【正文】 的元件剛開(kāi) 始下作時(shí)靈敏度可能達(dá)不到最佳點(diǎn)，只需在工作點(diǎn)電壓穩(wěn)定二十分鐘后輸出靈敏度將復(fù)原 2)長(zhǎng)期穩(wěn)定性 圖 35 長(zhǎng)期穩(wěn)定性 黑元件載體催化燃燒式元件，當(dāng)瓦斯氣體在元件表面與氧氣產(chǎn)生無(wú)焰燃燒時(shí)，電橋失去平衡，輸出一個(gè)電壓信號(hào)。 Y軸表示 Vo的輸出電壓值。： OmV～ +2OmV (3)靈敏度 M2mV (4)傳感器對(duì)多種可燃?xì)怏w的敏感特性 9 圖 32表示 CH4氣體敏感元件對(duì)各種氣體的反應(yīng)關(guān)系，從圖上我們可以看出敏感元件輸出電壓與對(duì)各種氣體濃度之間具有較好的線(xiàn)性關(guān)系。適用于煤礦井下作業(yè)環(huán)境測(cè)量空氣中的瓦斯氣體濃度。此外，傳感器電源應(yīng)是經(jīng)過(guò)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(bǔ)償元件 )，兩個(gè)元件分別配置 8 在電橋電 路中，作為一組橋臂，另一組橋臂是兩個(gè)固定電阻，作為電橋的比率臂。根據(jù)設(shè)計(jì)要求及各類(lèi)檢測(cè)儀的優(yōu)缺點(diǎn)，本課題設(shè)計(jì)采用熱催化式工作原理。比較這兩種速度就可測(cè)定高濃度瓦斯。但當(dāng)濃度大于 1%CH4時(shí)，其反應(yīng)遲鈍，選擇性和線(xiàn)性均較差，所以很少用于煤礦井下瓦斯?jié)舛鹊臋z測(cè)，而多用于可燃?xì)怏w的檢漏報(bào)警。這一原理是利用氣敏半導(dǎo)體被加熱到 200℃時(shí)，其表面能夠吸附瓦斯而改變其電阻值來(lái)檢測(cè)瓦斯?jié)舛取Ｆ鋬?yōu)點(diǎn)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(cè)量范圍寬，可連續(xù)檢測(cè)；其缺點(diǎn)是由于有光電轉(zhuǎn)換精密結(jié)構(gòu)，使制造和保養(yǎng)產(chǎn)生困難，而且體積 大，成本高，耗電多，因此推廣使用受到一定限制。其缺點(diǎn)是測(cè)量低濃度瓦斯時(shí)輸出信號(hào)小，受氣溫及背景氣體的影響較大。 (3)熱導(dǎo)式 熱導(dǎo)式是利用瓦斯與空氣熱導(dǎo)率之差來(lái)實(shí)現(xiàn)瓦斯?jié)舛鹊臏y(cè)定。其缺點(diǎn)是探測(cè)元件的壽命較短，不能測(cè)高濃度瓦斯，硫化氫及硅蒸氣會(huì)引起元件中毒而失效。 (2)熱催化式 熱催化式是利用瓦斯在催化元件上的氧化生熱引起其電阻的變化來(lái)測(cè)定瓦斯?jié)舛取? CPU 顯示電路 報(bào)警電路 敏感元件 A / D 轉(zhuǎn) 換 6 3 報(bào)警器設(shè)計(jì) 瓦斯檢測(cè)設(shè)備 瓦斯?jié)舛葯z測(cè)儀的分類(lèi) (1)光干涉式 光干涉式是利用光波對(duì)空氣和瓦斯折射率不同所產(chǎn)生的光程差，引起干涉條紋移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)不同瓦斯?jié)舛鹊臏y(cè)定。 系統(tǒng)框圖 此次設(shè)計(jì)的煤礦瓦斯監(jiān)測(cè)報(bào)警器的系統(tǒng)框圖如下所示：主要由氣體傳感器、 A/D轉(zhuǎn)換器 ADC080單片機(jī) AT89C5 LED顯示電路、聲光報(bào)警裝置和附件電路組成。若實(shí)際瓦斯?jié)舛瘸蓿舛瘸揞A(yù)警值可鍵盤(pán)控制輸入）則在單片機(jī)的控制下進(jìn)行聲光報(bào)警。然后再將電壓信號(hào)輸入到 AD7109 進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換變換成數(shù)字信號(hào)，并在 51 單片機(jī)的控制下將其輸入，然后在內(nèi)部軟件編程下進(jìn)行數(shù)值變換處理。因此此次設(shè)計(jì)整體上是基于A(yíng)T89S51 單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)煤礦瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測(cè)報(bào)警。 4 2 系統(tǒng)概述 隨著超大規(guī)模數(shù)字集成電路、單片機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，利用單片機(jī)及其它外圍芯片實(shí)現(xiàn)對(duì) 瓦斯的監(jiān)測(cè)成為一種可能，并且成為一種發(fā)展趨勢(shì)。因此，除在傳感器技術(shù)方面可供借鑒外，其它僅具一定的參考價(jià)值。但是這兩種系統(tǒng)只是基于井下監(jiān)測(cè)，并無(wú)數(shù)據(jù)上傳，不能實(shí)現(xiàn)智能化監(jiān)控。袖珍式儀器的采樣方法為擴(kuò)散式，用于在危險(xiǎn)環(huán)境中的工作人員隨身攜帶；便攜式儀器采樣方法為泵吸式，用于監(jiān)測(cè)人員定期安檢；固定式儀器用于煤礦井下固定地點(diǎn)氣體監(jiān)測(cè)。 3 國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況及研究方向 儀器不斷更新。 