 斯 檢 測 電 路脈 寬 控 制 電 路