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基于单片机的瓦斯报警仪设计

2022-01-14

基于单片机的瓦斯报警仪设计

基于单片机的瓦斯报警仪设计 2012 随着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而临着十分严峻的问题。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。 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,目前已经使用的瓦斯报警仪,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,并且需要维护的倒期很短,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白校零、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 整机工作原理 仪器将关联设备送来的电源稳压为5V电压,供给整机电路使用。甲烷气体敏感元件是采用热催化原理探头,电桥供电电压为3V。 黑白元件的工作原理是:黑白元件由测量元件和补偿元件构成,测量元件的表而有黑色的催化剂。工作时黑白元件有工作电流通过而发热,检测到的瓦斯在高温测量元件的催化作用下,发生无焰燃烧。瓦斯浓度值越高,测量元件的温度就越高。测量电桥输出与甲烷浓度成比例的信号电压。电桥信号电压经过放大和AJD转换后,变成数字信号,经单片机处理后,由显示电路显示甲烷浓度值,并经信号输出电路输出相应的频率信号。 报警/断电电路由蜂鸣器、发光二极管和驱动电路构成。当甲烷浓度超过设定的报警点时,仪器会发出声光报警信号。当甲烷浓度超过设定的断电点时,仪器会有断电指令输出,甲烷浓度超过断电点以后,只有当甲烷浓度降低到设定的复电点以下时,仪器才会解除断电指令输出。2系统硬件设计2.1 CPU的选择 本课题设计采用的CPU为AT89C52。AT89C52是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS 8位单片机,片内含8kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器(RAM)。2.2~D转换检测电路 A/D转换器是将连续的量转换成数字量的接口,是计算机控制系统核心、模拟系统和计算机之间的接口。A/D转换器就是将模拟的电压量转换成数字量。ADC的类型繁多,品种规格也相当复杂,但从基本工作原理来分,大体上可以分成积分式(间接)和比较式(直接型)两大类。所谓积分式ADC,是将输入的模拟量(电压)转换成某种中间量(时间间隔或频率),再把中间量变换成数字量,根据量的不同,积分式ADC又可分为电压一时间间隔(v_1)和电压一频率(v_F)式两种,课题采用了双斜积分式A/D转换器。2.3多路开关 多路转换器又称多路开关,是用来切换模拟电压信号的关键元件。利用多路开关将各个输入信号一次的或随机的连接到共用放大器或A/D转换器上。为了提高过程参数的测量精度,对多路开关提出了较高的要求。理想的多路开关,其开路电阻为无穷大,其接通时的导通电阻为0。此外,还希望切换速度快,噪音小,寿命长,工作可靠。本课题采用多路开关405 1与黑白元件相连到检测电路,检测当前的甲烷浓度是否大于提前设置的安全浓度点Ⅲ。2.4显示部分电路 显示部分主要是数据信息、报警提示、修改参数等的显示,显示为系统的一个独立模块,对于外部而言,有输入参数、输出参数的作用。LED工作原理是由4个发光二极管组成,因此也称之为4段LED显示。另外,显示器中有一个圆点型发光二极管,用于显示另外,显示器中有一个圆点型发光二极管,用于显示小数点。通过4个发光二极管亮暗的不同组合,可以显示多种数字、字母以及其他符号。LED显示器中的发光二极管,共有两种连接方法:共阳极接法和共阴极接法。本系统选用共阴极接法的LED显示器13]。3 软件设计 通过A/D TLCl549对数据的读取。单片机通过TLCl549 A/D转换器对信号进行采集,是软件系统设计中最核心的部分。这一部分主要分为启动TLCl549并等待中断后读数、A/D转换后读数这两个主要部分。主程序中利用原地踏步来等待采样完成。4 结束语 本设计主要是针对煤矿瓦斯浓度而进行报警及自动调节。该系统以单片机AT89C52为控制核心,通过瓦斯浓度传感器将井下瓦斯浓度传给单片机,单片机通过逻辑运算判断瓦斯浓度是否超过设定值,如果超过,则发出声光报警。通过一个月的井下使用情况表明,发现该瓦斯报警仪反应灵敏,操作简单,能够在井下各种复杂条件下24 h不间断工作,对预防瓦斯事故的发生,具有举足轻重的作用。

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