基于STC89C52的矿井瓦斯报警系统Word文档格式.docx
《基于STC89C52的矿井瓦斯报警系统Word文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于STC89C52的矿井瓦斯报警系统Word文档格式.docx（26页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
关键词：
CPU，A/D转换电路，敏感元件，报警
Abstract
Thispaperdesignsgasalarmmonitor,whichisaccordingtocatalyticprinciple.Itisapplicabletosmallandmedium-sizedcoalmineinthemeasurementofworkplaceairconcentrationofgas.Apparatus,whichisaccordingtogasconcentrationalarmlimit（1%）,carryoutsoundandlightalarm.ApparatusconsistsofCPU,sensitiveelement,A/Dconversioncircuit,displaycircuitandalarmcircuit.CPU,whichisthecoreofthemonitor,finishesdata’sacquisition,processing,output,displayandotherfunctions;
sensitiveelementthatisusedoftheaccuratedetectionofgascontentisoneofthemaincomponents,anditsoutputisthevoltagesignalwhichiscorrespondingtothegas-concentration;
A/DconversioncircuitexportstheamplifiedvoltagesignalfromtheanalogsignalintodigitalsignaltotheCPU;
displaycircuitdisplaysthereal-timegas-concentration;
thealarmcircuitalarmstothelimitedgas-concentration.Theapparatusischaracterizedbyawidemeasurementrange,highprecision,reliabilityandgoodstability.Itisthatparametermeasurementisaccurate,theminegas-concentrationmonitor.
Keywords:
CPU;
A/Dconvertercircuit;
Sensitivecomponents;
Alarm.
目录
第一章绪论1
1.1本课题的研究背景及意义1
1.2国内外发展概况及研究方向2
1.3研究设计的目标3
1.4方案选择3
1.4.1控制器选择分析3
1.4.3显示模块选择分析5
1.4.4按键模块选择分析6
1.5可行性分析6
第二章系统整体设计7
2.1系统结构框图7
第三章系统硬件设计8
3.1单片机最小系统8
3.1.1电源电路8
3.1.2复位电路9
3.1.3时钟电路9
3.2电源模块10
3.3采集模块11
3.4A/D转换模块11
3.5显示模块12
3.6按键模块13
3.7报警模块14
第四章系统软件设计15
4.1主程序设计15
4.1.1控制主程序设计15
4.1.2数据处理子程序设计17
4.1.3数据显示子程序设计17
4.1.4按键子程序设计18
第五章系统调试20
5.1硬件调试20
5.2软件调试21
结论23
致谢24
参考文献25
附录一27
附录二28
第一章绪论
1.1本课题的研究背景及意义
从我国煤炭生产的现状及我国能源结构战略规划均可看出，在本世纪中叶以前，煤炭仍将是支持我国国民经济发展的主要能源。
煤炭生产作为我国能源工业的支柱，其地位将是长期的，稳定的。
但是，目前煤炭工业的安全生产状况却很差，其中之一便是有害气体的危害性，包括CH4，瓦斯，SO2等。
瓦斯（CH4）是煤矿井下危害最大的气体，它是在成煤过程中形成并大量贮存于煤层之中的气体，无色、无味，有易燃、易爆等特点。
瓦斯的危害主要表现为三个方面：
第一、瓦斯浓度过高，对工人身体健康造成伤害，表现为缺氧，呼吸困难，窒息等；
第二、瓦斯煤尘爆炸，瓦斯爆炸所产生的巨大冲击波和高温火焰，往往导致群死群伤，而且扬起的煤尘又会参与爆炸，摧毁巷道，毁坏设备，甚至毁灭整个矿井，给国家和人民生命财产造成巨大损失。
第三、大量的瓦斯排入大气，污染大气环境。
目前我国已经使用的瓦斯报警矿灯具有体积小、结构简单、安装方便等优点，但存在的问题是传感器漂移大，要定期维护，并且需要维护的周期很短；
维护方法复杂，成本较高，抗机械干扰能力较差。
