基于单片机的瓦斯报警系统设计.doc

综合课程设计 设计说明书 班级 学号 姓名 指导教师 电气工程学院 2013年1月1日 电气工程学院综合课程设计成绩评定表 目次 目次 引言 2 1 文献综述 3 1.1国内外发展概况 3 1.2瓦斯监测的发展方向 3 2 总体设计方案 4 2.1系统设计要求 4 2.1.1 技术指标要求 4 2.1.2 隔爆仪表设计要求 4 2.1.3 系统的功能 5 2.2 设计原理 5 2.2.1 气体传感器的选择 5 2.2.2 单片机型号的选择 7 3 具体实施方案 9 3.1 系统原理框图 9 3.2系统硬件设计 10 3.2.1系统电源 10 3.2.2 气体传感器 11 3.2.3 A/D转换器芯片ADC0809的原理及应用 14 3.2.4 HD7279A显示电路 17 3.2.5 看门狗硬件电路 20 4 总结与展望 22 4.1研究工作总结 22 4.2研究工作展望 22 致谢 23 参考文献 24 引言 随着我国国民经济的不断发展,对煤炭需求量也越来越大,这就使得煤矿的安全生产面临着一个十分严峻的问题。煤矿矿难事故屡屡发生,造成的原因有很多,其中不少是因为瓦斯爆炸引起的。煤矿瓦斯是指矿井中主要由煤层气构成的以甲烷为主的有害气体的总称。有时也单独指甲烷。瓦斯在空气的体积分数达到一定的程度512时,在一定条件下可与空气中的氧气发生剧烈的化学反应而形成瓦斯爆炸,对煤矿安全构成严重威胁。 20世纪60年代初期,我国开始研制载体催化元件,随着敏感元件制造水平的提高和电子技术的发展,特别是大规模集成电路、微型计算机的广泛应用,使监控技术进入了新的发展时期。20世纪70年代瓦斯断电仪问世,装备在采掘工作面、回风港道等井下固定地点,实现了对瓦斯的自动连续检测及超限自动切断被控制设备的电源。随后,陆续研制了便携式瓦斯监控检测报警仪、瓦斯报警矿灯。1983年至1985年,从欧美国家先后引进了数十套监控系统及配套的传感器和便携式仪器装备煤矿矿井,并相应地引进了部分监控系统、传感器和敏感元件制造技,由此推动了我国矿井安全监测监控技术的发展。1983年以后,国内有多种型号矿井监控系统通过了技术鉴定,逐步实现了对煤矿矿井安全、生产多种参数的连续监测、监控、数据存储和数据处理。近几年,随着计算机的发明和应用,特别是网络和信息化建设的不断发展,给瓦斯治理提供了机遇条件,煤矿瓦斯监控网络系统应运而生。这些装备和系统的推广与应用,丰富了我国煤矿安全监控产品的市场,改善了煤矿安全技术装备的面貌,缩小了我国与国外先进技术水平的差距。 煤矿瓦斯监控系统系统的意义不言而喻。以山西省为例,近几年,特别是2006年以来,山西省煤炭系统在党和各级政府及安全部门的重视下,全省煤矿信息化工作有了新发展,取得了新成绩。特别是由瓦斯监测监控系统建设所形成的全省煤矿四级信息网络平台,是计算机网络及信息技术用于瓦斯安全治理的一项创举,极大的促进了山西煤炭信息化工作。山西省煤炭系统2005年底累计安装使用瓦斯监控系统3868套。目前,该省国有重点煤矿121座矿井全部安装了瓦斯监测监控系统,并全部联网运行,在线运行率达100。地方煤矿现有2806座矿井全部安装了瓦斯监测监控系统,已连网运行2671座。这些系统的运用,极大的降低了煤矿瓦斯事故。 由此可知,为了最大限度的降低煤矿瓦斯事故的发生,除了对工作人员严格要求外,加紧建设煤矿瓦斯监测监控系统必不可少,它对预防瓦斯事故的发生具有举足轻重的作用。 1 文献综述 1.1国内外发展概况 仪器不断更新。其类型根据监测对象可分为可燃性气体监测仪,毒性气体监测仪和氧气监测仪等;从仪器结构和方法上分为袖珍式,便携式和固定式。袖珍式仪器的采样方法为扩散式,用于在危险环境中的工作人员随身携带;便携式仪器采样方法为泵吸式,用于监测人员定期安检;固定式仪器用于煤矿井下固定地点气体监测。 