基于單片機(jī)的瓦斯報(bào)警系統(tǒng)

1、石家莊科技信息職業(yè)學(xué)院畢 業(yè) 論 文題目： 基于單片機(jī)的瓦斯報(bào)警系統(tǒng) 學(xué) 號(hào)： 姓 名： 專業(yè)班級(jí)： 指導(dǎo)教師： 完成日期： 目錄一. 緒論.1二. 瓦斯報(bào)警器的發(fā)展及組成應(yīng)用.3（一）瓦斯的組成.4（二）瓦斯報(bào)警器的工作原理.5（三）信號(hào)顯示.7三.單片機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用.8（一）.單片機(jī)的特點(diǎn).8（二）單片機(jī)的應(yīng)用原理.9四. 瓦斯?jié)舛鹊臋z測(cè).10五.整機(jī)工作過(guò)程.13六.總結(jié).14參考文獻(xiàn).17附錄.18謝詞.23一.緒論隨著采礦技術(shù)的不斷發(fā)展，井下作業(yè)的安全越來(lái)越有保障，但是仍然有許多采礦企業(yè)的機(jī)械化程度低，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采礦的工作人員的生命安全造成潛在的威脅，特別是針對(duì)瓦斯氣體的檢測(cè)和報(bào)警仍舊存

2、在隱患，每年由于瓦斯泄露造成的特大事故依然很多。為避免人為因素造成爆炸事故的發(fā)生，開(kāi)發(fā)研制出電話自動(dòng)監(jiān)控瓦斯和氧氣報(bào)警器。它能在瓦斯超限時(shí)或在礦井中缺少氧氣并低于報(bào)警限時(shí)進(jìn)行聲光報(bào)警，并且自動(dòng)撥通煤礦安全局主要負(fù)責(zé)人電話，告知井下瓦斯和氧氣超限的實(shí)際情況，使安全局主要負(fù)責(zé)人對(duì)礦主、安檢員、某些礦的負(fù)責(zé)人進(jìn)行監(jiān)管，督促他們認(rèn)真貫徹煤礦安全規(guī)程，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)管功能。該設(shè)備還具有強(qiáng)迫顯示報(bào)警參數(shù)和動(dòng)態(tài)顯示節(jié)能功能，并能方便地觀測(cè)瓦斯和氧氣的含量。它是一種新型的煤礦安全監(jiān)控設(shè)備。由于安全燈的構(gòu)造簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，使用壽命長(zhǎng)，一百多年來(lái)一直被沿用下來(lái)，至今仍在許多國(guó)家使用。從1675年英國(guó)北威爾士欣煤礦發(fā)生

3、的第一次瓦斯爆炸礦難起，世界各國(guó)開(kāi)始更進(jìn)一步關(guān)注對(duì)瓦斯檢測(cè)報(bào)警的相關(guān)安全研究，一直以來(lái)，光干涉瓦斯檢定器在我國(guó)和日本使用比較廣泛，自20世紀(jì)30年代以來(lái)，已經(jīng)連續(xù)使用了數(shù)十年，至今仍在某些礦井的瓦斯檢測(cè)中使用。目前，在瓦斯檢測(cè)儀總占主導(dǎo)地位的是催化瓦斯檢測(cè)儀，據(jù)最早文獻(xiàn)記載，1943年以前美國(guó)已制成VCC瓦斯測(cè)量?jī)x，后日本在鉑絲元件上加上涂有催化劑的載體小珠，制成最早的載體催化元件并利用這種原件制成了北辰型瓦斯指示器。1958年法國(guó)Cherchar研究所已研制成功利用AI2O3為載體，鈀Pd、釷Th為催化劑的載體催化元件，獲得了較好的催化性能。1961年英國(guó)礦山安全研究所采用新的工藝，改進(jìn)了載

4、體催化元件的性能。從此，催化瓦斯傳感器進(jìn)入了其發(fā)展過(guò)程中的全盛時(shí)期。1961年以后，英、美、法、日、德、前蘇聯(lián)等國(guó)家又對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)研究，并從此作為瓦斯檢測(cè)的主要工作方向。我國(guó)催化型瓦斯傳感器的研究工作起步稍晚，大至可以分為三個(gè)階段。第一階段工作，國(guó)內(nèi)第一臺(tái)催化原理的瓦斯報(bào)警器是1958年出現(xiàn)，采用鉑絲元件位傳感器，。1961年由北京勞動(dòng)保護(hù)研究所和撫順煤礦安全儀器廠協(xié)作開(kāi)展了研究工作。1964年研制出我國(guó)第一個(gè)達(dá)到實(shí)用水平的載體催化元件，接著制成了以這種原件喂傳感器的AQR-1型瓦斯測(cè)量?jī)x。 該系統(tǒng)由兩臺(tái)DRS4型計(jì)算機(jī)控制，共有128個(gè)測(cè)頭。由此可以看出，當(dāng)前國(guó)際催化型傳感器的主要發(fā)展方向，

5、首先是在運(yùn)用中分別向適應(yīng)小型化個(gè)人攜帶儀器和大型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的方向發(fā)展。這就是說(shuō)，要研制低功耗、高穩(wěn)定性、長(zhǎng)壽命、連續(xù)使用的元件。在這些要求中，努力提高元件的穩(wěn)定性、延長(zhǎng)使用壽命是中心課題。另一個(gè)發(fā)展方向是研究抗毒能力強(qiáng)的元件。由于采用篩選催化劑配方和改進(jìn)工藝的方法提髙穩(wěn)定性已經(jīng)收獲不大了。必須進(jìn)一步在研究工作中探索元件催化劑及載體的變化規(guī)律，找出引起活性下降的根本原因，為此需要深入研究催化劑價(jià)態(tài)、顆粒大小、表面狀態(tài)及載體的晶型變化和顆粒大小變化，而這種深入的研究采用以前的檢驗(yàn)手段已經(jīng)不行了，必須采用先進(jìn)的技術(shù)，進(jìn)入催化劑的微觀世界，探索其變化規(guī)律，目前與此有關(guān)的現(xiàn)代分析技術(shù)主要有光電子能譜

6、、掃描電子顯微鏡、X射線衍射、電子順磁共振等技術(shù)，雖然世界各國(guó)在此方面的研究不同程度的都有了些許初步的成果，但是其研究工作具有一定的探索性，關(guān)于深入研究元件工作過(guò)程中催化劑和載體變化規(guī)律的研究報(bào)告或文章，卻少見(jiàn)發(fā)表。總體上看，國(guó)內(nèi)外的瓦斯智能報(bào)警系統(tǒng)都在不斷進(jìn)行著跟新。而由于瓦斯?jié)舛冗^(guò)高引起爆炸的事故一直居高不下，以至于煤礦對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的需求也越來(lái)越大，據(jù)中國(guó)煤炭報(bào)統(tǒng)計(jì)，全國(guó)共有大小煤礦60000多個(gè)，從業(yè)礦工800多萬(wàn)。根據(jù)煤礦三班作業(yè)的實(shí)際情況，目前至少需要300萬(wàn)個(gè)瓦斯報(bào)警器，可見(jiàn)其市場(chǎng)之廣闊。但由于某些技術(shù)上的不足，導(dǎo)致一些關(guān)鍵問(wèn)題沒(méi)有能夠解決。由于瓦斯氣體本身的危險(xiǎn)性和對(duì)人民生產(chǎn)生活造