目前我國(guó)已經(jīng)使用的瓦斯報(bào)警礦燈具有體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，但存在的問(wèn)題是傳感 器漂移大，要定期維護(hù)，并且需要維護(hù)的周期很短；維護(hù)方法復(fù)雜，成本較高，抗機(jī)械干擾能力較差。瓦斯的危害主要表現(xiàn)為三個(gè)方面：第一、瓦斯?jié)舛冗^(guò)高，對(duì)工人身體健康造成傷害，表現(xiàn)為缺氧，呼吸困難，窒息等；第二、瓦斯煤塵爆炸，瓦斯 爆炸所產(chǎn)生的巨大沖擊波和高溫火焰，往往導(dǎo)致群死群傷，而且揚(yáng)起的煤塵又會(huì)參與爆炸，摧毀巷道，毀壞設(shè)備，甚至毀滅整個(gè)礦井，給國(guó)家和人民生命財(cái)產(chǎn)造成巨大損失。但是，目前煤炭工業(yè)的安全生產(chǎn)狀況卻很差， 其中之一便是有害氣體的危害性，包括CH4，瓦斯， SO2等。 2 1 緒論 本課題的研究背景及意義 從我國(guó) 煤炭生產(chǎn)的現(xiàn)狀及我國(guó)能源結(jié)構(gòu)戰(zhàn)略規(guī)劃均可看出，在本世紀(jì)中葉以前，煤炭仍將是支持我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要能源。 綜上所述，瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測(cè)監(jiān)控器所要實(shí)現(xiàn)的功能包括根據(jù)所選的瓦斯傳感器來(lái)設(shè)定瓦斯?jié)舛阮A(yù)警值，采集瓦斯?jié)舛炔⑦M(jìn)行濃度顯示及處理，當(dāng)實(shí)際濃度超限時(shí)進(jìn)行聲光報(bào)警。 多年來(lái)的實(shí)踐證明，瓦斯?jié)舛鹊谋O(jiān) 測(cè)監(jiān)控器在監(jiān)測(cè)煤礦井下安全狀況，防范安全隱患方面起著重要作用，充分發(fā)揮其作用，是我國(guó)煤礦安全形勢(shì)實(shí)現(xiàn)好轉(zhuǎn)的關(guān)鍵。在許多發(fā)達(dá)國(guó)家中為了減少事故的發(fā)生，一般不會(huì)開(kāi)采高瓦斯災(zāi)害隱患嚴(yán)重的礦井。 近年來(lái)，瓦斯爆炸、煤與瓦斯突出等災(zāi)害，嚴(yán)重威脅著煤礦的安全生產(chǎn)和數(shù)百萬(wàn)名煤礦工的生命安全，瓦斯災(zāi)害已成為制約我國(guó)煤礦安全生產(chǎn)和煤炭工業(yè)發(fā)展的重要因素，可以說(shuō)瓦斯爆炸已經(jīng)成為礦難的第一大禍?zhǔn)住?Alarm i 目 錄 前 言 ....................................................... 1 1 緒論 ....................................................... 2 本課題的研究背景及意義 ............................... 2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況及研究方向 ............................. 3 2 系統(tǒng)概述 ................................................... 4 系統(tǒng)框圖 ............................................. 4 工作原理 ............................................. 5 3 報(bào)警器設(shè)計(jì) ................................................. 6 瓦斯檢測(cè)設(shè)備 .......................................... 6 瓦斯?jié)舛?檢測(cè)儀的分類(lèi) ............................ 6 熱催化元件的結(jié)構(gòu)及工作原理 ...................... 7 A/D轉(zhuǎn)換電路 ......................................... 14 ADC0809 的介紹 ................................. 14 引腳功能 ....................................... 14 主要特性 ....................................... 16 單片機(jī)的概述 ........................................ 16 單片機(jī)中斷系統(tǒng) ................................. 16 單片機(jī)復(fù)位電路 ................................. 19 AT89C51 簡(jiǎn)介 ................................... 19 主要性能參數(shù) ................................... 20 管腳說(shuō)明 ....................................... 21 AT89C51 單片機(jī)對(duì) ADC0809 的接口 ................. 