畢業(yè)設(shè)計(jì)---天然氣泄露檢測(cè)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)</b></p><p>　題 目 名 稱天然氣泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書Ⅰ</p><p><b>　　開(kāi)題報(bào)告Ⅱ</b></p>

2、<p>　　指導(dǎo)教師審查意見(jiàn)Ⅲ</p><p><b>　　評(píng)閱教師評(píng)語(yǔ)Ⅳ</b></p><p><b>　　中文摘要Ⅴ</b></p><p><b>　　前言1</b></p><p><b>　　1 選題背景3</b></

3、p><p>　　1.1 題目來(lái)源3</p><p>　　1.2 研究目的和意義3</p><p>　　1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)及存在的主要問(wèn)題3</p><p><b>　　2 方案論證5</b></p><p>　　2.1技術(shù)指標(biāo)要求5</p><p>&l

4、t;b>　　2.2系統(tǒng)功能5</b></p><p><b>　　2.3任務(wù)分析5</b></p><p>　　2.4.提出方案10</p><p>　　3 電路圖的設(shè)計(jì)12</p><p>　　3.1系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)12</p><p>　　3.2氣體傳感器加熱及其信號(hào)采

5、樣12</p><p>　　3.3 傳感器信號(hào)監(jiān)測(cè)回路12</p><p>　　3.4 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD7810的原理及應(yīng)用13</p><p>　　3.5 AD7810的應(yīng)用電路16</p><p>　　3.6 通訊網(wǎng)路的設(shè)計(jì)18</p><p>　　4 天然氣泄漏檢測(cè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)19</p>

6、;<p>　　4.1 主程序19</p><p>　　5 天然氣泄漏檢測(cè)系統(tǒng)在PC機(jī)上實(shí)驗(yàn)21</p><p><b>　　6 結(jié)論23</b></p><p><b>　　7 總結(jié)24</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)25</b></

7、p><p><b>　　致 謝26</b></p><p>　　長(zhǎng)江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))任務(wù)書</p><p>　　畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))題目：</p><p>　　天然氣泄露監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))起止時(shí)間：2009年11月06日～2010年 06月08 日<

8、/p><p>　　3．畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))所需資料及原始數(shù)據(jù)（指導(dǎo)教師選定部分）</p><p><b>　　原始數(shù)據(jù)：</b></p><p>　?。?）測(cè)量范圍：0~4%(甲烷)</p><p>　?。?）測(cè)量精度：<0.1%</p><p>　?。?）響應(yīng)時(shí)間：<1s</p>

9、<p>　?。?）工作電壓：4.2V</p><p>　?。?）報(bào)警方式：聲光報(bào)警</p><p><b>　　參考書目：</b></p><p>　?。?）《機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)》 熊詩(shī)波，機(jī)械工業(yè)出版社</p><p>　?。?）《單片機(jī)原理及應(yīng)用》汪文，華中科技大學(xué)出版社</p><

10、;p>　?。?）《AVR單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐》 馬潮，北京航空航天大學(xué)出版社</p><p>　　4．畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))應(yīng)完成的主要內(nèi)容</p><p>　?。?）查閱資料，撰寫開(kāi)題報(bào)告</p><p>　?。?）在大量閱讀資料的前提下，提出系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案</p><p><b>　?。?）進(jìn)行電路設(shè)計(jì)</b>&

11、lt;/p><p><b>　　（4）進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　?。?）系統(tǒng)調(diào)試與實(shí)驗(yàn)</p><p><b>　?。?）撰寫畢業(yè)論文</b></p><p>　　5．畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))的目標(biāo)及具體要求</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)應(yīng)該完成以下任務(wù):</p>

12、;<p>　　查閱資料，進(jìn)行文獻(xiàn)綜述，撰寫開(kāi)題報(bào)告</p><p>　　對(duì)畢業(yè)用C語(yǔ)言，設(shè)計(jì)電路）</p><p>　　進(jìn)行系統(tǒng)軟硬件課題提出自己的設(shè)計(jì)方案</p><p>　　進(jìn)行軟硬件設(shè)計(jì)（要求使調(diào)試（C程序調(diào)試）</p><p>　　設(shè)計(jì)相應(yīng)實(shí)驗(yàn)，撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告</p><p>　　完成畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告（

13、論文）。</p><p>　　6、完成畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))所需的條件及上機(jī)時(shí)數(shù)要求</p><p>　　完成畢業(yè)設(shè)計(jì)需要了解甲烷的特性及檢測(cè)原理，熟悉有關(guān)檢測(cè)的手段，了解單片機(jī)測(cè)試系統(tǒng)的工作原理。需要上機(jī)120小時(shí)以上。</p><p>　　長(zhǎng)江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開(kāi)題報(bào)告</p><p>