为了解决这些问题，本课题在分析模拟式瓦斯报警器特点的基础上，充分利用51单片机的强大功能，对瓦斯浓度进行实时采集、数据处理，对瓦斯传感器进行实时自校零、非线性补偿，对提高瓦斯检测的可靠性和系统的性价比具有十分重要的意义。
1.2国内外发展概况及研究方向
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。
国外的监控系统技术虽然高于国内发展水平，但应用于国内煤矿尚有一定的局限性，如煤矿管理模式生产方式的不同，价格过高等。
因此，除在传感器技术方面可供借鉴外，其它仅具一定的参考价值。
我国监测监控技术应用较晚，8年代初，从波兰、法国、德国、英国和美国等引进了一批安全监测系统，装备了部分煤矿在引进的同时，通过消化、吸收并结合我国煤矿的实际情况，先后由重庆煤科院、辽宁抚顺煤科院等国内知名煤矿科学研究所研制出KJ2、KJ4、KJ8、KJ10、KJ13、KJ19、KJ38、KJ66、KJ75、KJ80、KJ92、KJ95、KJ101等煤矿有害气体监测系统，在我国煤矿己有大量使用，但其中很大一部分仪表的传输数据是模拟方式，将气体浓度转化为脉冲量，易受矿井下强电磁设备干扰，造成监测结果不准确，易出现误报警等现象。
1.3研究设计的目标
设计一个矿井瓦斯报警系统。
采用MQ-2气敏传感器进行采集，并将检测到的模拟信号转化为电压信号输出出来。
然后再将电压信号输入到ADC0809进行A/D转换变换成数字信号，并在51单片机的控制下将其输入，然后在内部软件编程下进行数值变换处理。
在单片机进行完数据处理后就将其结果输出显示，从而显示出瓦斯气体的浓度，其中显示部分我们采用12864的液晶显示屏，用于显示瓦斯浓度值。
从而实现瓦斯浓度超限（浓度超限预警值可键盘控制输入）则在单片机的控制下进行声光报警。
提醒生产人员离开，避免生产事故。
1.4方案选择
1.4.1控制器选择分析
控制器主要用于采集数据的接受和处理，控制按键模块和显示模块，是整个系统的核心部分。
由于处理数据比较简单，所以列出以下两种方案，对其进行论证、分析、选择。
方案一：
采用STC公司的STC89C52，STC89C52单片机支持在线编程，易于操作，价格便宜，技术成熟，应用广泛。
完全满足该系统的各项数据处理。
方案二：
采用ATMEL公司的ATmega128。
ATmega128是一款基于AVR内核，采用RISC结构，高性能，低功耗CMOS的8位单片机。
32个通用工作寄存器，53个通用I/O口，实时时钟计数器（RTC）,4个带有比较模式灵活的定时器/计数器，2个可编程的USART接口，1个8位面向字节的TWI（IIC）总线接口等，功能全面。
综合上述两种方案，考虑到成本，功耗，硬软件的成本，系统设计的难易程度，我选择方案一。
1.4.2瓦斯检测设备选择分析
该部分主要勇于数据的采集，而采集设备有很多种，所以列出以下五种方案，对其进行论证、分析、选择。
光干涉式。
光干涉式是利用光波对空气和瓦斯折射率不同所产生的光程差，引起干涉条纹移动来实现对不同瓦斯浓度的测定。
其优点是准确度高，坚固耐用，校正容易，高低浓度均可测量，还可测量二氧化碳浓度；
其缺点是浓度指示不直观，受气压温度影响严重；
光学零件加工复杂，成本较高和实现自动检测较困难。
热催化式。
热催化式是利用瓦斯在催化元件上的氧化生热引起其电阻的变化来测定瓦斯浓度。
其优点是元件和仪器的生产成本低，输出信号大，对于1%气样，电桥输出可达15mV以上，处理和显示都比较方便，所以仪器的结构简单，受背景气体和温度变化的影响小，容易实现自动检测。
其缺点是探测元件的寿命较短，不能测高浓度瓦斯，硫化氢及硅蒸气会引起元件中毒而失效。
目前国内外检测瓦斯的仪器广泛采用这一原理。
方案三：
热导式。
热导式是利用瓦斯与空气热导率之差来实现瓦斯浓度的测定。
其优点是热导元件和仪器设计制作比较简单，成本低、量程大，可连续检测，有利于实现自动遥测，被测气体不发生物理化学变化，读数稳定，元件寿命长。
其缺点是测量低浓度瓦斯时输出信号小，受气温及背景气体的影响较大。
方案四：
红外线式。
红外线式是利用瓦斯分子能吸收特定波长的红外线来测定瓦斯浓度。
其优点是采用这一原理的仪器精度高，选择性好，不受其它气体影响，测量范围宽，可连续检测；
其缺点是由于有光电转换精密结构，使制造和保养产生困难，而且体积大，成本高，耗电多，因此推广使用受到一定限制。
方案五：
气敏半导体式。
气敏半导体的种类较多，如氧化锡、氧化锌等烧结型金属氧化物。
这一原理是利用气敏半导体被加热到200℃时，其表面能够吸附瓦斯而改变其电阻值来检测瓦斯浓度。
其优点是对微量瓦斯比较敏感，结构简单、成本低。
但当浓度大于1%CH4时，其反应迟钝，选择性和线性均较差，所以很少用于煤矿井下瓦斯浓度的检测，而多用于可燃气体的检漏报警。
综合上述五种方案，考虑到成本，功耗，硬软件的成本，系统设计的难易程度，我选择方案二。
并采用MQ—2气敏传感器。
该传感器在较宽的浓度范围内对可燃气体有良好的灵敏度，对液化气、丙烷、氢气的灵敏度较高，长寿命、低成本，简单的驱动电路即可的特点。
1
升级会员 