【正文】 度和準確度也比較低或者檢測方法難，同時單片機既有通用計算機的基本部件，又不同于計算機。因此各國都采用智能煤礦瓦斯檢測系統(tǒng)裝置，運營單片機工作原理，它能提高本科生課程設計（論文）2煤礦瓦斯檢測技術水平和檢測的實時性，更能有效預防煤礦瓦斯事故的發(fā)生。智能煤礦瓦斯檢測主要是依據(jù)單片機為核心進行設計的，傳感器設計的智能煤礦瓦斯檢測系統(tǒng)速度快，體積小，重量輕，可連續(xù)檢測再加上氣體傳感器向低功耗、多功能、集成化方向的發(fā)展，單片機具有受集成限制，片內儲存量較小，可靠性好，擴展簡單，控制功能強等特點，因此，基于單片機的智能煤礦瓦斯檢測系統(tǒng)的研究和開發(fā)生產具有十分廣泛的現(xiàn)實市場和潛在的市場需求。而且單片機內部具有 8 路 A/D 轉換和大容量的 ROM 和 RAM，不需要外部擴展電路，硬件電路結果簡單，維護方便）設計出了基于單片機的瓦斯傳感器。以 52 單片機為核心構成一個具備數(shù)據(jù)采集，對象控制，結果顯示等功能的完整系統(tǒng)。假設這個單片機氣體安全監(jiān)控系統(tǒng)要實現(xiàn)以下的功能：氣體測試，超過設定的門限值后自動報警裝置。通過顯示器顯示礦內瓦斯?jié)舛戎挡⒛芡ㄟ^上位機下位機實現(xiàn)與 PC 機之間的信息通信，及時準確地顯示井下瓦斯和氧氣超限的實際情況，使安全局主要負責人對礦主、安檢員、某些礦的負責人進行監(jiān)管，督促他們認真貫徹煤礦安全規(guī)程，實現(xiàn)自動監(jiān)管功能。按鍵控制電路通信電路顯示電路報警電路復位電路FPGA敏感元件 信號調理電路 A/D轉換圖 總體方案一總體框圖方案一總體框圖如圖 所示。它是作為專用集成電路（ASIC）領域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數(shù)有限的缺點。系統(tǒng)可以分兩個部分，前一部分主要是關于傳感器的信號，包括信號的監(jiān)測和 A/D 轉換?！?】 該系統(tǒng)的可靠性強，容易實現(xiàn)，但 FPGA 作為核心電路，成本是其最大的障礙，因為本產品是要進入平常百姓家，不能在實際產品中的應用。本科生課程設計（論文）4時鐘芯片通信電路顯示電路報警電路復位電路 AT89C52敏感元件信號采集電路A/D轉換圖 方案二總體框圖方案二總體框圖如圖 所示。用單片機完全可以取代了方案一的 FPGA 的功能,使整體的價格大幅度的下降，具有很高的實際開發(fā)價值?；趯Φ谝惶追桨钢?FPGA 不是特別熟悉同時較第一套方案，方案二更節(jié)能、節(jié)約成本、更簡單精確可靠所以在本次畢業(yè)設計中我們采用方案二。主要性能參數(shù)：與 MCS51 產品指令和引腳完全兼容。1000 次擦寫周期。三級加密程序存儲器。本科生課程設計（論文）532 個可編程 I/O 口線。8 個中斷源。低功耗空閑和掉電模式。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅動 8 個 TTL 邏輯門電路，對端口 P0寫“1”時，可作為高阻抗輸入端用。在 Flash 編程時，P0 口接受指令字節(jié),而在程序校驗時，輸出指令字節(jié),校驗期間，要求外接上拉電阻。對端口寫“1”通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作為輸入口。與 AT89C51 不同的是， 和 還可分別作為定時/計數(shù)器 2 的外部計數(shù)輸入（）和輸入（） 。P2 口：P2 口是一個帶內部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P2 的輸出緩沖可驅動（吸收或輸出電流）4 個 TTL 邏輯門電路。因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流 I。P2 口送出 8 位地址數(shù)據(jù),在訪問 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2 口輸出 P2 鎖存器的內容。對端口 P3 口寫“1”時,它們被內部的上拉電阻拉高并可作為輸入端。P3 口除了作為一般的 I/O 口線外，更重要的是它的第二功能，如下表所示：本科生課程設計（論文）6表 P3 口管腳功能此外，P3 口還可以接受一些用于 Flash 閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。當振蕩器工作時，RST 引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復位。要特別注意的是，每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時要跳過一個 ALE 脈沖。_PROG如有必要，可通過對特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的 8EH 單元的 D0 位置位，可以禁止 ALE 操作。