7、成的巨大危害，因此對(duì)瓦斯氣體的檢測(cè)和報(bào)警是一項(xiàng)必要的工作。瓦斯報(bào)警是指利用氣體傳感器技術(shù)，將檢測(cè)到的瓦斯氣體濃度和標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，當(dāng)高過(guò)一定濃度值時(shí)候進(jìn)行相應(yīng)的聲光報(bào)警，提醒正在作業(yè)的人員進(jìn)行相應(yīng)的處理，組織人員撤離或?qū)ΦV井通風(fēng)排氣，避免不安全事故的發(fā)生，對(duì)現(xiàn)在采礦業(yè)的安全起著非常重要的作用。本文所設(shè)計(jì)一種低成本的可燃性氣體報(bào)警器設(shè)計(jì)，能夠監(jiān)控礦井的瓦斯氣體的濃度，顯示測(cè)量結(jié)果，并對(duì)當(dāng)前的環(huán)境狀態(tài)做出判斷，發(fā)出報(bào)警信息。因此結(jié)合微處理技術(shù)研制新型的智能瓦斯監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)將是現(xiàn)在乃至今后的世界面臨的重要問(wèn)題在煤礦井下生產(chǎn)環(huán)境中，需要對(duì)瓦斯、一氧化碳等環(huán)境參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)?，F(xiàn)有的監(jiān)測(cè)設(shè)備，都是采用數(shù)字顯

8、示或燈光顯示的方式來(lái)提供測(cè)試數(shù)據(jù)的，這在環(huán)境狹窄、能見(jiàn)度差的井下工作面很不方便。采用直接的語(yǔ)音播報(bào)方式，可以主動(dòng)向現(xiàn)場(chǎng)人員提供各種信息，遇到危險(xiǎn)情況還能作為緊急廣播使用。這對(duì)于提高安全意識(shí)、避免重大傷亡事故具有重要意義。為避免人為因素造成爆炸事故的發(fā)生，開(kāi)發(fā)研制出電話自動(dòng)監(jiān)控瓦斯和氧氣報(bào)警器。它能在瓦斯超限時(shí)或在礦井中缺少氧氣并低于報(bào)警限時(shí)進(jìn)行聲光報(bào)警，并且自動(dòng)撥通煤礦安全局主要負(fù)責(zé)人電話，告知井下瓦斯和氧氣超限的實(shí)際情況，使安全局主要負(fù)責(zé)人對(duì)礦主、安檢員、某些礦的負(fù)責(zé)人進(jìn)行監(jiān)管，督促他們認(rèn)真貫徹煤礦安全規(guī)程，實(shí)現(xiàn)電話自動(dòng)監(jiān)管功能。在瓦斯檢測(cè)報(bào)警器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，傳感器為一項(xiàng)主要的部件。由于傳感

9、器是獲取信息的工具，是信息技術(shù)（包括傳感與控制技術(shù)、通訊技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)）的三大支柱之一，位于信息系統(tǒng)的最前端，其特性的好壞、輸出信息的可靠性對(duì)整個(gè)系統(tǒng)質(zhì)雖至關(guān)重要，因此目前，世界各國(guó)一直把發(fā)展智能化傳感器作為研究課題，投入大量人力物力進(jìn)行開(kāi)發(fā)研究。智能傳感系統(tǒng)與傳統(tǒng)傳感器相比，具有高精度、高可靠性、高性能價(jià)格比、多功能化等優(yōu)點(diǎn)，它代表了傳感器的發(fā)展方向，是傳感器克服自身落后向前發(fā)展的必然趨勢(shì)。二.瓦斯報(bào)警器的發(fā)展及組成應(yīng)用1815年，當(dāng)時(shí)工業(yè)最發(fā)達(dá)的英國(guó)發(fā)明了第一項(xiàng)安全儀器安全燈。它是利用火焰的高度測(cè)量瓦斯的濃度。由于安全燈的構(gòu)造簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，使用壽命長(zhǎng)，一百多年來(lái)一直被沿用下來(lái)，至今仍在

10、許多國(guó)家使用。從1675年英國(guó)北威爾士欣煤礦發(fā)生的第一次瓦斯爆炸礦難起，世界各國(guó)開(kāi)始更進(jìn)一步關(guān)注對(duì)瓦斯檢測(cè)報(bào)警的相關(guān)安全研究，一直以來(lái)，光干涉瓦斯檢定器在我國(guó)和日本使用比較廣泛，自20世紀(jì)30年代以來(lái)，已經(jīng)連續(xù)使用了數(shù)十年，至今仍在某些礦井的瓦斯檢測(cè)中使用。目前，在瓦斯檢測(cè)儀總占主導(dǎo)地位的是催化瓦斯檢測(cè)儀，據(jù)最早文獻(xiàn)記載，1943年以前美國(guó)已制成VCC瓦斯測(cè)量?jī)x，后日本在鉑絲元件上加上涂有催化劑的載體小珠，制成最早的載體催化元件并利用這種原件制成了北辰型瓦斯指示器。1958年法國(guó)Cherchar研究所已研制成功利用AI2O3為載體，鈀Pd、釷Th為催化劑的載體催化元件，獲得了較好的催化性能。1

11、961年英國(guó)礦山安全研究所采用新的工藝，改進(jìn)了載體催化元件的性能。從此，催化瓦斯傳感器進(jìn)入了其發(fā)展過(guò)程中的全盛時(shí)期。1961年以后，英、美、法、日、德、前蘇聯(lián)等國(guó)家又對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)研究，并從此作為瓦斯檢測(cè)的主要工作方向。我國(guó)催化型瓦斯傳感器的研究工作起步稍晚，大至可以分為三個(gè)階段。第一階段工作，國(guó)內(nèi)第一臺(tái)催化原理的瓦斯報(bào)警器是1958年出現(xiàn)，采用鉑絲元件位傳感器，。1961年由北京勞動(dòng)保護(hù)研究所和撫順煤礦安全儀器廠協(xié)作開(kāi)展了研究工作。1964年研制出我國(guó)第一個(gè)達(dá)到實(shí)用水平的載體催化元件，接著制成了以這種原件喂傳感器的AQR-1型瓦斯測(cè)量?jī)x。 在此以后，湖南、四川、上海、西安等地也相繼開(kāi)展了這類傳

