瓦斯爆炸实验装置的设计.doc

瓦斯爆炸试验装置设计（论文）说明书 瓦斯爆炸试验装置的设计 （ 商丘科技职业学院计算机系 徐忠根 476000 摘要 近年来,瓦斯爆炸事故给煤炭生产带来了极大危害,造成了大量人员伤亡和巨大经济损失。本文所设计的瓦斯爆炸实验装置可以方便检测到某一空间的瓦斯浓度,预防瓦斯超标,不但可以帮助科研人员研究瓦斯特性,而且可以使广大矿工意识到瓦斯爆炸的危险性,增强矿工的安全意识.该装置功能完善、灵敏度高、使用方便灵活，并且具有实时性。 关键词 瓦斯爆炸 传感器 单片机 报警 Abstract In recent years, the gas disaster brought the biggest endanger to the coal production, resulting in a great deal of personnels dead and injured lose with huge economy. The gas explosion experiment device that design in this text can be convenient to examine some one gas density of the space, preventing gas from super mark, not only can help the scientist to study the gas characteristic, but also can make the large miner be aware of the risk of the gas explosion, strengthenning the miners safe consciousness.The equipment function perfect, the intelligent degree is high, and convenience , vivid when use it, and have a solid hour. Keyword the safe of Coal mine ,gas explosion ,Sensor, Single Chip Microcomputer , a machine with sound and light to report to the police 1 系统总体方案设计 1.1 系统的功能要求 本文设计的瓦斯爆炸实验装置应实现以下主要功能 1.适用于井下和井上环境，现场模拟瓦斯爆炸。 2.实时显示瓦斯、氧气和温度 3.瓦斯爆炸浓度可任意设定 4.报警设置3.516CH4，可任意设定 5.红外遥控遥控距离5米 6.声光和语音报警 1.2装置组成框图 本文设计的瓦斯爆炸实验装置主要由红外遥控电路、数据处理中心、人机交流设备、数据采样电路、执行部件及爆炸容器组成，其原理框图如图1.3.1所示。 图1.3.1 装置原理框图 控制中心由单片机构成，为整个装置的数据信息处理与执行控制模块。人机交流设备由键盘和显示器组成，是模拟实验装置与人机信息交换的接口。显示器采用的是LED显示，分别显示氧气、瓦斯浓度和爆炸容器内温度。数据采集电路则由A/D转换器及传感器组成。它是装置获取被测对象状态信息的重要通道。爆炸容器是瓦斯发生爆炸的地方，里面安装有瓦斯传感器、氧气传感器和温度传感器。 1.3工作原理 系统工作时，由传感器组成的数据采集系统分别对容器内的瓦斯和氧气浓度，温度值进行检测，检测输出的微弱的模拟信号通过模拟放大器进行放大，然后进行A/D转换，转换结果输出到单片机的数据端口P0口，并通过外部扩展接口读取转换数据，由LED显示器显示出瓦斯、氧气和温度值。 在模拟瓦斯爆炸试验时，人们通过键盘向装置输入所需模拟爆炸瓦斯浓度值，然后充入瓦斯并加热，当瓦斯达到设定值时，启动声光报警，由单片机控制关闭充瓦斯阀门，然后按动控制器上的点火和确认两个键，随后启动语音报警延时一段时间后点火爆炸。 2 系统电路设计 2.1 单片机在系统中的应用 2.1.1 单片机选型 本设计选用的是AT89C52单片机，性能稳定可靠，与标准MCS-51指令系统及8052产品引脚兼容，功能强大的AT89C52单片机适合多控制应用场合。 