【正文】 壓值的大小反映了甲烷濃度的高低，檢測(cè)此電壓便可測(cè)量出甲烷濃度。利用該原理的甲烷測(cè)定器是當(dāng)前國(guó)內(nèi)測(cè)量低濃度瓦斯的檢測(cè)儀器中采用最廣泛的一種，而且還在不斷的提高和發(fā)展。瓦斯?jié)舛葓?bào)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的工作原理如圖 21所示。當(dāng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)需要查詢甲烷濃度時(shí)，只要發(fā)出相應(yīng)信息，報(bào)警儀即可將測(cè)量結(jié)果經(jīng)串行口及通信電路傳送出去，最長(zhǎng)傳輸距離可達(dá)到 20km。 微控制器 CPU AT89C51單片機(jī)是監(jiān)控報(bào)警儀的核心，完成數(shù)據(jù)采集、處理、輸出、顯示等功能，選擇通用性強(qiáng)、功耗小、性能穩(wěn)定良好的 8位 CMOS微處理器芯片 AT89C51， ，該器件采用 ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51指令集和輸出管腳相兼容。4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10 年三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定32可編程 I/O線5個(gè)中斷源 低功耗的閑置和掉電模式 GND：接地。當(dāng) P0口的管腳第一次寫 1時(shí)，被定義為高阻輸入。在 FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0 輸出原碼，此時(shí) P0外部必須被拉高。P1 口管腳寫入 1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2口：P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O口，P2 口緩沖器可接收，輸出 4個(gè) TTL門電流，當(dāng) P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P3口：P3 口管腳是 8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O口，可接收輸出 4個(gè)TTL門電流。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3 口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。 RST：復(fù)位輸入。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在平時(shí)，ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè) ALE脈沖。此時(shí)，ALE 只有在執(zhí)行 MOVX，MOVC 指令是 ALE才起作用。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE禁止，置位無效。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN 有效。 /EA/VPP：當(dāng)/EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在 FLASH編程期間，此引腳也用于施加 12V編程電源（VPP）。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2應(yīng)不接。整個(gè) PEROM陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號(hào)組合，并保持 ALE管腳處于低電平 10ms 來完成。此外，AT89C51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件18可選的掉電模式。但 RAM，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。 敏感元件 催化元件的特性在選擇敏感元件時(shí)，主要從以下幾個(gè)方面來衡量:元件活性是指元件對(duì)甲烷氧化燃燒的速率。元件的穩(wěn)定性是指元件在新鮮空氣與一定濃度的甲烷中，在規(guī)定的連續(xù)工作時(shí)間里的活性下降率。 元件工作點(diǎn)是指元件的標(biāo)準(zhǔn)工作電壓和電流值。在工作點(diǎn)上，元件具有較大的輸出，較好的穩(wěn)定性和最小的零點(diǎn)飄移。