1、传感器与检测技术课程设计报告标准黑龙江科技学院课程设计报告项 目 名 称： 瓦斯浓度检测系统设计 所 属 课 程：传感器与检测技术 实 践 日 期： 2011.x.x2011.x.x 班 级 测控08-3班 学 号 04号 姓 名 王蕊 成 绩 电气与信息工程学院课程设计概述：【课程设计目的及要求】 【课程设计目的】1xxxxxxxxxxxxxx目的结合实际自己写，无雷同2xxxxxxxxxxxxxx3xxxxxxxxxxxxxx4xxxxxxxxxxxxx5xxxxxxxxxxxxx 【课程设计要求】1综合运用传感器与检测技术理论知识独立完成一个xxxxxxx工作； 2该xxxxxx实现xx
2、xxxxx功能；目的结合实际自己写，无雷同 3xxxxxxxxxxxxxxx 4sssssssssss； 5ddddddddddd； 6培养学生创新精神和扎实的设计技能。【课程设计原理】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AD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。课程设计内容：【方案设计】这是课程设计报告极其重要的内容。概括整个课程设计过程。（最好在上述内容基础上画出相应的流程图、设计思路和设计方法，再配以相应的文字进行说明。）关键词：便携；瓦斯；单片机；瓦斯传感器0
3、引言近些年来，虽然国家采取了很多有利措施来确保煤矿安全生产，但煤矿生产事故还是不断地发生，特别是煤矿瓦斯爆炸，使国家和人民蒙受了巨大的损失。现今虽已有现代化的瓦斯综合检测装置应用于矿井中，但由于矿井结构错综复杂，往往存在瓦斯检测盲区，留下安全隐患。鉴于此，本文利用AT89S52单片机并集成MJC430L瓦斯传感器等功能器件设计了一种便携式矿用瓦斯检测系统。该系统小巧、轻便，可自动检测矿井中瓦斯浓度，若检测到其浓度达到危险设定值，会通过蜂鸣器发出报警，提示生产人员组织安全离开。1 系统整体机构及工作原理11 系统整体结构便携式矿用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、AD转
4、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：12 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AD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。2 系统硬件电路设计21 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
5、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。22 瓦斯传感器及信号放大电路设计系统选用MJC430L作为瓦斯传感器。MJC430L型催化元件根据催化燃烧效应的原理工作，由检测元件和补偿元件配对组成电桥的臂，遇可燃性气体时检测元件电阻升高，桥路输出电压变化，该电压变量随气体浓度增大而成正比例增大，补偿元件起参比及温度补偿作用。其具有桥路输出电压呈线性、响应速度快、有良好的重复性、选择性、元件工作稳定、可靠、抗H2S中毒等优点。因MJC430L的输出电压太小，无法满足AT89S52的要求。故需要将MJC430L的输出信号进行放大。信号放大是通过调整放大器AD 602的增
6、益控制电压来实现的。AD602是美国AD公司专门针对程控放大开发的，其具有两个通道，每个通道的增益范围为-1030 dB，因此两个通道串连起来可以实现的增益控制范围为：-2060 dB。图2为瓦斯传感器及信号放大电路。23 AD转换电路设计系统使用的数模转换器LTC1865是凌力尔特推出的16位SAR ADC，采用单5 V电源工作，并能保证在-40+125的温度范围内工作。每个器件最大电流为850 uA，最大采样率达250 kSs，供电电流随着采样速率的降低而变小。MSOP-10封装的LTC1865提供2路软件可编程的通道，并且可以根据需求来调整参考电压的大小。AD转换电路设计如图3所示。24
7、 报警模块电路设计本设计的报警模块采用普通的蜂鸣器来完成。蜂鸣器一端接地，一端接用来驱动它工作的PNP晶体管的发射极，晶体管基极连接AT89S52的P33口。25 键盘模块电路设计本系统中的按键主要用来设定瓦斯浓度的报警值，采用独立按键式键盘，共3个按键，它们分别与AT89S52的P20P22口连接，平时这三个引脚输出高电平，当按键被按下时引脚变成低电平，因此，只要在软件中查询这几个引脚的电平，就可以确定是否有按键按下，从而进人相应的子程序。3 系统软件设计系统软件主要包括系统主程序和数据采样处理子程序两部分，主程序流程如图4所示，数据采样处理子程序如图5所示。系统开机上电工作后，首先进行初始
8、化，接着进入主循环扫描是否有按键按下，若检测到有键按下，则设定系统的瓦斯浓度报警上限值，否则直接调用数据采集处理子程序进行数据采集处理。主程序调用数据采样处理子程序后，就进入该子程序运行，首先启动AD转换进行数据采样，得到的数据信号输入到AT89S52进行滤波、零点修正并计算瓦斯气体浓度值，若浓度超限则启动扬声器声音报警，否则关闭蜂鸣器并返回。4 实验结果及分析瓦斯的主要成分是甲烷，瓦斯爆炸有一定的浓度范围，通常把在空气中瓦斯遇火后能引起爆炸的浓度范围称为瓦斯爆炸界限。瓦斯爆炸界限为516。当空气中氧气浓度达到10时，瓦斯浓度在516之间，就会发生爆炸。根据MJC430L的技术指标(甲烷浓度为
9、1时，其灵敏度为2040 Mv)，因此设定瓦斯的爆炸上限值为005，当矿井中的瓦斯浓度超过此上限值时，蜂鸣器就发出声音报警。本设计利用家用沼气进行模拟实验，因沼气的主要成分也是甲烷(5080)，故应该能达到实验预想。将沼气炉放置于预先准备好的21寸电视机纸箱中，纸箱底部开有操作口，接通沼气5 s断掉，然后将实验装置靠向操作口，在纸箱口处蜂鸣器报警，接近沼气炉的过程中，蜂鸣器一直鸣响，慢慢从操作口挪出实验装置，待远离操作口01 m左右处，蜂鸣器响声停止。往复操作多次，实验效果明显，可见该设计已达到实验预想。体积浓度测量范围：0.0-6.0% 测量误差：0.5% 供电电源：AC220V通过键盘可进行测量范围的修改越限进行声光报警瓦斯浓度及报警信息可进行上传这里主要是方案的规划，一定要自己规划，不可以重复。认真去写。【小结】对本次课程设计的心得体会、思考和建议。不要写得太多，而且不要太.指导教师评语及成绩：评语：指导教师签名：批阅日期:2011年 月 日