14、;　　天然氣泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　一、題目來(lái)源</b></p><p>　　題目根據(jù)機(jī)電一體化專業(yè)?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)要求，參考了某天然氣設(shè)備研究所生產(chǎn)與科研基礎(chǔ)研究項(xiàng)目，由指導(dǎo)老師擬定的。</p><p>　　二、研究的目的和意義</p><p>　　畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）是專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃中的最后一個(gè)也是最重要

15、的教學(xué)環(huán)節(jié)，旨在培養(yǎng)學(xué)生對(duì)所學(xué)專業(yè)的基礎(chǔ)課、專業(yè)基礎(chǔ)課以及專業(yè)課綜合理解與應(yīng)用的能力。</p><p>　　隨著人民生活水平的提高，天然氣已普遍使用。但由于使用不當(dāng)或疏于管理等原因?qū)е碌奶烊粴庑孤O大地威脅著人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。目前，一般的天然氣報(bào)警器功能單一，或是手動(dòng)復(fù)位閥門系統(tǒng)，性能穩(wěn)定性低；而大型的監(jiān)控系統(tǒng)又價(jià)格不菲，需專門的技術(shù)人員來(lái)管理，不適用于中小企業(yè)和家庭。針對(duì)這類天然氣管理現(xiàn)狀，研究設(shè)計(jì)了一種用單

16、片機(jī)控制的智能天然氣監(jiān)控系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，易于操作和便于擴(kuò)展等特點(diǎn)。它利用單片機(jī)的強(qiáng)大功能和可擴(kuò)充性為后盾，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)天然氣監(jiān)控系統(tǒng)的各種實(shí)時(shí)有效、多功能的控制操作，尤其適合作為家用智能報(bào)警器及小區(qū)、廠礦等場(chǎng)所的天然氣監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)使用。系統(tǒng)的主要功能有：實(shí)現(xiàn)對(duì)天然氣泄漏的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；實(shí)時(shí)跟蹤顯示現(xiàn)場(chǎng)天然氣濃度；具有語(yǔ)音報(bào)警功能；根據(jù)報(bào)警狀況自動(dòng)關(guān)閉天然氣管道電磁閥并開(kāi)啟排氣裝置。</p><p>　　以上

17、選題旨在通過(guò)半年的學(xué)習(xí)與訓(xùn)練，使學(xué)生基本了解了天然氣泄漏檢測(cè)系統(tǒng)。學(xué)生通過(guò)查閱資料、教科書和有關(guān)文獻(xiàn)以及相關(guān)分析計(jì)算完成以上課題，以訓(xùn)練學(xué)生對(duì)本專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)及專業(yè)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力。</p><p>　　三、閱讀的主要參考文獻(xiàn)及資料名稱</p><p>　　（1）《機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)》 熊詩(shī)波， 機(jī)械工業(yè)出版社</p><p>　　（2）《單片機(jī)原理及應(yīng)用》

18、 汪文，華中科技大學(xué)出版社</p><p>　?。?）《AVR單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐》 馬潮，北京航空航天大學(xué)出版社</p><p>　　（4）《微型計(jì)算機(jī)技術(shù)及應(yīng)用》 李華貴， 北京希望電子出版社</p><p>　　（5）《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》 張建明， 北京理工大學(xué)出版社</p><p>　?。?）《機(jī)械工程手冊(cè)》

19、 浙江大學(xué)主編 ，北京：機(jī)械工業(yè)出版社</p><p>　?。?）《傳感器及應(yīng)用技術(shù)》 林友德 上海科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社</p><p>　?。?）《測(cè)試與傳感技術(shù)》 杜潤(rùn)祥 華南理工大學(xué)出版社</p><p>　?。?）《傳感器電子學(xué)》 高橋清 宇航出版

20、社</p><p>　　（10）《電子察覺(jué)控制》 森姆, 史迪芬 臺(tái)北 : 徐氏基金會(huì)</p><p>　?。?1）《單片機(jī)控制工程實(shí)踐技術(shù)》 付家才 化學(xué)工業(yè)出版社</p><p>　　（12）《單片機(jī)接口技術(shù)及應(yīng)用》 趙佩華 機(jī)械工業(yè)出版社 </p><p>　　四、國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展