12、感器的研究工作；第二階段工作以1973年重慶煤礦安全儀器廠等五個(gè)單位協(xié)作研究為代表，在前段工作的基礎(chǔ)上改進(jìn)配方和工藝，提高原件的穩(wěn)定性，與1975年研制成長(zhǎng)期連續(xù)監(jiān)測(cè)瓦斯的AYJ-1型瓦斯遙測(cè)報(bào)警儀，隨后國(guó)內(nèi)各個(gè)礦業(yè)研究所相繼研制出ABD-1型瓦斯斷電報(bào)警儀，AQD-1型采煤瓦斯斷電控制儀等。1974年3月到1975年1月，煤炭部曾組織載體催化元件的技術(shù)攻關(guān)，大大推動(dòng)了元件的研究與發(fā)展；第三階段工作，最近幾年在大力推進(jìn)元件生產(chǎn)機(jī)械化工藝的同時(shí)，開(kāi)展了提高載體催化元件性能的研究工作。通過(guò)國(guó)家重點(diǎn)科技攻關(guān)，進(jìn)一步研究元件的工作特性、元件催化劑和載體在工作過(guò)程中的變化規(guī)律等問(wèn)題，努力提高載體催化元件

13、的穩(wěn)定性，力圖為載體催化元件的經(jīng)一步發(fā)展開(kāi)辟道路。（一）瓦斯的組成瓦斯，說(shuō)起它的另外一個(gè)名稱沼氣，可能大多數(shù)人就會(huì)明白許多。其實(shí)它是來(lái)自英文和俄文的不規(guī)范發(fā)音。Gas的原意就是氣體，包括各種可燃和不可燃?xì)怏w。瓦斯的主要成分是甲烷，它的化學(xué)元素符號(hào)是CH4，一種無(wú)毒、無(wú)味、無(wú)顏色，可以燃燒的氣體。生活中廣泛用來(lái)燒水，做飯，也可以用作照明。 在煤礦里它從煤巖裂縫中噴出。礦井瓦斯爆炸是一種熱一鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（也叫鏈鎖反應(yīng)）。當(dāng)爆炸混合物吸收一定能量（通常是引火源給予的熱能）后，反應(yīng)分子的鏈即行斷裂，離解成兩個(gè)或兩個(gè)以上的游離基（也叫自由基）。這類游離基具有很大的化學(xué)活性，成為反應(yīng)連續(xù)進(jìn)行的活化中心。在適合

14、的條件下，每一個(gè)游離基又可以進(jìn)一步分解，再產(chǎn)生兩個(gè)或兩上以上的游離基。這樣循環(huán)不已，游離基越來(lái)越多，化學(xué)反應(yīng)速度也越來(lái)越快，最后就可以發(fā)展為燃燒或爆炸式的氧化反應(yīng)。所以，瓦斯爆炸就其本質(zhì)來(lái)說(shuō)，是一定濃度的甲烷和空氣中度作用下產(chǎn)生的激烈氧化反應(yīng)。的氧氣在一定溫度作用下產(chǎn)生的激烈氧化反應(yīng)。 瓦斯爆炸產(chǎn)生的高溫高壓，促使爆源附近的氣體以極大的速度向外沖擊，造成人員傷亡，破壞巷道和器材設(shè)施，揚(yáng)起大量煤塵并使之參與爆炸，產(chǎn)生更大的破壞力。另外，爆炸后生成大量的有害氣體，造成人員中毒死亡。當(dāng)前，隨著采礦技術(shù)的不斷發(fā)展，井下作業(yè)的安全越來(lái)越有保障，但是仍然有許多采礦企業(yè)的機(jī)械化程度低，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采礦的工作人員的

15、生命安全造成潛在的威脅，特別是針對(duì)瓦斯氣體的檢測(cè)和報(bào)警仍舊存在隱患，每年由于瓦斯泄露造成的特大事故依然很多。瓦斯是在成煤過(guò)程中形成并大量?jī)?chǔ)存于煤層之中的氣體，是煤礦井下危害最大的氣體。瓦斯是一種無(wú)色無(wú)味的氣體，主要成份是甲烷(CH4)，密度為0.716kg/m3，對(duì)人體的危害是超時(shí)限能引起人窒息死亡。在地下采礦時(shí)候，井內(nèi)常常會(huì)泄露一定量的CH4、CO和SO2等氣體，后一種含量少，切易溶于水。經(jīng)煤礦開(kāi)采時(shí)的噴水處理后變成酸。但前兩種氣體含量多，且?guī)缀醪蝗萦谒?，屬于易燃易爆氣體。由于瓦斯氣體本身的危險(xiǎn)性和對(duì)人民生產(chǎn)生活造成的巨大危害，因此對(duì)瓦斯氣體的檢測(cè)和報(bào)警是一項(xiàng)必要的工作。瓦斯報(bào)警是指利用氣體

16、傳感器技術(shù)，將檢測(cè)到的瓦斯氣體濃度和標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，當(dāng)高過(guò)一定濃度值時(shí)候進(jìn)行相應(yīng)的聲光報(bào)警，提醒正在作業(yè)的人員進(jìn)行相應(yīng)的處理，組織人員撤離或?qū)ΦV井通風(fēng)排氣，避免不安全事故的發(fā)生，對(duì)現(xiàn)在采礦業(yè)的安全起著非常重要的作用（二）瓦斯報(bào)警器的工作原理變壓器把220V的交流電壓變?yōu)?V的交流電壓，經(jīng)橋式整流、電容濾波、L7805集成穩(wěn)壓器輸出5V的直流電壓。為其它各部分電路提供5V直流電源。另經(jīng)穩(wěn)壓管DW2穩(wěn)壓電路輸出2.8V電壓為傳感器提供電源，還有一路穩(wěn)壓DW1管輸出2.5V電壓為電壓比較器提供參考電壓。5V直流電源經(jīng)負(fù)電源變換電路7660直接輸出-5V電壓，為數(shù)字顯示系統(tǒng)提供-5V電源控制電路的核心

17、元件采用了AT89LV51低電壓?jiǎn)纹瑱C(jī)，傳感器采用MQ5氣體傳感器，為減少單片機(jī)端口的占用和進(jìn)一步擴(kuò)展其它功能A/D轉(zhuǎn)換部分采用TI公司的TLC1543，LCD顯示采用的是dm12232f，A/D轉(zhuǎn)換和LCD都是通過(guò)串行方式與單片機(jī)相連接，聲光報(bào)警器電路使用的是蜂鳴器和發(fā)光二極管進(jìn)行報(bào)警，這種設(shè)計(jì)可以滿足不同場(chǎng)合的應(yīng)用，測(cè)試結(jié)果穩(wěn)定可靠，10位TLC1543的A/D轉(zhuǎn)換芯片能夠滿足系統(tǒng)測(cè)量的精度要求。圖2.1 直流穩(wěn)壓電源電路原理圖傳感器、信號(hào)放大器、電壓比較器、聲光報(bào)警電路工作原理：瓦斯傳感器的作用是把瓦斯?jié)舛鹊淖兓優(yōu)殡娦盘?hào)的變化。該瓦斯傳感器具有很高的靈敏度和測(cè)量范圍，測(cè)量誤差小。集成運(yùn)