當(dāng)元件的工作電壓或工作電流變動(dòng)時(shí)，在同一甲烷濃度下輸出活性大小是不相同的。這個(gè)電壓或電流的變動(dòng)范圍稱為元件的 工作區(qū)間。目前元件的工作區(qū)間只能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)電壓 的士 10%。是指在不同的甲烷濃度下，元件的活性與甲烷濃度的關(guān)系。當(dāng)甲烷濃度在 %處時(shí)，曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)，以后隨著甲烷濃度的增大，電橋輸出信號(hào)不斷下降，出現(xiàn)了高濃度和低濃度輸出信號(hào)相同現(xiàn)象。所以，這種原理的甲烷檢測(cè)儀只能測(cè)量低濃度甲烷。礦井空氣中的硫化氫、二氧化硫等氣體會(huì)使元件產(chǎn)生中毒現(xiàn)象，使活性降低。此外，井下電氣設(shè)備用的硅油、硅絕緣材料等揮發(fā)物，也會(huì)使元件中毒。為防止元件中毒，可以加過濾器，例如用活性炭吸收管，1cm 厚活性炭的吸收管，可使工作在有毒環(huán)境中的元件壽命延長(zhǎng)數(shù)百倍。這種現(xiàn)象稱為元件被濃甲烷激活。載體催化元件與純鉑絲元件相比，其抗毒性能較弱，在有毒氣體的環(huán)境中，宜采用鉑絲元件。特別是當(dāng)元件應(yīng)用到各種運(yùn)動(dòng)機(jī)械上時(shí)，就更為突出。 敏感元件的組成及作用敏感元件是準(zhǔn)確檢測(cè)甲烷氣體含量的核心元件之一，它由工作元件和補(bǔ)償元件組成，將這兩個(gè)元件分別接在惠斯登電橋上，在元件的電源端加入高電平時(shí)元件開始工作，當(dāng)環(huán)境中無甲烷氣體時(shí)，調(diào)整電橋使之輸出為零，當(dāng)有甲烷氣體時(shí)，甲烷氣體以擴(kuò)散方式進(jìn)入儀器原測(cè)量氣室，內(nèi)部接于橋臂的熱催化元件或熱導(dǎo)元件發(fā)生氧化一還原反應(yīng)，引起元件溫度升高，阻值增大，使原來平衡的電橋失去平衡，輸出與甲烷濃度相對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)，測(cè)量該電壓信號(hào)即可20知甲烷濃度。圖 41 傳感器組成電路 小信號(hào)放大電路小信號(hào)放大電路采用 LM324集成運(yùn)放，放大敏感元件輸小電壓信號(hào)。 A/D 轉(zhuǎn)換電路A/D轉(zhuǎn)換電路采用 AD0809，系統(tǒng)中 AD0809轉(zhuǎn)換器的片選信號(hào)由 控制。經(jīng)反相器可向 CPU發(fā)中斷請(qǐng)求，21當(dāng) AT89C51產(chǎn)生信號(hào)時(shí)，由一個(gè)或非門產(chǎn)生 OE輸出允許信號(hào)(高電平有效),使 A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果讀入 AT89C51單片機(jī)，系統(tǒng)使用一個(gè) D觸發(fā)器進(jìn)行分頻。ADC0809 是一種 8位逐次逼近式 A/D轉(zhuǎn)換器，可以和微機(jī)直接接口。ADC0809由八路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、256 電阻階梯、樹狀開關(guān)、逐次逼近式寄存器 SAR、控制電路和三態(tài)輸出鎖存器等組成，如圖42所示：ADC0809也有兩大類：一類在電子線路中使用，不帶使能控制端；另一類帶使能控制端，可和微機(jī)直接接口。ADC0809 的姐妹芯片是 ADC0808，可以相互代換。ADC0809 性能指標(biāo)很多，例如分辨率，線性度，偏移物誤差，溫度靈敏度和功能一些問題，本文分四組介紹所用的 ADC0809芯片的因腳功能。IN3IN4IN5IN6IN7STARTEOCD3OECLKVCCVREF(+)GNDD1IN2IN1IN0ADDAADDBADDCALED7D6D5D4D3VREF()D212345678910111213142827262524232221201918171615ADC 0808/080924（2）地址輸入的控制（4 條）ALE為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　?。?）數(shù)字量的輸出及控制線（11 條）START為“啟動(dòng)脈沖”輸入線，該線上正脈沖由 CPU送來，寬度應(yīng)大于100ns，上升清零片內(nèi)逐次逼近寄存器 SAR，下降沿啟動(dòng) ADC工作。（4）2 1－2 8為數(shù)字量輸出線21為最高位。