21、趨勢(shì)與研究方向</p><p>　　天然氣監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是結(jié)合了機(jī)械和檢測(cè)等相關(guān)學(xué)科的技術(shù)而實(shí)現(xiàn)的。在智能控制方面。采用了單片機(jī)作為系統(tǒng)控制核心，最大限度地將其具備的資源應(yīng)用到設(shè)計(jì)中，既體現(xiàn)了單片機(jī)小系統(tǒng)的應(yīng)用的靈活性，又實(shí)現(xiàn)了功能多樣的智能控制。由于采用了單片機(jī)技術(shù)為主導(dǎo)的智能化管理，可實(shí)現(xiàn)對(duì)天然氣濃度的動(dòng)態(tài)監(jiān)控，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，靈敏度高，操作更加方便，具有非常重要的市場(chǎng)應(yīng)用價(jià)值。在實(shí)際使用中，不同的應(yīng)用場(chǎng)合

22、有著不同的報(bào)警濃度下限。因此，為了提高系統(tǒng)的靈敏度和準(zhǔn)確度，考慮到溫度、環(huán)境和電源電壓的影響，開(kāi)始報(bào)警濃度也應(yīng)有一定的變化范圍。此外，也可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的情況對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行改造擴(kuò)展，以滿足不同的應(yīng)用需求。</p><p>　　五、主要研究?jī)?nèi)容、重點(diǎn)問(wèn)題及解決思路</p><p><b>　　(一)關(guān)鍵問(wèn)題</b></p><p>　?。?）氣敏傳感

23、器的校準(zhǔn)；</p><p>　　（2）泄露監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的電路的設(shè)計(jì)；</p><p>　?。?）系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)；</p><p>　　（4）進(jìn)行系統(tǒng)性的設(shè)計(jì)分析說(shuō)明；</p><p>　　(二)需重點(diǎn)研究的問(wèn)題</p><p>　?。?）系統(tǒng)電路圖的設(shè)計(jì)及繪制；</p><p>　　（2）進(jìn)行系統(tǒng)性

24、的設(shè)計(jì)分析說(shuō)明；</p><p><b>　　(三)解決思路</b></p><p>　　(1)充分利用學(xué)校給提供的教育資源, 網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行相關(guān)知識(shí)的搜集,整理。</p><p>　　(2)參照已有的成熟產(chǎn)品,吸取好的部分,爭(zhēng)取創(chuàng)新。</p><p>　　(3)綜合已學(xué)的單片機(jī)、C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、微型計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用等課程知

25、識(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)。</p><p>　　(4)自己不熟悉的知識(shí)可以自學(xué),咨詢輔導(dǎo)老師。</p><p><b>　　已具備的條件</b></p><p>　　(1)網(wǎng)上查閱大量相關(guān)的資料；</p><p>　　(2)經(jīng)驗(yàn)豐富的老師指導(dǎo)；</p><p>　　(3)相關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算的工具書籍；</p&g

26、t;<p>　　六、完成本課題所必須的工作條件（如工具書、實(shí)驗(yàn)設(shè)備或?qū)嶒?yàn)環(huán)境條件、某類市場(chǎng)調(diào)研、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)條件等等）及解決的辦法</p><p>　　工具書: （1）《C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)》 杜友福 科學(xué)出版社</p><p>　?。?）《電工學(xué)》 秦曾煌 高等教育出版社 </p><p>　　查閱文獻(xiàn)資料所必須的計(jì)算機(jī):

27、 上機(jī)時(shí)數(shù)120小時(shí)</p><p>　　解決辦法：部分資料能在圖書館借，不能借的可以在網(wǎng)上下載。最重要的是在設(shè)計(jì)周期中自己能夠認(rèn)真學(xué)習(xí)，加強(qiáng)實(shí)踐，勤于思考，虛心向老師請(qǐng)教</p><p>　　七、完成本課題的主要階段、進(jìn)度計(jì)劃與時(shí)間安排</p><p>　　八、指導(dǎo)教師審查意見(jiàn)</p><p>　　指導(dǎo)教師（簽字）：　　　 　　　

28、 2009年 月 日</p><p>　　天然氣泄露檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　學(xué) 生： 付松陵 長(zhǎng)江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院</p><p>　　指導(dǎo)老師： 周元華 長(zhǎng)江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院</p><p><b>　　中文摘要</b></p><p>　　【摘要】

29、隨著人民生活水平的提高，天然氣已普遍使用。我國(guó)使用的燃?xì)庵饕煞质荂H4為爆炸氣體；家庭室內(nèi)燃?xì)庑孤┦鹿蕰r(shí)有發(fā)生。由于使用不當(dāng)或疏于管理等原因?qū)е碌奶烊粴庑孤O大地威脅著人們的生命財(cái)產(chǎn)安全天然氣泄漏極大地威脅著人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。這其中，固然有很多誘發(fā)因素，但天然氣安全監(jiān)測(cè)設(shè)備不完備、管理手段落后是造成事故發(fā)生的重要原因之一。</p><p>　　本課題采用無(wú)火焰燃燒式氣體傳感器，以AT89S52單片機(jī)作為硬件電