18、算Al、A2和有關(guān)電阻組成兩級(jí)反相比例放大器作為瓦斯信號(hào)的放大器，放大倍數(shù)達(dá)千倍以上，A2的輸出加到電壓比較器A3的同相輸人端；RW1、R8組成分壓器，為電壓比較器提供參考電壓。參考電壓加在A3的反相輸入端，發(fā)光二極管D1(紅燈)、D2(綠燈)和R10、R11組成瓦斯燈光報(bào)警指示電路，當(dāng)瓦斯?jié)舛任闯^(guò)報(bào)警限時(shí)，電壓比較器A3輸出的低電平，使發(fā)光二極管D2(綠燈)亮，表示瓦斯?jié)舛任闯?。?dāng)采礦區(qū)瓦斯?jié)舛瘸迺r(shí)，電壓比較器A3輸出高電平，使紅燈亮，表示瓦斯?jié)舛瘸^(guò)報(bào)警限。同理氧氣濃度的超限報(bào)警電路與瓦斯支路相同系統(tǒng)采用AT89LV51單片機(jī)作為控制部分的核心，AT89LV51是ATMEL公司生產(chǎn)的

19、低電壓，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含4K bytes的可反復(fù)擦寫(xiě)的只讀程序存儲(chǔ)器（PEROM）和128bytes的隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM），兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲(chǔ)單元，AT89LV51可在2.76.0V電源電壓下工作。A/D轉(zhuǎn)換部分的核心器件TLC1543有三個(gè)控制輸入端CS、I/O CLOCK、ADDRESS和一個(gè)數(shù)據(jù)輸出端DATA OUT遵循串行外設(shè)接口SPI協(xié)議。51系列單片機(jī)未內(nèi)置SPI接口，但通過(guò)軟件模擬SPI協(xié)議即可。硬件方面將TLC1543的CS、I/O CLOCK、ADDRESS、DATA OUT、EOC五個(gè)端口與AT89

20、LV51的5個(gè)I/O口相連接。報(bào)警模塊單獨(dú)采用了蜂鳴器作為聲音報(bào)警裝置，提醒使用人員當(dāng)前的氣體濃度已經(jīng)超過(guò)了警戒線，應(yīng)該立即停止工作，進(jìn)行相應(yīng)的處理，避免危險(xiǎn)發(fā)生。它和液晶顯示器的配合使用，可以有效地提醒工作人員身邊的工作環(huán)境，幫助工作人員提高安全警惕。在報(bào)警模塊的電路中當(dāng)P0.7口的電平是低電平時(shí)候，三極管截止；當(dāng)P0.7口電平為高時(shí)候，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器產(chǎn)生報(bào)警聲音。本設(shè)計(jì)中，由于瓦斯氣體的主要成分是甲烷，所以氣體傳感器采用的是MQ-5，它適用于家庭或工業(yè)上對(duì)液化氣，甲烷（天然氣），煤氣的監(jiān)測(cè)裝置。它具有優(yōu)良的抗乙醇，煙霧干擾能力，具有對(duì)液化氣，天然氣，城市煤氣有較好的靈敏度；對(duì)乙醇，煙霧

21、幾乎不響應(yīng)； 快速的響應(yīng)恢復(fù)特性；長(zhǎng)期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性；簡(jiǎn)單的測(cè)試電路等優(yōu)點(diǎn)。圖2.2瓦斯傳感器、信號(hào)放大器、數(shù)字顯示系統(tǒng)、電壓比較器、聲光報(bào)警電路原理圖（三）信號(hào)顯示該監(jiān)測(cè)報(bào)警儀能監(jiān)測(cè)甲烷和氧氣兩個(gè)參數(shù)，并能方便地觀察甲烷、氧氣含量的功能，而且具備強(qiáng)迫選擇顯示突然超過(guò)報(bào)警限參數(shù)的功能。該電路主要由圖1中的電子開(kāi)關(guān)CD4053、包含二D觸發(fā)器的CC4013、四二輸入與非門(mén)CC4011和按鈕AN、C1、R24、等組成的信號(hào)選擇電路工作原理分為兩部分。手動(dòng)信號(hào)選擇電路工作原理：通過(guò)按按扭AN可以非常方便地選擇甲烷、氧氣含量。由圖1得知，CC4013中的觸發(fā)器構(gòu)成了一個(gè)二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。沒(méi)按信號(hào)

22、選擇按扭AN之前，CC4013腳輸出低電壓，經(jīng)CC4011內(nèi)的一個(gè)與非門(mén)反相后輸出高電平，此高電平加到CD4053，使CD4053的一腳輸出端選擇甲烷信號(hào)進(jìn)入CC7107數(shù)顯電路進(jìn)行顯示，而且CD4053的一腳輸出低電平控制數(shù)碼管的甲烷的小數(shù)點(diǎn)顯示，使氧氣的小數(shù)點(diǎn)不顯示；如需要進(jìn)行氧氣含量顯示，按一下顯示選擇按扭AN，給雙CC4013的觸發(fā)器一個(gè)脈沖時(shí)鐘信號(hào)，使CC4013的一腳翻轉(zhuǎn)輸出高電平，經(jīng)CC4011的與非門(mén)反相輸出低電平，此低電平加到CD4053，這時(shí)CD4053的另一腳控制氧氣信號(hào)輸入到CC7107的信號(hào)的輸入端，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，數(shù)碼顯示。自動(dòng)強(qiáng)迫顯示報(bào)警參數(shù)功能；該報(bào)警儀若正在顯

23、示氧氣含量時(shí)，甲烷含量濃度突然超過(guò)報(bào)警限，監(jiān)測(cè)報(bào)警儀會(huì)由顯示氧氣含量轉(zhuǎn)換為顯示甲烷含量；反之，正在顯示甲烷含量，氧氣濃度突然低于報(bào)警限，報(bào)警儀轉(zhuǎn)換為顯示氧氣含量，這種功能是利用甲烷比較器輸出信號(hào)加到CC4013觸發(fā)器的異步復(fù)位輸入端，氧氣電壓比較器輸出的信號(hào)加到觸發(fā)器異步置位端實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)氧氣濃度低于報(bào)警限時(shí)，氧氣電壓比較器輸出的高電平信號(hào)加到觸發(fā)置位端，此高電平強(qiáng)制顯示氧氣；同樣若正在顯示氧氣信號(hào)時(shí)，甲烷含量濃度突然超過(guò)報(bào)警限，甲烷比較器輸出高電平信號(hào)使觸發(fā)器復(fù)位，輸出低電平，強(qiáng)迫轉(zhuǎn)換為顯示甲烷含量。節(jié)能顯示技術(shù)：該報(bào)警器采用動(dòng)態(tài)顯示代替靜態(tài)顯示，動(dòng)態(tài)顯示電路是由CC4011內(nèi)的兩個(gè)與非門(mén)和電