此外，該引腳會被微弱拉高，當單片機執(zhí)行外部程序時，應設置 ALE 禁止為無效。在此期間，當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將跳過兩次 信號。欲使 CPU 僅訪問外部程序存儲器（地址為 0000H_EAFFFFH） ， 端必須保持低電平。在 Flash 存儲器編程時，該引腳加上＋12V 的編程允許電源 Vpp，當然這必須是該器件是使用 12V 編程電壓 Vpp。本科生課程設計（論文）7XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。并非所有的地址都被定義，從 80HFFH 共 128 個字節(jié)只有一部分被定義，還有相當一部分沒有定義，對沒有定義的單元讀寫將是無效的，讀出的數(shù)值將不確定，而寫入的數(shù)據(jù)也將丟失。AT89C52 除了與 AT89C51 所有的定時/計數(shù)器 0 和定時/計數(shù)器 1 外，還增加了一個定時/計數(shù)器 2。 CPU 最小系統(tǒng)圖圖 單片機最小系統(tǒng)電路單片機最小系統(tǒng)復位電路的極性電容 C1 的大小直接影響單片機的復位時間，一般采用 10uF30uF，單片機最小系統(tǒng)容值越大需要的復位時間越短。單片機最小系統(tǒng)起振電容 CC3 一般采用 15pF33pF，此設計采用 30pF，并且電容離晶振越近越好，晶振離單片機越近越好P0 口為開漏輸出，作為輸出口時需加上拉電阻，阻值一般為 10k。在設置為定時器模式時，加 1 計數(shù)器是對內部機器周期計數(shù)（1 個機器周期等于 12 個振蕩周期，即計數(shù)頻率為晶振頻率的 1/12）。在設置為計數(shù)器模式時，外部事件計數(shù)脈沖由 T0 或 T1 引腳輸入到計數(shù)器。當某周期采樣到一高電平輸入而下一周期又采樣到一低電平時，則計數(shù)器加 1，更新的計數(shù)值在下一個機器周期的 S3P1 期間裝入計數(shù)器。當晶振頻率為 12MHz 時，最高計數(shù)頻率不超過 1/2MHz，即計數(shù)脈沖的周期要大于 2 ms。其優(yōu)點是準確度高，堅固耐用，校正容易，高低濃度均可測量，還可測量二氧化碳濃度。光學零件加工復雜，成本較高和實現(xiàn)自動檢測較困難。其優(yōu)點是元件和儀器的生產成本低,輸出信號大，對于 1%氣樣，電橋輸出可達 15mV 以上，處理和顯示都比較方便，所以儀器的結構簡單，受背景氣體和溫度變化的影響小，容易實現(xiàn)自動檢測。目前國內外檢測甲烷的儀器廣泛采用這一原理。其優(yōu)點是熱導元件和儀器設計制作比較簡單，成本低,量程大，可連續(xù)檢測，有利于實現(xiàn)自動遙測，被測氣體不發(fā)生物理化學變化，讀數(shù)穩(wěn)定，元件壽命長。紅外線式是利用甲烷分子能吸收特定波長的紅外線來測定甲烷濃度。其缺點是由于有光電轉換精密結構，使制造和保養(yǎng)產生困難，而且體積大，成本高，耗電多，因此推廣使用受到一定限制。這一原理是利用氣敏半導體被加熱到 200℃時，其表面能夠吸附甲烷而改變其電阻值來檢測甲烷濃度。但當濃度大于1 %CH4 時，其反應遲鈍，選擇性和線性均較差，所以很少用于煤礦井下甲烷濃度的檢測，而多用于可燃氣體的檢漏報警。比較這兩種速度就可測定高濃度甲烷。氣體在放射性元素的輻射作用下發(fā)生電離，在氣體介質中的兩個電極之間便有電流產生。其優(yōu)點是快速，可以連續(xù)自動檢測，靈敏度高，測量準確，可測二氧化碳濃度。圖 接線圖本科生課程設計（論文）11圖 外形結構圖MQ5 氣敏元 結構 形如圖 所示(結構 A 或 B),由微型 AL2O3 陶瓷管、SnO2 敏感層,測量電極 加熱器構成 敏感元 固定 塑料或不銹鋼制成腔體 ，加熱器 氣敏元 提供 必 工作條 。甲烷濃度測試：其 ：RL＝5KΩ；Ro=； RL— 載電阻；Ro—敏感體電阻；Rs 表示傳感器在不同濃度氣體中的電阻值 Ro 表示傳感器在 1000ppm 氫氣中的電阻值圖中所有測試都是在標準試驗條件下完成的。家庭用氣體泄漏報警器對丁烷、丙烷、甲烷的靈敏度較高 工業(yè)用可燃氣體報警器長壽命、低成本 便攜式氣體檢測器簡單的驅動電路即可 MQ5 氣體傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導率較低的二氧化錫(SnO2)。使用簡單的電路即可將電導率的變化轉換為與該氣體濃度相對應的輸出信號。這種傳感器可檢測多種可燃氣體，是一款適合多種應用的低成本傳感器。圖中縱坐標為傳感器的電阻比（Rs/Ro），橫坐標為氣體濃度。傳感器的基本測試電路：該傳感器需要施加 2 個電壓，加熱器電壓（VH）和測試電壓（VC）。VC 則是用于測定與傳感器串聯(lián)的負載電阻（RL）上的電壓（VRL）。在滿足傳感器電性能要求的前提下，VC 和 VH 可以共用同一個電源電路。 規(guī)格： A. 標準工作條件符號 參數(shù)名稱 技術條件 備注 Vc 回路電壓 ≤24V DC VH 加熱電壓 177。3Ω 室溫 PH 加熱本科生課程設計（論文）13功耗 ≤900mW 參數(shù)名稱 技術條件