30、路核心，研制天然氣(CH4)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)出實(shí)現(xiàn)對(duì)CH4的識(shí)別、濃度監(jiān)測(cè)、閩值報(bào)警以及實(shí)時(shí)上傳數(shù)據(jù)至地面監(jiān)控PC，通過(guò)串口通訊軟件界面顯示。</p><p>　　論文首先闡述了CH4監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展及現(xiàn)狀，通過(guò)對(duì)無(wú)火焰燃燒式CH4傳感器的原理分析確立了系統(tǒng)的研發(fā)方向；接著介紹了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，天然氣泄漏檢測(cè)系統(tǒng)要求具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，易于操作和便于擴(kuò)展等特點(diǎn)。</p><p>　　【

31、關(guān)鍵詞】傳感器：?jiǎn)纹瑱C(jī)；數(shù)據(jù)采集；串口通訊，</p><p>　　天然氣泄露檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　9 前言</b></p><p><b>　　前言</b></p><p>　　天然氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是能夠檢測(cè)工作環(huán)境中甲烷氣體的濃度，具有報(bào)警功能并能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳壘監(jiān)控室PC的系統(tǒng)。本課

32、題中完整的煤礦氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由以下五個(gè)部分組成：</p><p>　　1) 氣體傳感器：能感知環(huán)境中甲烷氣體及其濃度的一種敏感元件，它能將與氣體種類和濃度有關(guān)的信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)</p><p>　　2) 顯示單元：根據(jù)測(cè)量信號(hào)，由單片機(jī)將待顯示數(shù)據(jù)按相應(yīng)方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸給顯示處理模塊顯示于儀表</p><p>　　3) 聲光報(bào)警單元：當(dāng)監(jiān)測(cè)氣體濃度超出設(shè)定報(bào)警值時(shí)，發(fā)

33、出聲光報(bào)警：</p><p>　　4) 通訊單元：將采集數(shù)據(jù)通過(guò)RS-485通訊方式進(jìn)行數(shù)據(jù)通信</p><p>　　5) 數(shù)據(jù)采集分析軟件：運(yùn)用vc++編寫串口通訊軟件，實(shí)現(xiàn)氣體數(shù)據(jù)的采集、分析及保存</p><p>　　氣體傳感器是天然氣氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的重要組成部分，就其原理可以分為四大類： </p><p>　　光學(xué)類氣體傳感器、電化

34、學(xué)類氣體傳感器、高分子材料類氣體傳感器及電學(xué)類氣體傳感器。利用氣體的光學(xué)特性來(lái)監(jiān)測(cè)氣體成分和濃度的傳感器為光學(xué)類氣體傳感器，根據(jù)具體的光學(xué)原理可分為紅外吸收式、可見(jiàn)光吸收光度式、光干涉式、化學(xué)發(fā)光式和試紙光電光度式、光離子化式等氣體傳感器。電化學(xué)類氣體傳感器是利用電化學(xué)性質(zhì)的氣體傳感器，該類氣體傳感器包括：定電位電解式、伽伐尼電池式、同體電解質(zhì)等種類的氣體傳感器。高分子氣敏材料氣體傳感器主要有高分子電阻式、高分子電介質(zhì)式、濃差電池式、聲

35、表面波式、石英振子式等。利用材料的電學(xué)參量隨氣體濃度的變化而改變的特性制作的氣體傳感器為電學(xué)類氣體傳感器。這類氣體傳感器又可分為電阻式和非電阻式兩大類，其中非電阻式氣體傳感器是利用材料的電流或電壓隨氣體含量變化的特點(diǎn)而制成的傳感器“1，主要包括MOS--極管式、結(jié)型二極管式和場(chǎng)效應(yīng)管式，而電阻式氣體傳感器則通常主要有接觸燃燒式、熱導(dǎo)式、半導(dǎo)體氣體傳感器等。光T涉式氣體監(jiān)測(cè)儀表是利用了光的干涉原理實(shí)現(xiàn)對(duì)已知待監(jiān)測(cè)氣體濃度的測(cè)量。比較典型的

