传感器与检测技术课程设计瓦斯浓度检测系统设计.doc

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传感器与检测技术课程设计瓦斯浓度检测系统设计

福建电力职业技术学院 课 程 设 计 课程名称: 传感器与检测技术课设 摘要 1 第一章 瓦斯浓度检测概述 2 1.1瓦斯的性质 2 1.2瓦斯燃烧、爆炸的条件 2 1.3瓦斯的检测方法及瓦斯传感器工作原理 3 第二章 系统整体机构及工作原理 4 2.1 系统整体结构 4 2.2 系统工作原理 4 第三章 系统硬件电路设计 5 3.1 主控电路设计 5 3.2 瓦斯传感器及信号放大电路设计 5 3.3 A/D转换电路设计 6 3.4 报警模块电路设计 6 3.5 键盘模块电路设计 6 第四章 系统软件设计 7 第五章 实验总结 9 第六章 设计心得 10 参考文献 11 摘要 由于瓦斯气体本身的危险性和对人民生产生活造成的巨大危害,因此对瓦斯气体的检测和报警是一项必要的工作。瓦斯报警是指利用气体传感器技术,将检测到的瓦斯气体浓度和标准值进行比较,当高过一定浓度值时候进行相应的声光报警,提醒正在作业的人员进行相应的处理,组织人员撤离或对矿井通风排气,避免不安全事故的发生,对现在采矿业的安全起着非常重要的作用。笔者所设计一种低成本的可燃性气体报警器设计,能够监控矿井的瓦斯气体的浓度,显示测量结果,并对当前的环境状态做出判断,发出报警信息。 当前,随着采矿技术的不断发展,井下作业的安全越来越有保障,但是仍然有许多采矿企业的机械化程度低,对现场采矿的工作人员的生命安全造成潜在的威胁,特别是针对瓦斯气体的检测和报警仍旧存在隐患,每年由于瓦斯泄露造成的特大事故依然很多。 瓦斯是在成煤过程中形成并大量储存与煤层之中的气体,是煤矿井下危害最大的气体。瓦斯是无色、无味、无臭的气体,主要成份是甲烷(CH4),但有时可以闻到类似苹果的香味,这是由于芳香族的碳氢气体同瓦斯同时涌出的缘故。瓦斯对空气的相对密度是0.554,在标准状态下瓦斯的密度为0.716kg,所以,它常积聚在煤矿巷道的上部及高顶处。瓦斯的渗透能力是空气的1.6倍,难溶于水,不助燃也不能维持呼吸,达到一定浓度时,能使人因缺氧而窒息,并能发生燃烧或爆炸,对人体的危害是超时限能引起人窒息死亡。在地下采矿时候,井内常常会泄露一定量的CH4、CO和SO2等气体,后一种含量少,切易溶于水。经煤矿开采时的喷水处理后变成酸。但前两种气体含量多,且几乎不容于水,属于易燃易爆气体。 瓦斯燃烧、爆炸的条件瓦斯达到一定浓度:一般情况下瓦斯爆炸浓度为5%~16%,瓦斯浓度低于5%燃烧、大于16%既不燃烧也不爆炸;)充足的氧气:氧气浓度大于12%;高温火源:温度高于650~750。为了维持井下正常生产,我国《煤矿安全规程》规定氧气浓度不低于20%。因此,如何准确监测瓦斯浓度,并提前采取预防措施成为防止瓦斯爆炸的关键问题,同时,瓦斯检测传感器的研究也成了热门课题。矿井瓦斯是多种可燃、可爆气体的总称,其主要成分是甲烷。当它体积占空气的5%~15%时,遇明火就会发生爆炸,给矿井带来隐患。瓦斯传感器主要是监测矿井瓦斯情况,其布置必须严格遵照《煤矿安全规程》的有关规定。甲烷传感器在煤矿安全检测系统中用于煤矿井巷、采掘工作面、采空区、回风巷道、机电峒室、抽放瓦斯的管道与现场与瓦斯排放点等处连续监测甲烷浓度,当甲烷浓度超限时,能自动发出声、光报警,可供煤矿井下作业人员,甲烷检测人员,井下管理人员等随身携带使用,也可供上述场所固定使用。瓦斯的检测方法接触燃烧气敏法、半导体气敏法、光干涉法、红外光谱法、气相色谱法、光纤法、电化学检测法、微生物传感器等。瓦斯传感器工作原理为:瓦斯传感器产生的低电压信号,需通过放大器放大,再经信号调理电路、A/D转换器、由单片机进行运算、处理,驱动发光数码管显示甲烷的浓度。同时经D/A转换,所检测的甲烷浓度值也被转换成相应的电流量和频率量信号,由电缆传输给关联设备。瓦斯检测系统以主控制器单片机为主要核心,配置瓦斯传感器电路、A/D转换电路、报警电路与按键电路等四大功能模块。系统整体结构如图1所示: 图1 2.2 系统工作原理 瓦斯传感器将瓦斯气体浓度转换成相应大小的模拟信号,信号经过信号放大电路和A/D转换电路进行放大、转换,然后送入主控制器单片机中进行数据处理。一旦瓦斯气体浓度超过相应的设定值时,则主控制器立即启动蜂鸣器报警。 第三章 系统硬件电路设计 3.1 主控电路设计 主控电路主要用来整合系统各功能电路,完成数据的采集和处理,并发出报警指令。本设计所处理的信息量和复杂程度不是太大,采用8位单片机AT89S52足以满足本设计的要求。它是一款低功耗、高性能CMOS 8位微控制器,具有8 kB系统可编程Flash存储器,256字节RAM,6个中断源,3个16位的可编程定时器/计数器,32个IO口,看门狗定时器等资源。 3.2 瓦斯传感器及信号放大电路设计

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