世界各国均有煤矿瓦斯气体监测的系统,如波兰的DAN6400、法国的TF200、德国的MINOS和英国的Senturion-200等,其中全矿井综合监测控制系统有代表性的产品有美国公司生产的MSN系统,德国BEBRO公司的PROMOS系统。但是这两种系统只是基于井下监测,并无数据上传,不能实现智能化监控。 1.2瓦斯监测的发展方向 随着我国电子技术以及各项科学技术的飞速发展,作为保证我国煤矿安全生产的有效措施之一的煤矿瓦斯监测监控技术在科研和应用方面必定会在原有基础上不断的加以完善,并取得长足的发展。为了满足安全生产的需求,随着先进科学技术的应用,气体传感器发展的趋势应该是微型化、智能化和多功能化 2 总体设计方案 2.1系统设计要求 2.1.1 技术指标要求 本课题对煤矿气体监测仪表及其所用气体传感器在技术指标上的要求如下 1应用环境煤矿气体监测; 2监测对象监测甲烷气体; 3测量范围甲烷O-10; 4灵敏度0.01; 5响应时间30s; 6功耗100mW; 7环境工作温度范围-20℃ -70℃; 8环境工作湿度范围95RH。 2.1.2 隔爆仪表设计要求 煤矿井下工作环境特殊,空间狭窄,湿度大,有易燃易爆的瓦斯和煤尘,所以,煤矿电器同一般电器有较大的区别。这就对煤矿电器有特殊要求,如体积要小,易于搬运,坚固,防潮防水,防爆。属于煤矿安全标志管理目录内的矿用产品应有安全标志,电气设备必须符合防爆要求,应有接地、过流、漏电保护装置。 隔爆型仪表的主要特点是有一个可靠的隔爆外壳,它将把可能产生火花和危险温度的仪表传感器、电阻电路及接线端子等,都放在隔爆外壳里,达到外壳内可能发生的爆炸不影响周围易燃易爆物质,它的设计方法与隔爆型电器和电机基本相类似。 2.1.3 系统的功能 在本项目中,煤矿气体监测系统的功能是能够监测CH4,同时本着方便应用的原则,还应具备声光报警、人机界面操作、数据存储以及与PC机通讯等功能。基于这些要求,仪表应由敏感探头、A/D转换、单片机、数据存储器、显示器、按键面板及报警模块、等组成。 2.2 设计原理 本项目采用CH4气体传感器,研制CH4气体传感器应用系统,实现对CH4的识别、浓度的测量、是否达到报警阈值的判断以及数据的远传。 2.2.1 气体传感器的选择 气体传感器又叫气敏传感器,主要用来监测气体的特定成分。 气体传感器通常以气敏特性来分类,主要可分为 1半导式方式 包括氧化系、气敏二极管系、气敏MOSFET系。若气体接触到加热的金属,氧化物电阻值就会增大或者减少,其灵敏度高,构造电路简单,但输出与气体浓度不成比例。 2固体电解质 其利用铂等金属材料对氢吸附敏感使功函数改变原理制成,器特点是其他选择性好但不能重复使用。 3接触燃烧式 其原理是化学溶剂与气体反应产生使电导率发生变化。其特点是属于气体浓度成比例,但灵敏度较低。 4其他类型 包括光干涉式、热传导方式、红外线吸收式。 要进行个具体的测量工作,首先要考虑采用何种原理的传感器,而这需要分析多方面的因素之后才能确定。因为,即使是测量同一物理量,也有多种原理的传感器可供选用,哪一种原理的传感器更为合适,则需要根据被测量的特点和传感器的使用条件考虑以下一些具体问题量程的大小;被测位置对传感器体积的要求;测量方式为接触式还是非接触式;信号的引出方法,有线或是非接触测量;传感器的来源,国产还是进口,还是自行研制,价格能否承受。在考虑上述问题之后就能大致确定选用何种类型的传感器,然后再考虑传感器的具体性能指标。最后,我们决定采用MQ-4瓦斯气体传感器。 MQ-4气敏元件由微型A L2O3陶瓷管、SnO2敏感层,测量电极和加热器构成的敏感元件固定在塑料或不锈钢制成的腔体内,加热器为气敏元件提供了必要的工作条件。封装好的气敏元件有6只针状管脚,其中4个用于信号取出,2个用于提供加热电流。 