36、產(chǎn)品有光干涉型CH4氣體監(jiān)測(cè)儀，它是利用不同種類、不同濃度的氣體對(duì)光的折射率不同這一性質(zhì)，針對(duì)CH</p><p><b>　　1 選題背景</b></p><p><b>　　1.1 題目來(lái)源</b></p><p><b>　　生產(chǎn)實(shí)踐</b></p><p>　　1.2

37、研究目的和意義</p><p>　　我國(guó)是天然氣消費(fèi)國(guó)，雖然天然氣給我們帶來(lái)了生活上的方便，和生產(chǎn)中的，但、天然氣的儲(chǔ)藏和運(yùn)輸著帶來(lái)了一系列的安全問(wèn)題。天然氣中主要成分是CH4，但是CH4屬于易燃易爆氣體，發(fā)生爆炸事極易造成人身傷害。因此，認(rèn)識(shí)并研制監(jiān)測(cè)這種氣體的新型系統(tǒng)，顯得非常重要。</p><p>　　天然氣的災(zāi)害主要表現(xiàn)為兩個(gè)方面。第一、天然氣泄漏有可能使人發(fā)生窒息。第二，天然氣遇

38、到火花會(huì)產(chǎn)生爆炸。爆炸所產(chǎn)生的巨大沖擊波和高溫火焰，往往導(dǎo)致群死群傷，給國(guó)家和人民生命財(cái)產(chǎn)造成巨大損失。</p><p>　　因此，研制先進(jìn)天然氣氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)居民安全生產(chǎn)，減少事故發(fā)生和生命財(cái)產(chǎn)損失有重要意義，市場(chǎng)應(yīng)用</p><p><b>　　前景十分廣闊。</b></p><p>　　1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)及存在的主要問(wèn)題&l

39、t;/p><p>　　1.3.1天然氣泄漏檢測(cè)的現(xiàn)狀</p><p>　　伴隨氣體傳感器的發(fā)展，氣體監(jiān)測(cè)儀器不斷更新。其類型根據(jù)監(jiān)測(cè)對(duì)象可分為可燃性氣體監(jiān)測(cè)儀、毒性氣體監(jiān)測(cè)儀和氧氣監(jiān)測(cè)儀等；從儀器結(jié)構(gòu)和方法上分為袖珍式、便攜式和同定式。袖珍式儀器的采樣方法為擴(kuò)散式，用于在危險(xiǎn)環(huán)境中的工作人員隨身攜帶：便攜式儀器用象吸式采樣，用于監(jiān)測(cè)人員定期安檢：固定式儀器用于煤礦升下同定地點(diǎn)氣體監(jiān)測(cè)。<

40、/p><p>　　世界各國(guó)也均有天然氣氣體監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)，如波蘭的DAN6400、法國(guó)的TF200、德國(guó)的MINOS和英國(guó)的Senturion一200等。但是這兩種系統(tǒng)只足基于監(jiān)測(cè)，并無(wú)數(shù)據(jù)上傳，不能實(shí)現(xiàn)智能化監(jiān)控。</p><p>　　我國(guó)天然氣監(jiān)測(cè)監(jiān)控技術(shù)用較晚，80年代初，從波蘭、法國(guó)、德國(guó)、英國(guó)和美國(guó)等引進(jìn)了一批安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；在引進(jìn)的同時(shí)，通過(guò)消化、吸收并結(jié)合我國(guó)煤礦的實(shí)際情況，我國(guó)也研制

41、出氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在我國(guó)各個(gè)領(lǐng)域已有大量使用，但其中很大一部分儀表的傳輸數(shù)據(jù)是模擬方式，將氣體濃度轉(zhuǎn)化為脈沖量，易受強(qiáng)電磁設(shè)備干擾，造成監(jiān)測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確，易出現(xiàn)誤報(bào)警等現(xiàn)象。</p><p>　　1.3.2天然氣泄露檢測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　針對(duì)我國(guó)天然氣檢測(cè)的現(xiàn)狀，研究設(shè)計(jì)了一種用單片機(jī)控制的智能天然氣監(jiān)控系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，易于操作和便于擴(kuò)展等特點(diǎn)。它利用AT89S

42、52單片機(jī)的強(qiáng)大功能和可擴(kuò)充性為后盾，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)天然氣監(jiān)控系統(tǒng)的各種實(shí)時(shí)有效、多功能的控制操作，尤其適合作為家用智能報(bào)警器及小區(qū)、廠礦等場(chǎng)所的天然氣監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)使用。系統(tǒng)的主要功能有：實(shí)現(xiàn)對(duì)天然氣泄漏的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；實(shí)時(shí)跟蹤顯示現(xiàn)場(chǎng)天然氣濃度；具有語(yǔ)音報(bào)警功能；根據(jù)報(bào)警狀況自動(dòng)關(guān)閉天然氣管道電磁閥并開(kāi)啟排氣裝置。但值得注意的是語(yǔ)音報(bào)警功能。其中，語(yǔ)音信號(hào)是信息的主要載體，如果在這些測(cè)量場(chǎng)合能用語(yǔ)音直接報(bào)出結(jié)果，將給操作人員帶來(lái)極大方便，下面就

