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基于单片机的瓦斯报警器的设计.doc

发布时间：2022-06-08 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.75M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    摘要
    ABSTRACT
    1 绪论
    1.1引言
    1.2系统简介
    2 系统原理介绍
    2.1电路简介
    2.1.1 恒温控制信号取样电路
    2.1.2 锯齿波发生电路
    2.1.3 电压比较电路
    2.1.4 脉冲电压稳幅电路
    2.1.5 声光报警电路
    2.1.6
    2.2变流瓦斯检测方法的原理
    2.2.1变流瓦斯检测方法的基本思想
    2.2.2变流瓦斯检测方法的原理
    2.2.3
    智能瓦斯监测仪原理框图
    3 硬件电路介绍
    3.1甲烷传感器
    3.1.1 KG9701型智能低浓度沼气传感器
    3.1.2 高浓度瓦斯传感器(国产) 型号:ZR14-GJW4/100
    3.2 ADC0809引脚图与接口电路
    3.2.1 A/D转换器芯片ADC0809简介
    3.2.2. ADC0809的内部结构
    3.2.3．信号引脚
    3.2.4 MCS-51单片机与ADC0809的接口
    3.2.5 A/D转换应用举例
    3.3 87c552简介
    3.3.1 87c552概述
    3.3.2 主要特性
    3.3.3 管脚说明
    3.3.4 振荡器特性
    3.3.5 芯片擦除
    3.4 部分原件简介
    3.4.1 数据存储器6264
    3.4.2 程序存储器2764
    3.4.3 555
    3.4.4 74LS138
    3.4.5 74LS373
    3.6 LCD显示器
    3.6.1 LCD显示器
    3.6.2 LCD显示器的工作原理
    4 PID控制
    4.1 PID控制器介绍
    4.2 PID控制实现
    5 软件流程图
    总结
    参考文献
    致谢
    本科毕业设计说明书 基于单片机的井下瓦斯浓度智能传感器的设计 BASED ON THE UNDERGROUND GAS DENSITY SINGLE-CHIP MICROCOMPUTER INTELLIGENT SENSE ORQAN DESIGN 学 院： 专业班级： 学生姓名： 指导老师： 年 月 日
    基于单片机的井下瓦斯浓度智能传感器的设计 摘要 随着我国经济的快速发展，各行各业对煤炭的需求急剧增加，而各种矿难事故的发 生，使得煤炭安全生产面临严峻的挑战。这篇文章就是针对导致矿难频发的瓦斯浓度进 行监控而设计的。 在文章里，我针对瓦斯的特点，设计出同时监测高低浓度的瓦斯系统，全天候不 间断的对井下瓦斯浓度进行监测。同时采用声光报警系统，一旦瓦斯超标，系统立即提 醒正在井下作业的工人紧急撤离，避免人员伤亡，并且还运用红外遥控系统来进行远程 监控。设计这种智能传感器采用闭环控制来确保采样的平稳。 该传感器以 AT87C552 单片机为核心，实现对瓦斯的检测、报警和控制，安全可靠， 经久耐用，适合各类煤矿瓦斯的监控，可以大大降低煤矿事故的发生，降低企业成本， 提高煤炭开采率，为我国煤炭事业做出贡献。 关键词：瓦斯，AT87C552，PID 控制器 I
    安徽理工大学毕业设计 BASED ON THE UNDERGROUND GAS DENSITY SINGLE-CHIP MICROCOMPUTER INTELLIGENT SENSE ORQAN DESIGN ABSTRACT With the rapid development of China's economy, various industries on the sharp increase in the demand for coal. but each kind of mining accident's occurrence, causes the coal safety in production faced with the stern challenge. This piece of article aims at the gas to carry on the monitoring to design. In the article, I in view of the gas characteristic, design simultaneously monitor the height density the gas system, all-weather uninterrupted carries on the monitor to the mine shaft gas density. Simultaneously uses the acousto-optics alarm system, once gas exceeding the allowed figure, the system reminds the downhole operation worker to evacuate urgently immediately, avoids the personnel casualty. Also put to use infrared remote-control system carry through long-distence supur risory control. Design this intelligent sensor adopt close-cycle control insure sampling placidity. This system take at87C552 monolithic integrated circuit as a core, realizes to the gas examination, the warning and the control, safe reliable, durable, suits each kind of coal mine gas the monitoring, may reduce coal mining accident's occurrence greatly, reduces the private costs, raises the coal recovery ratio, makes the contribution for our country coal enterprise. KEYWARDS: gas, AT87C552, PID controller II
    目录 摘要（中文） ..............................................................I 摘要（英文） .............................................................II 1 绪论 ....................................................................1 1.1 引言 ...............................................................1 1.2 系统简介 ...........................................................2 2 系统功能介绍 ............................................................3 2.1 性能描述 ...........................................................3 2.2 系统框架结构 ........................................ 错误！未定义书签。 3 硬件电路介绍 ...........................................................12 3.1 甲烷传感器 ........................................................12 3.1.1 KG9701 型智能低浓度沼气传感器 ............................. 