24、阻R31、電容C6共同組成RC多諧振蕩器，其輸出的方波經(jīng)R30和三極管T驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示，由驅(qū)動(dòng)管T、數(shù)碼管等元件組成的顯示電路減少近一半的電能損耗。三.單片機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用（一）.單片機(jī)的特點(diǎn)1.高集成度，體積小，高可靠性 單片機(jī)將各功能部件集成在一塊晶體芯片上，集成度很高，體積自然也是最小的。芯片本身是按工業(yè)測(cè)控環(huán)境要求設(shè)計(jì)的，內(nèi)部布線很短，其抗工業(yè)噪音性能優(yōu)于一般通用的CPU。單片機(jī)程序指令，常數(shù)及表格等固化在ROM中不易破壞，許多信號(hào)通道均在一個(gè)芯片內(nèi)，故可靠性高。 2.控制功能強(qiáng) 為了滿足對(duì)對(duì)象的控制要求，單片機(jī)的指令系統(tǒng)均有極豐富的條件:分支轉(zhuǎn)移能力，I/O口的邏輯操作及位處理

25、能力，非常適用于專門(mén)的控制功能。 3.低電壓，低功耗，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品 為了滿足廣泛使用于便攜式系統(tǒng)，許多單片機(jī)內(nèi)的工作電壓僅為1.8V3.6V，而工作電流僅為數(shù)百微安。 4.易擴(kuò)展 片內(nèi)具有計(jì)算機(jī)正常運(yùn)行所必需的部件。芯片外部有許多供擴(kuò)展用的三總線及并行、串行輸入/輸出管腳，很容易構(gòu)成各種規(guī)模的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。 5.優(yōu)異的性能價(jià)格比 單片機(jī)的性能極高。為了提高速度和運(yùn)行效率，單片機(jī)已開(kāi)始使用RISC流水線和DSP等技術(shù)。單片機(jī)的尋址能力也已突破64KB的限制，有的已可達(dá)到1MB和16MB，片內(nèi)的ROM容量可達(dá)62MB，RAM容量則可達(dá)2MB。由于單片機(jī)的廣泛使用，因而銷(xiāo)量極大，各大公司的商

26、業(yè)競(jìng)爭(zhēng)更使其價(jià)格十分低廉，其性能價(jià)格比極高。（二）單片機(jī)的應(yīng)用原理在MCS-51系統(tǒng)中，有單周期指令，雙周期指令。四周期指令只有乘，除兩條指令。指令的運(yùn)算速度和它的機(jī)器周期直接相關(guān)，機(jī)器周期數(shù)較小則執(zhí)行速度快。在編程時(shí)要注意選用具有同樣功能而機(jī)器周期數(shù)小的指令。每一條指令的執(zhí)行都可以包括取指和執(zhí)行兩個(gè)階段。在取指階段，CPU從內(nèi)部或者外部ROM中取出指令操作碼及操作數(shù)，然后再執(zhí)行這條指令。在8051指令系統(tǒng)中，根據(jù)各種操作的繁簡(jiǎn)程度，其指令可由單字節(jié)，雙字節(jié)和三字節(jié)組成。從機(jī)器執(zhí)行指令的速度看，單字節(jié)和雙字節(jié)指令都可能是單周期或雙周期，而三字節(jié)指令都是雙周期，只有乘，除指令占四個(gè)周期，一條指令

27、的字節(jié)數(shù)表征這條指令在存儲(chǔ)器中所占空間大小，而周期數(shù)表征運(yùn)行這條指令所花時(shí)間長(zhǎng)短，即運(yùn)行速度。第一條指令的意思：將數(shù)據(jù)19H存入內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器30H單元。第二條指令的意思：將數(shù)據(jù)68H存入內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器31H單元。第三條指令的意思：從內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器30H單元中取一個(gè)數(shù)送往累加器。第四條指令的意思：內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器31H單元的內(nèi)容和累加器的內(nèi)容相加，并把結(jié)果保存在累加器中。第 五條指令的意思：把累加器的結(jié)果送入內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的32單元中保存。最后一條指令的意思是：跳轉(zhuǎn)到本條指令，關(guān)于這條指令在匯編語(yǔ)言里面講解，現(xiàn)在我們只把這段指令當(dāng)作結(jié)束指令看待 。用戶編的程序是存放在存儲(chǔ)器中的，前面我們已經(jīng)學(xué)過(guò)

28、存儲(chǔ)器只能存放二進(jìn)制，而用戶編的程序是用字母表示的，稱為源代碼，這種源代碼顯然不能存放在存儲(chǔ)器中，因此我們必須把源代碼程序轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制代碼程序，這種轉(zhuǎn)換過(guò)程叫編譯，轉(zhuǎn)換所得的二進(jìn)制稱為機(jī)器碼。一條源代碼指令轉(zhuǎn)換為機(jī)器碼后，根據(jù)其復(fù)雜程度不同，可占一字節(jié)，兩字節(jié)或三字節(jié)。其中，第一字節(jié)表示該指令的意義，稱為該指令的操作碼，操作碼是每條指令都有的，若是較復(fù)雜的指令，除了第一個(gè)字節(jié)為操作碼外，其后還有一個(gè)或兩個(gè)操作數(shù)，即該指令所帶的參數(shù)。編譯過(guò)程除了把源代碼指令轉(zhuǎn)換為機(jī)器代碼指令外，還要指定每一條機(jī)器代碼的每一個(gè)字節(jié)所在的程序存儲(chǔ)器地址，然后再用程序固化器將編譯所得的結(jié)果裝入程序存儲(chǔ)器，這樣，單片機(jī)

29、在上電復(fù)位后，控制器才能正確的從程序存儲(chǔ)器中取出用戶程序。（詳見(jiàn)附錄）四.瓦斯?jié)舛鹊臋z測(cè)圖4.1 MQ-5結(jié)構(gòu)形圖4.2 MQ-5等效電路MQ-5氣敏元結(jié)構(gòu)形如圖3所示(結(jié)構(gòu)A或B),由微型AL2O3陶瓷管、SnO2敏感層,測(cè)量電極加熱器構(gòu)成敏感元固定塑料或不銹鋼制成腔體，加熱器氣敏元提供必工作條。封裝好氣敏元有6只針狀管腳，其4個(gè)于信號(hào)出，2個(gè)于提供加熱電流設(shè)計(jì)MQ-5接線如圖2所示，實(shí)際測(cè)量，以按照其等效電路計(jì)算相應(yīng)校數(shù)值，其Ro表示測(cè)量氣體腔體等效電阻，RL接載電阻，調(diào)整輸出模擬量電壓范圍，具體數(shù)值應(yīng)根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換器輸入范圍確定，TLC1543輸入范圍05V，這樣RL調(diào)整至該范圍，保證測(cè)