43、介紹一種具有新功能的新型天然氣傳感器測(cè)試系統(tǒng)。它能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)并顯示空氣中天然氣的濃度，當(dāng)濃度達(dá)到一定值的時(shí)候，發(fā)出本地語(yǔ)音報(bào)警，若報(bào)警3 min后仍然無(wú)人關(guān)閉警報(bào)時(shí)，則電話報(bào)警，開(kāi)始撥打預(yù)先存入單片機(jī)的電話號(hào)碼；當(dāng)?shù)谝粋€(gè)無(wú)人應(yīng)答時(shí)，開(kāi)始撥打下一個(gè)號(hào)碼，這樣循環(huán)撥打直至有人接聽(tīng)，則開(kāi)始播報(bào)警情，與此同時(shí)，在單片機(jī)的控制下關(guān)閉天然氣電磁閥門，并打開(kāi)換氣設(shè)備。</p><p>　　1.3.3天然氣泄露檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作內(nèi)

44、容</p><p>　　目前國(guó)內(nèi)有一些用于天然氣（CH4）氣體的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，但是很少有能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳保證實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，本文針對(duì)天然氣氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)，閱讀了大量文獻(xiàn)及資料，研發(fā)了天然氣氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)．主要包括：</p><p>　　1)甲烷氣體傳感器的選用及實(shí)驗(yàn)</p><p><b>　　2)單片機(jī)的選用</b></p>&

45、lt;p>　　3)系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　4)系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　5)通訊方式及通訊協(xié)議設(shè)計(jì)</p><p>　　6)終端數(shù)據(jù)采集及顯示軟件的設(shè)計(jì)</p><p>　　7)系統(tǒng)測(cè)試及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄、分析</p><p><b>　　2

46、方案論證</b></p><p><b>　　2.1技術(shù)指標(biāo)要求</b></p><p>　　本課題對(duì)天然氣氣體監(jiān)測(cè)儀表及其所用氣體傳感器在技術(shù)指標(biāo)上的要求如下：</p><p>　　1)工作環(huán)境：小區(qū)和礦山氣體檢測(cè)</p><p>　　2)監(jiān)測(cè)對(duì)象：監(jiān)測(cè)甲烷氣體</p><p>　　

47、3)測(cè)量范同：0~4%(甲烷)</p><p>　　4)靈敏度：<0.1%</p><p>　　5)響麻時(shí)間：<1s </p><p>　　6)工作電壓：4.2V</p><p>　　7)報(bào)警方式：聲光報(bào)警</p><p><b>　　2.2系統(tǒng)功能</b></p>&l

48、t;p>　　在本次設(shè)計(jì)中，天然氣氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功能是能夠監(jiān)測(cè)CH4，同時(shí)本著方便應(yīng)用的原則，還應(yīng)具備聲光報(bào)警、人機(jī)界面操作、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及與Pc機(jī)通訊等功能。基于這些要求，儀表應(yīng)由敏感探頭、A／D轉(zhuǎn)換、單片機(jī)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、顯示器、按鍵面板及報(bào)警模塊、通訊模塊等組成。由于在標(biāo)定和更新系統(tǒng)參數(shù)的時(shí)候，需要大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，這就需要擴(kuò)展儀表外設(shè)功能模塊，采用串口通訊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)傳。</p><p><b>

49、　　2.3任務(wù)分析</b></p><p>　　基于氣體傳感器的甲烷氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由氣體傳感器、單片機(jī)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器以及LED顯示器以及RS一485通訊接1：3等部分組成，其原理框圖如圖2.4所示。采用單片機(jī)AT89S52構(gòu)成煤礦氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的核心部分，根據(jù)氣體傳感器及測(cè)量的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)CH4的成分識(shí)別和濃度測(cè)量；使用按鍵面板輸入外部命令；采用ATMEL公司的DataFlash存儲(chǔ)器AT24C02存儲(chǔ)