结构外形 图2.1 MQ-4的结构和外形 2.2.2 单片机型号的选择 由于系统控制方案简单,数据也不大,银次选用8031作为控制系统的核心,外扩EPROM2716作为程序存储器。 8031单片机的特点 1主电源引脚Vss和Vcc①Vss接地②Vcc正常操作时为5伏电源 2外接晶振引脚XTAL1和XTAL2 ①XTAL1内部振荡电路反相放大器的输入端,是外接晶体的一个引脚。当采 用外部振荡器时,此引脚接地。 ②XTAL2内部振荡电路反相放大器的输出端。是外接晶体的另一端。当采用 外部振荡器时,此引脚接外部振荡源。 3控制或与其它电源复用引脚RST/VPD,ALE/ ,和/Vpp①RST/VPD 当振荡器运行时,在此引脚上出现两个机器周期的高电平由低到高跳 变,将使单片机复位在Vcc掉电期间,此引脚可接上备用电源,由VPD 向内部提供备用电源,以保持内部RAM中的数据。②ALE/ 正常操作 时为ALE功能允许地址锁存提供把地址的低字节锁存到外部锁存器, ALE 引脚以不变的频率振荡器频率的周期性地发出正脉冲信号。因 此,它可用作对外输出的时钟,或用于定时目的。但要注意,每当访问外 部数据存储器时,将跳过一个ALE脉冲,ALE 端可以驱动吸收或输出 电流八个LSTTL电路。对于EPROM型单片机,在EPROM编程期 间,此引脚接收编程脉冲功能③外部程序存储器读选通信号输出 端,在从外部程序存储取指令或数据期间,在每个机器周期内两次有效。同样可以驱动八LSTTL输入。 图2.2 8031引脚图 3 具体实施方案 本章将介绍基于甲烷气体传感器的气体监测系统的系统原理框图,及其整体协调工作实现的功能;系统的硬件电路设计及其主要功能模块等内容。 3.1 系统原理框图 基于气体传感器的甲烷气体监测系统主要由气体传感器、单片机、数据存储器以及LED显示器以及无线传感器等部分组成,其原理框图如图 3.1所示。采用单片机8031构成煤矿气体监测系统的核心部分,根据气体传感器及测量的信号,实现对CH4的成分识别和浓度测量;通过4只8段LED数码管显示气体浓度。 图3.1 系统硬件原理框图 3.2系统硬件设计 系统硬件设计原理图见附录,下面介绍其主要组成部分以及它们实现的功能。 3.2.1系统电源 该系统电源电路图如图3.2所示,外部输入电源采用的是12V/3A的直流电源。C2,C4的作用是对LM317电压调节端ADJ的电压进行滤波,以提高输出电压的稳定性;Dl、D2起保护作用,当有意外情况使得LM317的Vin电压比Vout电压还低的时候,防止从C3,C4上有电流倒灌入 LM317引起其损坏。整个系统用电可以划分为两部分VCC是LED显示器模块及A/D转换参考电源模块输入需要的9.58V工作电压; VCC1是单片机、看门狗电路、气体传感器加热等需要5V的下作电压。 电源部分的核心器件是二端可调输出集成稳压器 LM317。LM317是美国国家半公司的三端一可调整流稳压器集成电路,输出电压范围是1.25v至37v,负载电流最人为 1.5A。它的使用非常简单,仅需两个外接电阻来设置输出电压,此外线性调整率和负载调整率也比标准的固定稳压器好。内置过载保护、安全区保护等多种保护电路。输出引脚3与调节引脚1之间保持1.25V的参考电压Vref,并且引脚3为正端。当调节端接地时,输出端输出1.25V。由Vin端提供工作电压以后,便可以保持\/out端3脚比ADJ端1脚的电压高1.25V。因此,只需要用极小的电流来调整A 川端的电压,便可在Vout端得到比较大的输出电流,并且输出电压比ADJ立品电压高出恒定的1.25V。 LM317的输出电压二1.25XIADJ端到地的电阻/ADJ端到Vout端的电阻。通过调整接入ADJ端和Vout端电阻的比值,来改变输出电压。值得注意的是,LM317有 一个最小负载电流的问题,即只有负载电流超过某一值时,才能起到稳压作用。