（5）電源線用其它（5 條）　 CLOCK 為時(shí)鐘輸入線，用于為 ADC0809提供逐次比較所需 640KHZ時(shí)鐘脈沖序列。V REF（＋）和 VREF（－）為參考電壓輸入線，用于給電阻階梯網(wǎng)絡(luò)供給標(biāo)準(zhǔn)電壓。ADC0809內(nèi)部有一個(gè) 8位“三態(tài)輸出鎖存器”可以鎖存 A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量，故它本身既可以看作一輸入設(shè)備，也可認(rèn)為是并行 I/O接口芯片。由圖可見 START和 ALE互連可使 ADC0809在接收模擬量路數(shù)地址時(shí)啟動(dòng)工作。平時(shí)，START 因譯碼器輸出端 FOH上高電平而封鎖。在 =0和 WR＝0 時(shí)，8031 可使 ALE和 START變?yōu)楦唠娖蕉鴨?dòng) ADC0809工作；在＝0 和 RD＝0 時(shí)，AT89C51 可以從 ADC0809接收 A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量。因此 AT89C51執(zhí)行如下程序可以啟動(dòng) ADC0809工作。圖 44 ADC0809和 AT89C51接口ADC0809的 CLK由 AT89C51的 ALE上信號(hào)經(jīng)過 6分頻提供，EOC 經(jīng)反向器用作 AT89C51的 INT1中斷請(qǐng)求輸入線，這說明 AT89C51是采用中斷方式和ADC0809傳送 A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)量的，為了給 OE線分配一個(gè)地址，圖中把AY89C51RD和譯碼器輸出 FOH經(jīng)過或門 M178。平時(shí)因?yàn)樽g碼器輸出FOH為高電平而使 OE處于低電平封鎖狀態(tài)。MOV R0, 0F0H MOVX A, R0: OE變?yōu)楦唠娖剑瑪?shù)字量送入 A 26 通信電路 串行通訊 隨著微機(jī)特別是單片機(jī)的發(fā)展，其應(yīng)用已從單機(jī)逐漸向多機(jī)或聯(lián)網(wǎng)，而多機(jī)應(yīng)用的關(guān)鍵又在于微機(jī)之間的相互通訊，互傳數(shù)據(jù)信息。串行通訊數(shù)據(jù)一位一位順序傳送。但串行數(shù)據(jù)也有缺點(diǎn)，那就是速度比并行通訊要慢。在串行通訊中，有二種基本的通訊方式:異步通訊和同步通訊。 (l)起始位 在通訊線上沒有數(shù)據(jù)傳送時(shí)處于邏輯“l(fā)”狀態(tài)。起始位通過通訊線傳向接收設(shè)備，當(dāng)接收設(shè)備檢測(cè)到這個(gè)邏輯低電平后，就開始準(zhǔn)接收數(shù)據(jù)位信號(hào)。 (2)數(shù)據(jù)位 當(dāng)接收設(shè)備收到起始位后，緊接著就會(huì)收到數(shù)據(jù)位。 (3)奇偶校驗(yàn)位 數(shù)據(jù)位發(fā)送完之后，可以發(fā)送奇偶校驗(yàn)位。就數(shù)據(jù)傳送而言，奇偶校驗(yàn)位是冗余位，但它表示數(shù)據(jù)的一種性質(zhì)。27(4)停止位 在奇偶位或數(shù)據(jù)位(當(dāng)無奇偶校驗(yàn)時(shí))之后發(fā)送的是停止位。停止位是一個(gè)字符數(shù)據(jù)的結(jié)束標(biāo)志。在發(fā)送間隙，即空閑時(shí)，通訊線路總是處于邏輯， ’1”狀態(tài)(高電平)，每個(gè)字符數(shù)據(jù)的傳送均以邏輯“0”(低電平)開始。所以數(shù)據(jù)塊傳送時(shí)，為了提高通訊速度，常去掉這些標(biāo)志，而采用同步傳送。串行通訊中，要把數(shù)據(jù)從一個(gè)地方傳送到另一個(gè)地方，必須使用通訊線路。按通訊方式，可將數(shù)據(jù)傳輸線路分成三種。（2）半雙工方式 在半雙工方式下，系統(tǒng)中的每個(gè)通訊設(shè)備都由一個(gè)發(fā)送器和一個(gè)接收器組成，通過收發(fā)開關(guān)接到通訊線路上。 （3）全雙工方式 在全雙工方式下，數(shù)據(jù)不是交替發(fā)送和接收，而是可同時(shí)發(fā)送和接收。 有一點(diǎn)需要注意，盡管許多串行通訊接口電路具有全雙工通訊能力，但在實(shí)際使用中，大多數(shù)情況只工作于半雙工方式，即兩個(gè)工作站通常并不同時(shí)收發(fā)。28 信號(hào)的調(diào)制和解調(diào) 串行通訊中傳輸?shù)男盘?hào)是數(shù)字信號(hào)(方波脈沖序列)，它要求通訊媒介必須有比方波本身頻率更寬頻帶，否則高頻分量將被濾掉，使方波出現(xiàn)毛刺而變形。