30、量量程足夠。表1甲烷測(cè)試計(jì)算其：RL20K；Ro=14.43K；C=86；RL載電阻；Ro敏感體電阻；C常數(shù)，調(diào)整顯示范圍靈敏度調(diào)整過(guò)程，由于MQ-5型氣敏元不同種類，不同濃度氣體有不同電阻值。因此，使此類型氣敏元時(shí)，靈敏度調(diào)整重，建議1000ppm異丁烷或氫氣校準(zhǔn)傳感器。礦井瓦斯從煤或巖層中涌出的形式有兩種，一是均勻涌出，煤層揭露后，首先是游離瓦斯涌出從煤層或巖層表面非常微細(xì)的裂縫和孔隙中緩慢、均勻而持久地涌出，而后是吸附瓦斯解吸為游離瓦斯而涌出瓦。這種涌出形式范圍廣、時(shí)間長(zhǎng)。二是特殊涌出，瓦斯特殊涌出包括瓦斯噴出與突出，即在較高壓力狀態(tài)下，很短時(shí)間內(nèi)自采掘工作面的局部地區(qū)突然涌出大量的瓦斯

31、，伴隨瓦斯突然涌出有大量的煤和巖石被拋出。瓦斯的這種涌出是瓦斯礦井特殊的一種瓦斯放散形式。但是，由于它的出現(xiàn)具有突然性，一次涌出的瓦斯量大而集中，且伴隨有一定的機(jī)械破壞力，因此對(duì)安全生產(chǎn)威脅很大。來(lái)源：考試大礦井瓦斯涌出量是指礦井生產(chǎn)過(guò)程中，單位時(shí)間內(nèi)從煤層本身以及圍巖和鄰近層涌出的各種瓦斯量的總和。瓦斯涌出量分為絕對(duì)瓦斯涌出量和相對(duì)瓦斯涌出量?jī)煞N。絕對(duì)瓦斯涌出量是進(jìn)行瓦斯管理時(shí)風(fēng)量計(jì)算的一個(gè)重要依據(jù)。但是，它僅能表明礦井涌出瓦斯的多少，很難判斷礦井瓦斯涌出的嚴(yán)重程度，如兩個(gè)絕對(duì)瓦斯涌出量相等的礦井，表面看來(lái)瓦斯涌出情況似乎一樣，實(shí)際其中開(kāi)采規(guī)模小的礦井瓦斯涌出情況必然更為嚴(yán)重。采集者退散來(lái)源

32、：相對(duì)涌出量是指礦井在正常條件下月平均產(chǎn)煤1t的瓦斯涌出量，用qCH4表示，單位為 m3t，它能夠判斷出礦井瓦斯涌出的嚴(yán)重程度。礦井瓦斯涌出量的大小，取決于自然因素和開(kāi)采技術(shù)因素的綜合影響。煤層和鄰近層的瓦斯含量是瓦斯涌出量大小的決定因素。開(kāi)采煤層的瓦斯含量高，瓦斯的涌出量就大。當(dāng)開(kāi)采煤層的上部或下部都有瓦斯含量大的煤層或巖層時(shí)，由于未受采動(dòng)影響，這些鄰近層內(nèi)的瓦斯也要涌人開(kāi)采層，從而增大了礦井瓦斯涌出量。地面大氣壓的變化與瓦斯涌出量的大小有密切關(guān)系。地面大氣壓力升高時(shí)，礦井瓦斯涌出量減少。地面大氣壓力下降，瓦斯涌出量增大。氣溫的影響體現(xiàn)在其變化導(dǎo)致大氣壓的變化，進(jìn)

33、而影響瓦斯涌出量的大小。www.xamda.CoM考試就到考試大開(kāi)采規(guī)模是指開(kāi)采深度、開(kāi)拓、開(kāi)采范圍及礦井的產(chǎn)量而言。開(kāi)采深度越深，隨著瓦斯含量的增加，瓦斯涌出量就越大。在瓦斯賦存條件相同時(shí)，一般是開(kāi)拓、開(kāi)采范圍越大，則瓦斯絕對(duì)涌出量越大，而瓦斯相對(duì)涌出量差異不大；產(chǎn)量增減，往往瓦斯絕對(duì)涌出量有明顯的增減，而相對(duì)涌出量的變化不很明顯。當(dāng)?shù)V井的開(kāi)采深度與規(guī)模一定時(shí)，若礦井涌出的瓦斯主要來(lái)源于采落的煤，產(chǎn)量變化時(shí)，對(duì)絕對(duì)涌出量的影響比較明顯，對(duì)相對(duì)涌出量的影響不大；若瓦斯主要來(lái)源于采空區(qū)，產(chǎn)量變化時(shí)，絕對(duì)瓦斯涌出量變化較小，相對(duì)瓦斯涌出量則有明顯變化。首先開(kāi)采的煤層（或上分層）排放了鄰近層的瓦斯，

34、因此，瓦斯涌出量大。后退式開(kāi)采程序比前進(jìn)式開(kāi)采程序瓦斯涌出量要少，屬于回采率低的采煤方法，采區(qū)瓦斯涌出量大。陷落法管理頂板比充填法瓦斯涌出量大。瓦斯涌出量一般隨開(kāi)采過(guò)程的進(jìn)行而隨時(shí)間的延續(xù)迅速下降。理論上，與大氣壓對(duì)瓦斯涌出量的影響相同。抽出式通風(fēng)的礦井，瓦斯涌出量隨礦井通風(fēng)壓力（負(fù)壓）的提高而增加。壓人式通風(fēng)礦井，瓦斯涌出量隨礦井通風(fēng)壓力（正壓）的提高而減少。采空區(qū)的密閉質(zhì)量影響瓦斯涌出量。抽出式通風(fēng)的礦井，瓦斯涌出量隨密閉質(zhì)量的提高而減少；壓入式通風(fēng)礦井則正好相反。我國(guó)預(yù)測(cè)瓦斯涌出量多采用統(tǒng)計(jì)法。統(tǒng)計(jì)法的實(shí)質(zhì)是根據(jù)本礦井或鄰近的生產(chǎn)礦井實(shí)際瓦斯涌出量資料，研究井下瓦斯涌出量沿走向及傾斜變化

35、規(guī)律，并考慮到影響涌出量變化的地質(zhì)因素及開(kāi)采技術(shù)條件，然后將由統(tǒng)計(jì)資料得出的規(guī)律外推到預(yù)測(cè)的新區(qū)。五.整機(jī)工作過(guò)程氣敏傳感器是一種把氣體（多數(shù)為空氣）中的有毒成分檢測(cè)出來(lái)，并將它轉(zhuǎn)換成適當(dāng)?shù)碾娦盘?hào)的器件，如果以人們的感覺(jué)器官在作比喻，那么氣敏傳感器相當(dāng)于人的鼻子（嗅覺(jué)）。但是人的嗅覺(jué)在靈敏其感知對(duì)象也是多樣的。在我們周?chē)瑢?shí)際上存在的各種各樣的氣體，它們中的大部分將會(huì)成為氣敏傳感器的檢測(cè)對(duì)象。首先被實(shí)際應(yīng)用的氣敏傳感器是用于防止可燃性氣體（LPG等）爆炸瓦斯泄露報(bào)警器。其后，隨著環(huán)境監(jiān)測(cè)等，又不斷地提出研制新型氣敏傳感器的任務(wù)。氣敏傳感器是化學(xué)傳感器的一個(gè)重要組成部分。這里涉及到用于化學(xué)傳感器