这个电流随器件的生产厂家而有所差异,一般在38mA不等,可以通过在负载端接一个合适的电阴来解决。依据 LM317的输出电压计算公式,可以得到图3.2中LM1的输出 VCCVref1R1\R2 其中Vref1.25V R11000Ω,R210Ω. 数据代入上式得VCC9.58。 另外LM2的输出 VCC1Vref1R3\R4 其中Vref1.25V,R3460Ω, R4150Ω。数据代入公式得到VCC15.08v. 图3.2 系统电源电路 3.2.2 气体传感器 1. 测试电路 我们设计的MQ-4瓦斯传感器电路如图3.3所示,其中可调节电阻R5是用来调整传感器的灵敏度的。 11OE 1D718D617D514D413D38D27D14D0 3 Q719Q616Q515Q412Q39Q26Q15Q0 2 U2 74LS373 VP P 21OE 20CE 18 A1019A922A823A71A62A53A44A35A26A17D D D D D D D D A0 8 U3 2716 VC C IN-026IN-127IN-228IN-31IN-42IN-53IN-64REF -16REF 12 IN-7 5 VC C VO NT 3 EC316V 22u V CC1 T ext 图3.3 MQ-4瓦斯传感器电路 2. 灵敏度调节 在对MQ-4的灵敏度进行调节之前首先要就要了解其灵敏度特性。具体的灵敏度特性见表3.1及图3.4。 表3.1 MQ-4的灵敏度特性 图3.4 MQ-4型气敏元件的灵敏度特性 其中温度为20℃、相对湿度为65、氧气浓度为21RL20kΩRs是指元件在不同气体,不同浓度下的电阻值。R0是指元件在洁净空气中的电阻值。 由上可得MQ-4型气敏元件对不同种类,不同浓度的气体有不同的电阻值。因此,在使用此类型气敏元件时,灵敏度的调整是很重要的。在这里我们用5000ppm甲烷校准传感器进行校准。其校准过程如下 在测试条件下对传感器进行校准时,我们进行硬件部分电路的调试。在调节确定MQ-4的可调负载电阻值时,以空气中甲烷浓度值为5000ppm时作为校准,此时观察显 示部分电路,又因为要求显示的瓦斯浓度精度要求优于5,即准确显示的范围为5000ppm1 5也就是4750ppm5250ppm的范围内,若不在该范围内则说明甲烷传感器的灵敏度不够高,需要进行调节。而灵敏度的调节是依靠调节负载电阻RL来实现的。我们调节RL使显示的瓦斯浓度值尽可能与实际相符合。这样确定下来的RL的阻值,换言之传感器的灵敏度也就确定下来了,此时我们已经完成了甲烷传感器的校准。校准后的传感器就可以用来监测实际中各个不同的瓦斯浓度了。 3.2.3 A/D转换器芯片ADC0809的原理及应用 1.ADC0809 的逻辑结构 ADC0809 是8位逐次逼近型A/D转换器。它由一个8路模拟开关、一个地址锁存译码器、一个A/D 转换器和一个三态输出锁存器组成见图3.5。多路开关可选通8个模拟通道,允许8路模拟量分时输入,共用A/D 转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存A/D 转换完的数字量,当OE 端为高电平时,才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。 图3.5 A/DC0809内部结构 2. AD0809 的工作原理 IN0-IN78 条模拟量输入通道 ADC0809 对输入模拟量要求信号单极性,电压范围是0-5V,若信号太小,必须进行放大;输入的模拟量在转换过程中应该保持不变,如若模拟量变化太快,则需在输入前增加采样保持电路。 地址输入和控制线4条 ALE 为地址锁存允许输入线,高电平有效。当ALE线为高电平时,地址锁存与译码器将A, B,C 三条地址线的地址信号进行锁存,经译码后被选中的通道的模拟量进转换器进行转换。