24 聲光報(bào)警與 LED 顯示 .................................. 25 聲光報(bào)警單元 ................................... 25 LED 顯示 ....................................... 26 4 系統(tǒng)仿真及部分程序 ........................................ 29 系統(tǒng)仿真 ............................................. 29 部分程序 ............................................. 30 參考文獻(xiàn) .................................................... 36 附錄： ...................................................... 38 外文資料與中文翻譯 ...................................... 38 1 前 言 我國(guó)是煤炭生產(chǎn)大國(guó)，隨著煤礦機(jī)械化程度的提高，礦井生產(chǎn)能力和生產(chǎn)效率普遍加大，煤炭年產(chǎn)量居世界首位，產(chǎn)煤量占世界總產(chǎn)煤量的 20%。 A/D converter circuit。 display circuit displays the realtime gasconcentration。 sensitive element that is used of the accurate detection of gas content is one of the main ponents, and its output is the voltage signal which is corresponding to the gasconcentration。該儀器的特點(diǎn)是測(cè)量 范圍寬，精度高；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低；可靠性和穩(wěn)定性好，是一種電路設(shè)計(jì)新穎、參數(shù)測(cè)量準(zhǔn)確、操作方便的礦用瓦斯?jié)舛缺O(jiān)控儀。儀器由 CPU、敏感元件、 A/D轉(zhuǎn)換電路、顯示電路、報(bào)警電路等組成。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論文） 題目 基于單片機(jī)的瓦斯報(bào)警器的設(shè)計(jì) 院（系部） 電氣與自動(dòng)化工程系 專(zhuān)業(yè)名稱(chēng) 電子信息工程專(zhuān)業(yè) 年級(jí)班級(jí) 電信 08— 2 班 學(xué)生姓名 ****** 指導(dǎo)教師 ****** 年 月 日 I 摘 要 本課題設(shè)計(jì)的是用單片機(jī)控制的瓦斯?jié)舛葓?bào)警監(jiān)控 儀，是采用熱催化原理探頭制成的瓦斯?jié)舛葴y(cè)量?jī)x，適用于中小型煤礦井下各作業(yè)場(chǎng)所中測(cè)量空氣中的瓦斯?jié)舛?。儀器能夠根據(jù)瓦斯?jié)舛葓?bào)警限 (%)進(jìn)行聲、光報(bào)警。其中 CPU是監(jiān)控儀的核心，完成數(shù)據(jù)采集、處理、輸出、顯示等功能；敏感元件是準(zhǔn)確檢測(cè)瓦斯氣體含量的主要元件之一，其輸出是與瓦斯?jié)舛认鄬?duì)應(yīng)的電壓信號(hào)； A/D轉(zhuǎn)換電路把放大了的電壓信號(hào)由模擬信號(hào)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)送入 CPU；顯示電路則顯示實(shí)時(shí)瓦斯?jié)舛?；?bào)警電路對(duì)超限瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行報(bào)警。 關(guān)鍵詞： CPU； A/D轉(zhuǎn)換電路；敏感元件；報(bào)警 II Abstract This paper designs gas alarm monitor, which is according to catalytic principle. It is applicable to small and mediumsized coal mine in the measurement of workplace air concentration of gas. Apparatus, which is according to gas concentration alarm limit (1%), carry out sound and light alarm. Apparatus consists of CPU, sensitive element, A/D conversion circuit, display circuit and alarm circuit. CPU, which is the core of the monitor, finishes data’ s acquisition, processing, output, display and other functions。 A/D conversion circuit exports the amplified voltage signal from