50、設(shè)定的參數(shù)及大量的測(cè)量數(shù)據(jù)；通過(guò)8只8段LED數(shù)碼管顯示氣體濃度；也可以在Pc機(jī)控制模式下，采用RS--485協(xié)議，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳。</p><p>　　2.3.1氣體傳感器的選擇</p><p>　　本文在實(shí)驗(yàn)階段，采用7只CH4氣體傳感器進(jìn)行參數(shù)測(cè)量。其催化元件是采用一種全新高活性的納米級(jí)過(guò)渡金屬合金低溫反應(yīng)催化劑作為新的敏感元件，取代傳統(tǒng)的瓦斯燃燒催化劑。這種新的合金催化劑不僅對(duì)瓦斯催

51、化反應(yīng)的活性極高，臨界反席溫度低，而且具有良好的催化選擇性，有利于提高報(bào)警器的靈敏性和準(zhǔn)確性。同時(shí)岡反慮可在較低溫度進(jìn)行，催化劑性能穩(wěn)定，因而大大延長(zhǎng)了催化劑的使用壽命。這種敏感元件的外觀圖見(jiàn)圖2.3.1，其具有抗氣體干擾能力強(qiáng)、選擇性好、反麻速度快、靈敏度高、線性和穩(wěn)定性好、功耗低、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。適用于惡劣的環(huán)境測(cè)量空氣中的甲烷氣體濃度。</p><p>　　圖2.3.1 元件外觀圖</p>

52、<p>　　1．元件使用環(huán)境條件：</p><p>　　溫度：-20℃～+70℃</p><p><b>　　濕度：(95％RH</b></p><p><b>　　風(fēng)速：(8m／s</b></p><p>　　大氣壓力：80-116 KPa</p><p><

53、;b>　　2．零點(diǎn)輸出</b></p><p>　　V。OmV一+20mY(V。：空氣中的輸出電壓)</p><p><b>　　3．靈敏度</b></p><p>　　M>2mY (M：靈敏度)</p><p>　　4．傳感器對(duì)多種可燃?xì)怏w的敏感特性</p><p>　　

54、圖2.3.2表示CH4氣體敏感元件對(duì)各種氣體的反應(yīng)關(guān)系，從圖上我們可以看出敏感元件輸出電壓與對(duì)各種氣體濃度之間具有較好的線性關(guān)系。</p><p>　　圖2.3.2 輸出V0在不同氣體及濃度下的曲線</p><p><b>　　5．溫濕度的影響</b></p><p>　　1)恒定濕熱試驗(yàn)：40"C，95％RH，96小時(shí)(見(jiàn)圖2．3

55、．3)。Y軸表示vo的輸出電壓</p><p><b>　　值。</b></p><p>　　圖2.3.3 恒定室熱實(shí)驗(yàn)圖</p><p>　　2） 低溫試驗(yàn)見(jiàn)表2.3.4：（氣敏元件在0°——40°的環(huán)境下維持4小時(shí)的數(shù)據(jù)）</p><p><b>　　低溫試驗(yàn)記錄</b>&

56、lt;/p><p><b>　　圖 2.3.4</b></p><p><b>　　6﹑定性</b></p><p><b>　　1)初始穩(wěn)定性</b></p><p>　　a．在空氣中的初始穩(wěn)定性：</p><p>　　貯存一周到一年的元件初始零點(diǎn)輸出可能

57、不為零，只需在工作點(diǎn)電壓穩(wěn)定十分鐘后輸出零點(diǎn)將歸零；</p><p>　　b．在氣體中的穩(wěn)定性：</p><p>　　貯存一周到一年的元件剛開(kāi)始T作時(shí)靈敏度可能達(dá)不到最佳點(diǎn)，只需在工作點(diǎn)電壓穩(wěn)定二十分鐘后輸出靈敏度將復(fù)原；</p><p><b>　　2)長(zhǎng)期穩(wěn)定性</b></p><p>　　圖2.3.5 長(zhǎng)期位穩(wěn)定性

58、</p><p>　　2.3.2單片機(jī)型號(hào)的選擇</p><p>　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)因具有集成度高、體積小、速度快、價(jià)格低等特點(diǎn)而在許多領(lǐng)域如過(guò)程控制、數(shù)據(jù)采集、機(jī)電一體化、智能化儀表、家用電器以及嘲絡(luò)技術(shù)等方面得到廣泛應(yīng)用。從而使這些領(lǐng)域的技術(shù)水平、自動(dòng)化程度大大提高。正因如此國(guó)內(nèi)外多家電子生產(chǎn)廠商把目光投向了單片機(jī)的生產(chǎn)，其中最為著名的當(dāng)數(shù)INTEL公司生產(chǎn)的MCS-51