A,B 和 C 为地址输入线,用于选通IN0-IN7 上的一路模拟量输入。 数字量输出及控制线11 条 ST 为转换启动信号。当ST 上跳沿时,所有内部寄存器清零;下跳沿时,开始进行A/D 转换;在转换期间,ST 应保持低电平。EOC 为转换结束信号。当EOC 为高电平时,表明转换结束;否则,表明正在进行A/D 转换。OE为输出允许信号,用于控制三条输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE1,输出转换得到的数据; OE0,输出数据线呈高阻状态。D7-D0 为数字量输出线。CLK为时钟输入信号线。因ADC0809的内部没有时钟电路,所需时钟信号必须由外界提供,通常使用频率为500KHZ,VREF,VREF-为参考电压输入。 3. ADC0809应用说明 1ADC0809内部带有输出锁存器,可以与AT89S51 单片机直接相连; 2初始化时,使ST和OE信号全为低电平; 3送要转换的哪一通道的地址到A,B,C端口上; 4在ST端给出一个至少有100ns 宽的正脉冲信号; 5是否转换完毕,我们根据EOC信号来判断; 6当EOC变为高电平时,这时给OE 为高电平,转换的数据就输出给单片机了。 由于ADC0809的时钟信号为500KHZ,故将单片机的ALE端接四分频器后给转换器作为时钟。A/D转换电路如图3.6所示。 4. ADC0809的工作过程 首先输入3位地址,并使ALE1,将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器,START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动A/D 转换,之后EOC 输出信号变低,指示转换正在进行。直到A/D转换完成,EOC变为高电平,指示A/D转换结束,结果数据已存入锁存器,这个信号可用作中断申请。当OE输入高电平时,输出三态门打开,转换结果的数字量输出到数据总线上。 图3.6 A/D转换电路 3.2.4 HD7279A显示电路 本课题中气体监测系统的工作环境是处于比较黑暗的矿井巷道中,所以不宜采用液晶显示模块,而采用了发光柔和的LEO数码管作显示,显示颜色为红色。发光数码粉的优点在于防潮防湿,温度特性极佳,而且有远距离视觉效果,很适合矿井下恶劣环境的需要。而我们使用的单片机AT89552本身并无显示接口部分,需要外接显示的译码驱动电路。LED数码管显示有动态显示和静态显示两种方式。通常小管采用哪种显示方式,单片机往往都工作于并行工/0或存储器方式。在本课题的单片机数据采集控制系统中,利用8位LED显示驱动器 MAX7219构成显示接口电路。 HD7279A的特点是一片具有串行接口的,可同时驱动8位共阴极数码管的智能显示驱动芯片。该芯片可连接多达64 个键的键盘矩阵, 并含有去抖动电路。HD7279A芯片内部有译码器,可以直接接受16 进制码,并且具有2种译码方式和多 种控制指令,如消隐、闪烁、左移、右移、段寻址等。可以广泛应用在仪器仪表,工业控制,条形显示器,控制面板等领域。串行接口,无需外围元件可直接驱动LED;各个独立控制译码/不译码及消隐和闪烁属性;循环左移和右移指令;具有段寻址指令,方便控制独立led;64键盘控制器,内含去抖动电路。HD7279A的引脚如图所示。 图3.7 HD7279A引脚 HD7279A是标准28引脚双列直插式芯片。