2.1.2 时钟电路 在AT89C52的XTAL1和XTAL2两端跨接晶体振荡器和两个电容C1、C2就构成了一个稳定的自激振荡器，电容取C1C220Pf，其发出的时钟脉冲直接送入片定时部件。 2.1.3 复位及看门狗电路 本设计采用MAX813实现看门狗， MAX813在上电时，由第7脚RESET发出一个高电平的脉冲信号，给89C52一个复位信号。MAX813的第6脚WDI接至89C52的P3.0口，89C52正常执行程序时，P3.0每隔1秒向MAX813的WDI脚发出脉冲信号,使它的计数器不断清零,这样第7脚RESET将保持低电平,不影响单片机的正常运行。当89C52出现程序“飞逸”或“死机”时，将无法按时向MAX813发出这个信号，MAX813的计数器溢出，经第八脚发出一信号至第1脚，再由引脚控制RESET引脚向89C52输出一个复位信号，使之自动进入正常的运行状态。 2.2 数据采集系统 2.2.1 传感器 传感器是获取数据和信息的关键器件，是现代信息系统和各种电子装备不可缺少的信息采集手段，本设计主要用到了三个传感器1.瓦斯传感器2.氧气传感器3.温度传感器 2.2.2 A/D转换器 A/D转换器是检测系统中将模拟信号转换为数字信号的重要器件，本文采用的 ADC0809是具有8个通道的模拟量输入的逐次逼近式A/D转换器。 2.3 外围接口及执行机构 2.3.1 扩展I/O口8155 本文采用扩展接口8155， AT89C52单片机可以与8155直接相连，不需要任何外加电路. 2.3.2 执行机构 本文设计的瓦斯爆炸实验装置的执行机构全部由继电器实现连锁控制，其中点火主回路的控制继电器由单片机的P2.0和P2.1脚信号控制。如原理图所示。另外四个继电器通过扩展芯片8155的PC.2PC.5口接八八达林顿晶体管芯片ULN2803控制。. 2.4 键盘及显示单元 键盘是计算机不可缺少的输入设备，是实现人机对话的纽带。 本设计装置采用的28键盘接口图，A 口为输出口，接键盘列线，C口为输入，接键盘的行线。以PC0～PC1接键盘的2条行线。 显示器也是最常用的输出设备,尤其在单片机系统大量使用,本装置采用LED动态共阴极显示。 如原理图中所示，8155的PA口为输出口，控制显示器字形；PB口为输出口，控制键扫描作为键扫描口，同时又作为8位显示器的位扫描输出口；8155的PC.0和PC.1作为输入口，读入键盘数。 2.5其他电路 2.5.1 遥控电路 本设计采用红外遥控集成电路PT2262/2272，在本设计中，应用PT2262构成6路发射电路。 2.5.2 声光报警电路 本设计中使用的报警电路包括声光报警和语音报警两种方式。 发音元件采用压电蜂鸣器，只需在其两条引线上加3V24V的直流电压，蜂鸣振荡音响。P2.3通过74LS14接晶体管基极输入端，当P2.3输出低电平“0”时，晶体管导通，同时二极管发光,压电蜂鸣器两端获得约12V电压而蜂鸣；当P2.3输出高电平“1”时，三极管变为截止状态，蜂鸣器停止发音。 2.5.3 语音报警 当要点火时需要加一个语音报警电路延时一段时间,语音提醒人们瓦斯即将爆炸,并给充足的准备远离爆炸点。该装置采用QX系列语音录放模块QX21。使用时，按住S1，发光管LED点亮发光，表示录音开始，LED熄灭表示录音结束。在放音时，按S2可使放音停止,用单片机的P2.2口驱动语音芯片，可以实现重放。 3.结 论 本文设计的瓦斯爆炸实验装置是以单片机为控制核心的应用系统，采用软硬件结合来实现系统功能。经过论证，本文采用的设计方案是可行的，合理的。所设计的瓦斯爆炸实验装置比起以前的瓦斯监测系统，功能更完善，具有实时性和灵活性。 参考文献 [1]余发山,王福忠编.单片机原理及应用技术.徐州中国矿业大学出版社. 2003.12 [2]郝芸主编.传感器原理与应用.北京电子工业出版社.2002.5 [3] 赵质敏.煤矿瓦斯监测仪器设备实用手册[M].北京煤炭工业出版社, 1993. [4] 王福瑞编著.单片微机测控系统设计大全.北京航空航天大学出版社，1998. 作者简介徐忠根，男，汉族 ，1981年生。毕业于河南理工大学电子信息工程专业，获工学学士学位。现在任商丘科技职业学院计算机系教师，主要从事教学工作，同时从事学院科研工作，研究方向为单片机嵌入式系统、微机控制技术和智能电子产品开发。 5