36、的化學(xué)物質(zhì)的檢測(cè)原理。為了將化學(xué)物質(zhì)檢測(cè)出來(lái)分類，也就是同物理傳感器一樣，可分為能量變換式和能量控制式。前者是以被測(cè)物質(zhì)所具有的化學(xué)能（化學(xué)電勢(shì)）作為信號(hào)源，傳感器相當(dāng)于將化學(xué)能變換成電能的變換器（換能器）。所謂半導(dǎo)體氣體傳感器，是對(duì)利用半導(dǎo)體氣敏元件同氣體接觸，造成半導(dǎo)體性質(zhì)變化，借此來(lái)檢測(cè)氣體成分或者測(cè)量其濃度的傳感器的總稱。半導(dǎo)體氣敏傳感器大體上分為電阻式和非電阻式兩種，電阻式半導(dǎo)體氣體傳感器利用氧化錫、氧化鋅等金屬材料來(lái)制作敏感元件；利用其阻值的變化來(lái)檢測(cè)氣體的濃度。氣敏元件，有多孔質(zhì)燒結(jié)體、厚膜、以及目前正在研制的薄膜等幾種非電阻式半導(dǎo)體傳感器。根據(jù)氣體的吸附和反應(yīng)，利用半導(dǎo)體的功函

37、數(shù)，對(duì)氣體進(jìn)行直接的檢測(cè)。目前，正在積極開(kāi)發(fā)的有金屬/半導(dǎo)體結(jié)型二極管和金屬柵的MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管的敏感元件，主要利用它們與氣體接觸后整流特性以及晶體管作用的變化，制成對(duì)表面單位有直接測(cè)定的傳感器。上電后，單片機(jī)首先進(jìn)行初始化處理，然后從瓦斯探頭讀取瓦斯含量信息，在瓦斯?jié)舛炔辉较薜那闆r下，根據(jù)瓦斯的濃度值按照預(yù)定關(guān)系推算下一次的播報(bào)時(shí)間，并啟動(dòng)播報(bào)定時(shí)，每當(dāng)播報(bào)時(shí)間到，單片機(jī)將最新一次采集的瓦斯?jié)舛戎缔D(zhuǎn)換成代碼，控制語(yǔ)音合成單元進(jìn)行語(yǔ)音播報(bào)。同時(shí)讀取時(shí)間信息，并將時(shí)間信息和本次播報(bào)內(nèi)容存入播報(bào)信息存放單元，以便日后查詢和重播。當(dāng)瓦斯出現(xiàn)越限時(shí)，單片機(jī)立即進(jìn)入緊急播報(bào)狀態(tài)，在此期間將每隔30s1

38、min播報(bào)一次瓦斯?jié)舛刃畔?，且播?bào)相應(yīng)的注意事項(xiàng)。當(dāng)單片機(jī)從瓦斯檢測(cè)單元讀取不到脈沖信號(hào)或脈沖信號(hào)不在正常范圍內(nèi)時(shí)，說(shuō)明瓦斯檢測(cè)單元出現(xiàn)故障，這時(shí)單片機(jī)將控制語(yǔ)音合成單元播放瓦斯單元故障信息，以提醒及時(shí)處理。瓦斯?jié)舛戎档闹夭ナ怯梢唤M重播按鈕來(lái)控制的。重播按鈕共有3個(gè)，其中一個(gè)負(fù)責(zé)向前快速搜索，一個(gè)負(fù)責(zé)向后快速搜索，一個(gè)為確認(rèn)按鈕。當(dāng)查詢XX年XX月XX日XX時(shí)XX分的瓦斯?jié)舛葧r(shí)，先用快速按鈕進(jìn)行尋找，然后用確認(rèn)按鈕進(jìn)行重播，當(dāng)不操作搜索按鈕直接操作確認(rèn)按鈕時(shí)，將重播最后一次的存放結(jié)果。六.總結(jié)該設(shè)備還具有強(qiáng)迫顯示報(bào)警參數(shù)和動(dòng)態(tài)顯示節(jié)能功能，并能方便地觀測(cè)瓦斯和氧氣的含量。它是一種新型的煤礦安全

39、監(jiān)控設(shè)備。以下對(duì)它的組成結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行介紹、并對(duì)其電路進(jìn)行分析?？梢允箞?bào)警更準(zhǔn)確，更及時(shí)，繼而促使煤炭企業(yè)加大安全投入，有效遏止事故發(fā)生，有效地保護(hù)煤炭資源，又降低了整個(gè)行業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)程度，加大了煤炭企業(yè)安全生產(chǎn)的壓力，也可以保證良好的經(jīng)濟(jì)效益，保護(hù)了從業(yè)人員的安全與利益，也大大減輕了以往煤礦事故發(fā)生后各級(jí)政府進(jìn)行的大量事后工作，使政府從煩亂的事故處理中解脫出來(lái)，提高工作效率。從更大的方面說(shuō)，可以在保證安全生產(chǎn)的前提下，提高安全投入水平的同時(shí)，使安全投入所帶來(lái)的效益超過(guò)安全投入所發(fā)生的成本，樹(shù)立一種科學(xué)的安全發(fā)展觀。總體上看，國(guó)內(nèi)外的瓦斯智能報(bào)警系統(tǒng)都在不斷進(jìn)行著跟新。而由于瓦斯?jié)舛冗^(guò)高引起爆

40、炸的事故一直居高不下，以至于煤礦對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的需求也越來(lái)越大，據(jù)中國(guó)煤炭報(bào)統(tǒng)計(jì)，全國(guó)共有大小煤礦60000多個(gè)，從業(yè)礦工800多萬(wàn)。根據(jù)煤礦三班作業(yè)的實(shí)際情況，目前至少需要300萬(wàn)個(gè)瓦斯報(bào)警器，可見(jiàn)其市場(chǎng)之廣闊。但由于某些技術(shù)上的不足，導(dǎo)致一些關(guān)鍵問(wèn)題沒(méi)有能夠解決。由于瓦斯氣體本身的危險(xiǎn)性和對(duì)人民生產(chǎn)生活造成的巨大危害，因此對(duì)瓦斯氣體的檢測(cè)和報(bào)警是一項(xiàng)必要的工作。瓦斯報(bào)警是指利用氣體傳感器技術(shù)，將檢測(cè)到的瓦斯氣體濃度和標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，當(dāng)高過(guò)一定濃度值時(shí)候進(jìn)行相應(yīng)的聲光報(bào)警，提醒正在作業(yè)的人員進(jìn)行相應(yīng)的處理，組織人員撤離或?qū)ΦV井通風(fēng)排氣，避免不安全事故的發(fā)生，對(duì)現(xiàn)在采礦業(yè)的安全起著非常重要的作用。