引脚1 ,2 VDD为正电源;引脚3 ,5 NC不连接 ,使用时要求悬空;引脚4 VSS为接地端;引脚6 CS片选输入端 ,此引脚为低电平时 ,可向芯片发送指令及读取键盘数据;引脚7 CLK为同步时钟输入端 ,向芯片发送数据及读取键盘数据时 ,该引脚电平上升沿表示数据有效;引脚8 DATA为串行数据输入/输出端 ,当芯片接收指令时,此引脚为输入端;当读取键盘数据时,此引脚在‘读’指令最后一个时钟的下降沿变为输出端;引脚9 KEY为按键有效输出端 ,平时为高电平 ,当检测到有效按键时 ,此引脚变为低电平;引脚10 16 SGSA为段g段a驱动输出;引脚 17 DP为小数点驱动输出;引脚1825 DIG0DIG7为数字 07位驱动输出;引脚 26 CLKO 为振荡输出端;引脚27RC为 RC振荡器连接端;引脚28 RESET为复位端。 HD7279的指令通信是采用串行方式与微处理器通讯 ,串行数据从DATA引脚送入芯片 ,并由 CLK端同步。当片选端CS信号变为低电平后 ,DATA 引脚上的数据在CLK引脚的上升沿被写入 HD7279A 的缓冲寄存器。HD7279A的指令结构有三种类型表 1 11 不带数据的纯指令 ,指令的宽度为8个BIT位 ,即微处理器需要发送8 个 CLK脉冲;21 带数据指令 ,宽度为 16 个BIT位 ,即微处理器需要发送 16 个CLK脉冲;31读取键盘数据指令 ,宽度为16个BIT位 ,前8个BIT位为微处理器发送到 HD7279A的指令,后8个BIT位为 HD7279A返回的键盘代码。执行该指令时 ,HD7279A 的 DATA端在第9个 CLK脉冲的上升沿变为输出状态 ,并以第6个脉冲的下降沿恢复为输入状态 ,等待接收下一个指令。 电路接法和注意事项是比较关心的部分。HD7279A应连接共阴式数码管,无需用到的键盘和数码管可以不连接,省去数码管或对数码管消隐属性均不会影响键盘的使用。如果不用到键盘,则连接到键盘的8只10K电阻和8只100k下来电阻均可以省去。如果使用了键盘,则要在电路中的100k下拉电阻均不可以省。实际中下拉电阻和位选电阻应该遵循一定的比例,下拉电阻应该大于位选电阻的5倍而小于50倍。下拉电阻为10K-100k,位选电阻为1K-10K。下拉电阻尽可能的小,可以提高键盘的抗干扰能力。因为采用循环扫描工作方式,采用亮度高的数码管可以解决亮度不够问题。 HD7279A需要一个外接的RC震荡电路,经典值是R1.5k,C15PF,并且尽量靠近芯片,使之电路连线最短。复位RESET可以直接与正电源连接,需要较高可靠性时 可以接一个外部的复位电路。在上电后大约经过12-25ms的时间才会进入正常工作状态。上电后所有的显示位为‘显示’和‘不闪烁’。当有按键按下,KEY引脚输出变低电平,此时接到读键盘指令时,将输出键盘代码。因为芯片直接驱动LED显示,电流较大,且为动态扫描,如果该部分电路的电源线较细较长,可能会有电源噪声干扰,所以在HD7279A的正负电源端并上去耦电容,提高电路的抗干扰能力。 LE D 图3.8 HD7279A的总体连接 3.2.5 看门狗硬件电路 在监测系统中为了保证单片机可靠而稳定的运行,使单片机系统尽快摆脱因干扰而产生的程序跑飞或死循环,需要一种监视器,提供某种状态使CPU重新回到用户程序。这种监视器即“看门狗” Watchdog。监测系统设计有看门狗功能,一旦系统在现场受到突发干扰使程序跑飞,单片机没有自我保护能力,不能系统复位,重新工作。为此,本系统采用了MAX706和AT89S52构成的“看门狗”硬件电路,如图 3.16所示。MAX706是一种性能优良的低功耗CMOS监控电路芯片,其内部电路由上电复位、可重复触发“看门狗”定时器及电压比较器等组成。 MAX7O6有以下特性 1精确的供电电压监测2.63v,2.93v,3.08v; 2200ms的复位时延; 3对手动复位信号消抖,兼容TTL/CMOS; 4独立的1.6秒时长watchdog; 5可输出高电平有效的复位信号。 CPU正常工作时,该电路对其不加干预,当CPU工作失常一段时间后,看门狗电路动作,使系统复位重新工作。 