這不僅因?yàn)楫a(chǎn)生正弦波很方便，更重要的正弦波不易受通訊線固有頻率的影響。信號(hào)發(fā)送端的調(diào)制器將待傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，接收方用解調(diào)器檢測(cè)此模擬信號(hào)，再把它轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。 芯片的選擇 通信電路采用 MAX232 芯片。該器件包含 2驅(qū)動(dòng)器、2 接收器和一個(gè)電壓發(fā)生器電路提供 TIA/EIA232F電平。每一個(gè)發(fā)送器將 TTL/CMOS電平轉(zhuǎn)換成 TIA/EIA232F電平。AT89C51單片機(jī)通過串行口直接接收 PC機(jī)傳送來的串行數(shù)據(jù)，然后把收到的數(shù)據(jù)存到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。首先 TA89C51從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器取出數(shù)據(jù)，接著送到串行口，由串行口發(fā)送給PC機(jī)。為了解決這個(gè)問題，在 PC機(jī)和 TA89C51單片機(jī)的串行通信中加入了 MAXIM公司的 MAX232芯片。這樣，在 PC機(jī)和 TA89C51單片機(jī)之間進(jìn)行通信時(shí)，就可以順利執(zhí)行。TA89C51 和 PC機(jī)之間進(jìn)行，可以根據(jù) PC機(jī)和 TA89C51通信時(shí)所約定的波特率，進(jìn)行有效的通信。除了電路結(jié)構(gòu)外要實(shí)現(xiàn) PC機(jī)和 TA89C51之間的異步通訊，還需要恰當(dāng)?shù)耐ㄐ跑浖?。PC 機(jī)的通信軟件采用 VB語言編程，而 TA89C51采用匯編語言進(jìn)行編程，下面分別介紹。目前，VB 已成為 WINDOWS系統(tǒng)開發(fā)的主要語言，以其高效簡(jiǎn)單易學(xué)及功能強(qiáng)大的特點(diǎn)越來越成為廣大程序愛好者所青睞。在標(biāo)準(zhǔn)化串行通信方面，VB提供了具有強(qiáng)大功能的通信控件 MSCOMM，文件名為 。這是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的 10位串行通信，包括 8位標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)的起始位和停止位。他又一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的串行口，有 4種工作方式，其中方式 1是標(biāo)準(zhǔn)的 10位異步通信方式，10 位數(shù)據(jù)和 PC機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)口相對(duì)應(yīng)，由串行口控制寄存器 SCON設(shè)置狀態(tài)，其字節(jié)地址為98H。另外，還應(yīng)使 AT89C51的中斷允許寄存器 IE開放或禁止所有中斷位 EA為“1” ，開放后禁止串行通道中斷位 ES為“1” ，即允許串行口中斷。串行口中斷處理程序所做的工作就是把 R1內(nèi)容所指明的地址的內(nèi)容發(fā)送出去，把接收的數(shù)據(jù)存入 R0內(nèi)容所指明的地址中。故清 R1標(biāo)志是對(duì)地址 98H執(zhí)行清 0，清 T1是對(duì)地址 99H執(zhí)行清 0。在程序中要特別注意的是：串行口的發(fā)送 SBUF和接收 SBUF是兩個(gè)獨(dú)立的電路，他們的工作互不影響?？撮T狗定時(shí)器電路對(duì)微控制器提供了獨(dú)立的保護(hù)系統(tǒng)，可編程設(shè)置三種周期，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，在預(yù)先設(shè)定的周期之后產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)，該周期一旦設(shè)定，即使在電源周期變化之后也不改變。降到最小轉(zhuǎn)換點(diǎn)以下時(shí)，系統(tǒng)復(fù)位，直到電壓升高且穩(wěn)定為止，E 2PROM可存放數(shù)據(jù)，安全可靠，這種組合不僅降低系統(tǒng)成本，減少電路板空間要求，而且與 CPU接口簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定?？删幊痰目撮T狗定時(shí)器。低 Vcc檢測(cè)，直到 Vcc等于 IV時(shí)