12 3.1.2 高浓度瓦斯传感器(国产) 型号:ZR14-GJW4/100 ...................13 3.2 ADC0809 引脚图与接口电路 .........................................14 3.2.1 A/D 转换器芯片 ADC0809 简介 ................................. 14 3.2.2. ADC0809 的内部结构 ......................................... 16 3.2.3．信号引脚 ...................................................17 3.2.4 MCS-51 单片机与 ADC0809 的接口 ............................... 18 3.2.5 A/D 转换应用举例 ........................................... 22 3.3 AT89C51 简介 .....................................................22 3.3.1 AT89C51 概述 ................................................ 22 3.3.2 主要特性 ....................................................23 3.3.3 管脚说明 ....................................................24 3.3.4 振荡器特性 .................................................25 3.3.5 芯片擦除 ....................................................25 3.4 8155 简介 .........................................................29 3.4.1 8155 各引脚功能 ............................................. 29 3.4.2 8155 的地址编码及工作方式 .................................. 30 3.4.3 8155 的定时/计数器 ......................................... 30 3.5 3.6 DAC0832 介绍 ....................................................31 LED 显示器 .......................................................35 3.6.1 LED 显示器的结构 ............................................ 35 3.6.2 LED 显示器的工作原理 ........................................ 37 i
    安徽理工大学毕业设计 4 PID 控制 .............................................................. 38 4.1 PID 控制器介绍 ....................................................38 4.2 PID 控制实现 ......................................................43 5 软件流程图 .............................................................46 总结 .....................................................................48 参考文献 .................................................................49 致谢 .....................................................................50 ii
    1 绪论 1.1 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。为了防止瓦斯爆炸事故的发生，除了加强井下作业人员的管 理，改善井下的作业环境外，还必须建立一个性能可靠的瓦斯监控系统。 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（5%～12%）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。 矿井瓦斯监测监控技术是伴随着煤炭工业发展而逐步发展起来的。1815 年，英国 发明的世界上第一种瓦斯监测仪器——瓦斯检定灯。利用火焰的高度来检测瓦斯浓度； 20 世纪 30 年代，日本发明了光干涉瓦斯检定器，一直沿用至今；20 世纪 40 年代，美 国研制了检测瓦斯浓度的敏感元件—铂丝催化元件；1954 年，英国采矿安全所研制了最 早的载体催化元件。电子技术的进展推动了瓦斯检测控制装置的进一步发展，如 20 世 纪 70 年代后期法国研制的 CTT63/40U 矿井监控系统、英国的 MINOS 系统、美国的 SCA —DA 系统等。 我国矿井瓦斯监控技术经历了从简单到复杂、从低水平到高水平的发展过程。从 新中国成立初期到 20 世纪 70 年代，煤矿下井人员主要使用光学瓦斯检定仪、风表等携 带式仪器检测井下环境参数。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。 传统的煤矿瓦斯监控系统大体可以分为两大部分：井下部分和井上部分。井下部分 1
    安徽理工大学毕业设计 主要通过各种检测设备（各种传感器，如风量传感器、负压（压力）传感器、一氧化碳 传感器和矿用设备开停传感器等）来采集井下各种气体的浓度与含量、井下空气状况、 设备的运转情况等数据，然后通过现场总线将数据传输到井上。在井上，井下传上来的 数据通过专线与煤矿安全管理办公室服务器和更高一级安全主管部门服务器连接。服务 器上面运行的是监控软件。上面有井下每一个传感器的标签，所显示的数据通过上传数 据的改变而不断刷新。同时，监控软件还可以对这些数据进行汇总、处理、分析和存档， 可以作为相关负责人员决策的重要依据。并且监控软件具有超标自动报警功能，用来提 示工作人员对设备的故障或现场瓦斯浓度情况，以及时采取措施，避免重大事件的发生。 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。 1.2 系统简介 我设计的是基于单片机的井下瓦斯浓度智能传感器，该系统以单片机 AT87C552 为 核心，包含甲烷浓度采样器、把 220V 的交流电转换成 5V 的直流电源、红外遥控系统、 存储器的扩展、LCD 显示器和报警装置等组成。该传感器可以有效的监测井下低浓及高 浓瓦斯，试用范围非常广泛。监测到的信息传输到单片机，经单片机处理后发出指令， 如果瓦斯超过规定值，该系统可以立即发出声光报警并自动发出执行指令以降低瓦斯浓 度。 该系统可有效的降低瓦斯事故发生率，，结构灵活，扩展性强，具有较高的性价比， AT87C552 的应用实现了电子硬件设计的“软件化”，大大的提高了系统的可靠性和抗干 扰能力，非常实用于各种大小煤矿井下瓦斯的监测监控，性能优良，经久耐用，可靠性 高。 2
    安徽理工大学毕业设计 2 系统原理介绍 图 2.1 原理框图 2.1 电路简介 根据上节所述的变流瓦斯检测原理，设计了如图 7 所示的变流瓦斯检测电路，该电 路主要由电桥不平衡信号取样电路、锯齿波发生电路、电压比较器和脉冲稳幅电路四个 部分组成。 Fig7 methane detecting circuit on variable current 图 7 变流检测电路 3
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