41、本文所設(shè)計(jì)一種低成本的可燃性氣體報(bào)警器設(shè)計(jì)，能夠監(jiān)控礦井的瓦斯氣體的濃度，顯示測(cè)量結(jié)果，并對(duì)當(dāng)前的環(huán)境狀態(tài)做出判斷，發(fā)出報(bào)警信息。因此結(jié)合微處理技術(shù)研制新型的智能瓦斯監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)將是現(xiàn)在乃至今后的世界面臨的重要問(wèn)題在煤礦井下生產(chǎn)環(huán)境中，需要對(duì)瓦斯、一氧化碳等環(huán)境參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。現(xiàn)有的監(jiān)測(cè)設(shè)備，都是采用數(shù)字顯示或燈光顯示的方式來(lái)提供測(cè)試數(shù)據(jù)的，這在環(huán)境狹窄、能見(jiàn)度差的井下工作面很不方便。采用直接的語(yǔ)音播報(bào)方式，可以主動(dòng)向現(xiàn)場(chǎng)人員提供各種信息，遇到危險(xiǎn)情況還能作為緊急廣播使用。這對(duì)于提高安全意識(shí)、避免重大傷亡事故具有重要意義。為避免人為因素造成爆炸事故的發(fā)生，開(kāi)發(fā)研制出電話自動(dòng)監(jiān)控瓦斯和氧氣報(bào)警器。

42、它能在瓦斯超限時(shí)或在礦井中缺少氧氣并低于報(bào)警限時(shí)進(jìn)行聲光報(bào)警，并且自動(dòng)撥通煤礦安全局主要負(fù)責(zé)人電話，告知井下瓦斯和氧氣超限的實(shí)際情況，使安全局主要負(fù)責(zé)人對(duì)礦主、安檢員、某些礦的負(fù)責(zé)人進(jìn)行監(jiān)管，督促他們認(rèn)真貫徹煤礦安全規(guī)程，實(shí)現(xiàn)電話自動(dòng)監(jiān)管功能。在瓦斯檢測(cè)報(bào)警器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，傳感器為一項(xiàng)主要的部件。由于傳感器是獲取信息的工具，是信息技術(shù)（包括傳感與控制技術(shù)、通訊技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)）的三大支柱之一，位于信息系統(tǒng)的最前端，其特性的好壞、輸出信息的可靠性對(duì)整個(gè)系統(tǒng)質(zhì)雖至關(guān)重要，因此目前，世界各國(guó)一直把發(fā)展智能化傳感器作為研究課題，投入大量人力物力進(jìn)行開(kāi)發(fā)研究。智能傳感系統(tǒng)與傳統(tǒng)傳感器相比，具有高精度、高

43、可靠性、高性能價(jià)格比、多功能化等優(yōu)點(diǎn)，它代表了傳感器的發(fā)展方向，是傳感器克服自身落后向前發(fā)展的必然趨勢(shì)。經(jīng)過(guò)幾十年不斷的研究，載體催化元件逐步成熟并占據(jù)礦井瓦斯和多種可燃可爆氣體檢測(cè)領(lǐng)域的首位。當(dāng)前國(guó)內(nèi)批量生產(chǎn)的瓦斯測(cè)量?jī)x、報(bào)警儀、斷電儀和遙測(cè)儀有近20種，還有混合可燃?xì)怏w淵量?jī)x、高能燃枓報(bào)5器和家庭煤氣報(bào)5器等。然而現(xiàn)場(chǎng)并不滿足目前元件已達(dá)到的性能指標(biāo)，迫切需要提供更好的元件，其中特別要求進(jìn)一步提離元件的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和延長(zhǎng)使用壽命。盡管采取各種各樣的措施，但是瓦斯爆炸總是存在的，除非礦井在惰性空氣中作業(yè)才不致發(fā)生瓦斯爆炸。然而一般爆炸是小型的，危險(xiǎn)性很小，幾乎沒(méi)有災(zāi)害。不過(guò)始于小爆炸的重大瓦斯

44、爆炸能漫延幾千米巷道并造成幾十或幾百名礦工的死亡。這些爆炸能使沉積在底板、頂板和兩邊的煤層與空氣混合，而且若該混合物爆炸，則爆炸能漫延幾千米，產(chǎn)生的爆炸性的混合物超前于它本身。全世界每年都有數(shù)以十計(jì)的礦工死與瓦斯爆炸，我們國(guó)家以及全世界都在積極研究對(duì)策。該設(shè)備還具有強(qiáng)迫顯示報(bào)警參數(shù)和動(dòng)態(tài)顯示節(jié)能功能，并能方便地觀測(cè)瓦斯和氧氣的含量。它是一種新型的煤礦安全監(jiān)控設(shè)備?？梢允箞?bào)警更準(zhǔn)確，更及時(shí)，繼而促使煤炭企業(yè)加大安全投入，有效遏止事故發(fā)生，有效地保護(hù)煤炭資源，又降低了整個(gè)行業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)程度，加大了煤炭企業(yè)安全生產(chǎn)的壓力，也可以保證良好的經(jīng)濟(jì)效益，保護(hù)了從業(yè)人員的安全與利益，也大大減輕了以往煤礦事故發(fā)生

45、后各級(jí)政府進(jìn)行的大量事后工作，使政府從煩亂的事故處理中解脫出來(lái)，提高工作效率。從更大的方面說(shuō)，可以在保證安全生產(chǎn)的前提下，提高安全投入水平的同時(shí)，使安全投入所帶來(lái)的效益超過(guò)安全投入所發(fā)生的成本，樹(shù)立一種科學(xué)的安全發(fā)展觀。參考文獻(xiàn)1 劉西青.論國(guó)內(nèi)煤礦瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀與發(fā)展. 山西：煤炭出版社. 2006.1412 童敏明.新型瓦斯傳感器關(guān)鍵技術(shù)的研究. 北京：高等教育出版社，2003.3353 王建 王汝琳 王學(xué)民 何陳玲.煤礦瓦斯監(jiān)測(cè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的研究 北京：高等教育出版社， 2007.694 劉迎春.傳感器原理 設(shè)計(jì)與應(yīng)用. 長(zhǎng)沙：國(guó)防科技大學(xué)出版社,1988.695 田豐.中國(guó)集成電路大全CMOS電路.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1985.1186 葉湘濱.現(xiàn)代新型傳感器原理與應(yīng)用.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2002.397 趙負(fù)圖.傳感器集成電路手冊(cè). 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.264附錄：#i