图3.9 看门狗电路 P13作为喂狗信号,CPU只要在 1.6s内给Pl3一个正脉冲,看门狗定时器被清零,WDO引脚维持高电平;当程序跑飞或死机时,CPU不能在1.6s内给出喂狗信号, WDO引脚立即跳变为低电平,进而触发MR手动复位引脚,使MAX706复位,从而使“看门狗”定时器清零并重新开始计时,WDO引脚输出高电平,MAX706的RST复位输 出引脚输出大约200ms宽度的的电平脉冲,使单片机控制系统可靠复位,重新投入正常运行。 4 总结与展望 4.1研究工作总结 我国是世界上最大的煤炭生产和消费国,也是世界上少数几个以煤为主要能源的国家之一。据不完全统计,2003年中国煤炭产量占世界产量的35,可事故伤亡人数却占80。2004年中国有6009名煤矿工人因发生矿难而死亡。在这些事故中,瓦斯爆炸又占绝大多数,瓦斯灾害已成为煤矿安全生产的大敌。 伴随气体传感器的发展,气体监测仪器的种类也在不断更新。本文采用了MQ-4气体传感器。采用具有较高的性能价格比的AT89S52单片机作为硬件电路的核心,设计甲烷气体监测仪表的主电路详见附录。系统软件部分采用了模块化设计,为以后对系统的升级提供了良好的接口,使后继开发人员可以方便快捷的改变系统设置。煤矿气体监测仪表运用RS-232协议进行串口通信,配合由VB编制的串口通讯监控软件,可以随时监控仪表工作状态,采集传感器数据。此外,串口通讯软件制订了多机通讯协议,为以后的网络测试奠定了基础。 4.2研究工作展望 煤矿气体监测系统对煤矿工业安全生产,减少事故发生和生命财产损失有重要意义,但是还是存在其不足的地方,今后考虑从两个方面进一步研究探讨 l测量煤矿其他潜在致灾因素,如采集矿道压力预防巷道坍塌、测量煤层温度防止煤层自燃、测量巷道风速防止瓦斯积聚等。通过多参数的数据采集进一步完善煤矿女全监测系统; 2增加系统控制功能,在本课题中主要对监测进行了深入讨论,在进一步的研究中考虑如何将智能控制引入系统。 致谢 经过一个多月的忙碌和工作,本次课程设计已经接近尾声,作为一个本科生的毕业设计,由于经验的匮乏,难免有许多考虑不周全的地方,如果没有导师的督促指导,以及一起工作的同学们的支持,想要完成这个设计是难以想象的。感谢大学四年来所有的老师,为我们打下电气专业知识的基础;同时还要感谢所有的同学们,正是因为有了你们的支持和鼓励。此次毕业设计才会顺利完成。 河北理工大学综合课程设计说明书 参考文献 参考文献 [1]张俊谟.单片机中级教程原理与应用[M].北京北京航空航天大学出版社,2006 [2]郁有文,常健,程继红.传感器原理及工程应用[M].陕西西安电子科技大学出版 社,2003 [3]戴永.微机控制技术[M].湖南湖南大学出版社,2004 [4]王兆安,黄俊.电力电子技术[M].北京机械工业出版社,2007 [5]陈伯时.电力拖动自动控制系统运动控制系统[M].北京机械工业出版社,2008 [9]张俊谟.单片机中级教程[M].北京北京航空航天大学出版社，2000.6132-137 [10]仇玉章.32 位微型计算机原理与接口技术[M].北京清华大学出版社， 2000.8142 [11]康华光.电子技术基础数字、模拟[M].北京高等教育出版社，2003.796-101 [12]陈伟强.MSC-51 实用子程序集[M].北京北京北京航空航天大学出版社， 1998.478-80,82-85 [13]王福瑞.单片微机测控系统设计大全[M].北京中国电力出版社，2002178-179 [14]杨金岩.郑应强,张振仁.8051 单片机数据传输接口扩展技术与应用实例[M]. 北京人民邮电出版社,2005 [15]王汝林.王涌涛.红外检测技术[M].北京化学工业出版社 [16]孙毓庆.胡育筑,吴玉田,等.分析化学2 版 [M].北京科学出版社, 2006. 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