最新便携式瓦斯检测仪设计

便携式瓦斯检测仪设

计

摘要

在我国，煤炭业绝大多数是井下开采，瓦斯爆炸是煤矿重大灾害事故之一，为了确保矿井的生产安全，国内已开发出很多种类型的瓦斯检测仪，但传统的瓦斯检测仪都普遍存在着体积较大、安装复杂的缺点。因此开发研制便携式智能瓦斯检测仪对促进煤炭行业的安全生产具有重要的意义。

本文主要论述了一种便携式瓦斯检测仪的工作原理，并给出了系统硬件原理电路设计与软件系统流程。该系统主要由电源模块、催化燃烧式气体传感器模块、单片机控制模块、键盘、LED显示器和声光报警模块等部分构成。该装置将单片机的适时控制及数据处理功能与传感技术相结合，不仅可精确检测井下空气中的瓦斯浓度，还能根据瓦斯浓度的大小及时发出声光报警信号，而且可通过LED显示装置显示出瓦斯的浓度。

关键词：瓦斯检测；MJC4/3.0L气体传感器；AT89C51单片机

Abstract

In China, the vast majority of underground coal mining industry, coal mine gas explosion is one of major disasters, in order to ensure mine safety, the domestic has developed many types of gas detector, but all the traditional common a larger, installation of complex defects. Therefore developed a portable gas detector intelligent coal industry to promote safety is of great significance.

This paper discusses a portable gas detector works, and gives the principle of circuit design hardware and software system processes. The system mainly consists of power supply module, catalytic combustion gas sensor module, microprocessor control module, keyboard, LED display and sound and light alarm module parts. The device will be single chip control and timely data processing combined with sensor technology can not only accurately detect the concentration of gas underground in the air, but also according to the size of the gas concentration in time audible and visual alarm signals, and can be displayed through the LED display device the gas concentration.

Key words: Gas detection; MJC4/3.0L gas sensor; AT89C51 microcontroller

目录

第1章概述 (1)

1.1 课题的研究目的和意义 (1)

1.2 国内外发展状况 (1)

1.3 课题研究的主要内容 (2)

第2章瓦斯的性质和爆炸条件及其检测方法 (3)

2.1 瓦斯的性质 (3)

1mol的沼气完全氧化后，放出的热量和理论值为882.6kj。正是由于瓦斯的性质特殊，所以它也具有两面性，例如矿井瓦斯作为城市煤气供应、矿井瓦斯发电等；但矿井瓦斯在井下的生产中却给我们带来了很大的麻烦，被我们列为有害气体[2]。 (3)

2.2 瓦斯爆炸及其条件 (3)

2.3 瓦斯的检测方法 (4)

此法是在六十年代初期研制成功的。它是利用某些金属氧化物在加热条件下其薄膜电阻随接触的可燃性气体浓度的增加而下降的特性来实现对可燃气体的检测。半导体气敏器件灵敏度高，当混合气体中待测气体的含量不到千分之一时，器件的阻值就会发生足够大的变化，并且它具有结构简单、使用方便、价格便宜等优点，因而在检漏、报警、分析测量等方面获得广泛应用。但半导体气敏器件在低浓度下灵敏度高，而在高浓度下器件的电阻变化较小，所以，它只适合检测低浓度微量气体。 (5)

光学瓦斯检测仪是采用光干涉原理，测定沼气和二氧化碳等多种气体的一种便携式检测仪器。如图2-1所示。表示两个相干波列，相干波列会在相遇的区域内产生干涉现象，这种现象又称波的干涉。 (5)

两个相干波在相遇的干涉区域内，某些点的振动始终加强，而另一些的振动始终减弱，在加强处产生亮条纹，而在减弱处产生暗条纹。 (5)

此法是利用甲烷和空气对光在气室中的光程差的变化来测定甲烷浓度。光干涉式瓦斯检测仪具有结构简单，安全性好，测量精度高，寿命长，使用可靠，适用气种广泛，故障少等优点，客观存在的主要缺点是测量时受环境气压和温度的影响；测量时受背景气体影响，目前，一些国内外研究者致力于用线阵CCD摄像器件实现光电转换，将干涉条纹的位移量转换成电信号输出。但所有与大气折射率不同的气体与瓦斯一样，也均会产生干涉条纹，造成误检测，这是无法克服的缺点。 (5)

(5)

第3章硬件电路设计 (9)

3.1 系统硬件设计原理框图 (9)

3.2 传感器的选择 (10)

3.3 信号放大模块设计 (11)

3.4 A/D转换模块设计 (13)

3.5 单片机的选择 (16)

3.6单片机的复位电路及看门狗电路设计 (18)

这节内容是详细说明一下，单片机的复位电路以及看门狗电路的设计。 (18)

3.7 LED显示电路设计 (21)

3.8 键盘与接口技术 (24)

3.9 报警电路设计 (25)

3.10 电源设计 (26)

第4章系统软件设计 (28)

本章主要介绍了系统主程序流程图、A/D转换程序流程图、LED显示子程序流程图和键盘扫描子程序流程图。源程序见附录2。 (28)

4.1 系统主程序流程图 (28)

系统所要实现的功能是将从传感器输出的微弱电信号通过信号放大器后的电压信号送入ADC0809进行A/D转换，并把转换后的数字量进行一定处理，转化为瓦斯浓度数值，通过单片机送LED显示器。系统主程序流程图如图4-1所示。

(28)

4.2 A/D 转换程序流程图 (29)

4.3 LED 显示子程序流程图 (29)

4.4 键盘扫描子程序流程图 ................................................................................................... 30 结论 .. (32)

参考文献 (33)

致 谢 (34)

附录1 (35)

附录2 (36)

Y

第1章概述

1.1 课题的研究目的和意义

煤矿中含有大量的易燃易爆气体，发生事故后会造成巨大的经济损失，甚至危及矿工的生命。随着煤矿开采技术手段的不断改进和开采规模的扩大及开采深度的不断延伸，安全上的隐患也越来越多。瓦斯事故在煤矿事故中所占的比例越来越高。因此不把瓦斯事故控制住，就不能实现煤矿安全生产状况的稳定好转，也就无法保障煤炭工业的持续健康发展。所以，对煤矿中的瓦斯气体进行快速准确的检测显得尤其重要，对瓦斯气体检测仪表的研究和开发也一直是人们关注的问题。

为了确保矿井的生产安全，防止瓦斯爆炸，国内外煤矿研究所在此领域进行了很长时间的研究，开发出很多种类型的瓦斯检测仪，但目前已有的瓦斯检测仪器都普遍存在着体积较大、安装复杂、操作不便、智能化程度低等缺点。因此开发研制便于携带、多功能、精度高的智能型瓦斯检测仪对促进煤炭行业的安全生产具有重要的现实意义。

1.2 国内外发展状况

瓦斯检测技术是随着煤炭工业发展而逐步发展起来的。1815年，英国发明了世界上第一种瓦斯检测仪器——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