59、系列單片機(jī)。</p><p>　　單片機(jī)型號(hào)的選擇是根據(jù)控制系統(tǒng)的目標(biāo)、功能、可靠性、性價(jià)比、精度和速度等來(lái)決定的。根據(jù)本課題的實(shí)際情況，單片機(jī)型號(hào)的選擇主要從以下兩點(diǎn)考慮：一是要有較的抗T．?dāng)_能力。由于甲烷氣體監(jiān)測(cè)傳感器有的要處在惡劣的環(huán)境下工作，這些都對(duì)單片機(jī)的干擾較大，所以采用抗干擾性能較好的單片機(jī)機(jī)型；二是要有較高的性價(jià)比。由于5l系列在我國(guó)使用晟廣且該系列的資料和能夠兼容的外圍芯片也比較多，特別是ATM

60、EL公司2003年推出的新～代89S系列單片機(jī)，其典型產(chǎn)品AT89S520’單片機(jī)具有較高的性能價(jià)格比。本文采用ATMEL公司生產(chǎn)的AT89S52單片機(jī)作為監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的核心部件，AT89S52單片機(jī)是AT89S系列單片機(jī)中的一種，它是在現(xiàn)己廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制等各領(lǐng)域的AT89C52系列單片機(jī)的換代產(chǎn)品。它具有89C52的全部功能，是80C51的增強(qiáng)型并且指令完全兼容，AT89S52新增加的功能由特殊功能寄存器完成。相信日后它將更廣泛地應(yīng)用

61、于工業(yè)控制、汽車控制、智能儀器儀表及電機(jī)控制等席用領(lǐng)域。</p><p>　　2.3.3 AT89S52單片機(jī)的特點(diǎn)</p><p>　　1)兼容MCS一5l單片機(jī)</p><p>　　2)8K寧節(jié)FLASH存</p><p>　　3)256字節(jié)片內(nèi)R</p><p>　　4)工作電壓4．OV到6. 0V</p&

62、gt;<p>　　5)全靜態(tài)時(shí)鐘OHz到33MHZ</p><p><b>　　6)二級(jí)程序加密</b></p><p>　　7)32個(gè)可編程I／O口</p><p>　　8)3個(gè)16位定時(shí)／計(jì)時(shí)器</p><p><b>　　9)6個(gè)中斷源</b></p><p&

63、gt;<b>　　10)上電復(fù)位標(biāo)志</b></p><p>　　11)完全的雙工 UAR串行口</p><p>　　12)低功耗支持Idl和Power-down模式</p><p><b>　　14雙數(shù)據(jù)指針</b></p><p>　　此外，與AT89C52相比，AT89S52新增加了許多功能，

64、這將使單片機(jī)在工作過(guò)程中具備更高的穩(wěn)定性和電磁抗干擾性。首先，AT89S52獨(dú)有的雙數(shù)據(jù)指針使數(shù)據(jù)操作更加快捷方便；其次，AT89S52運(yùn)行速度更高，最高晶振可達(dá)到33MHZ：最后，AT89S52支持ISP(In—System Programming)在線下載功能。AT89S52中ISP引腳共有4個(gè)：RST、MOSI、MISO和SCK。用戶可以直接替換應(yīng)用系統(tǒng)中的AT89C51／52，而軟件硬件均不需作任何修改，這給正使用AT89C52

65、單片機(jī)的用廣更新?lián)Q代帶來(lái)許多方便。</p><p>　　正因AT89S52單片機(jī)增加了高可靠性、安全性的功能，所以能避免因外部芯片擴(kuò)展過(guò)多或傳感器輸入信號(hào)過(guò)多而引起的信號(hào)失真、電磁干擾等現(xiàn)象的發(fā)生。閔此．用它作為甲烷氣體測(cè)量可以滿足監(jiān)控、信息傳送的要求。而且，從經(jīng)濟(jì)性的角度來(lái)看，AT89S52不但硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且價(jià)格低、功能強(qiáng)、性價(jià)比高，符合我國(guó)工業(yè)設(shè)計(jì)制造的要求。</p><p>&l

66、t;b>　　2.4.提出方案</b></p><p>　　基于氣體傳感器的甲烷氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由氣體傳感器、單片機(jī)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器以及LED顯示器以及RS一485通訊接1：3等部分組成，其原理框圖如圖2.4所示。采用單片機(jī)AT89S52構(gòu)成天然氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的核心部分，根據(jù)氣體傳感器及測(cè)量的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)CH4的成分識(shí)別和濃度測(cè)量；使用按鍵面板輸入外部命令；采用ATMEL公司的DataFlash存儲(chǔ)器AT

67、24C02存儲(chǔ)設(shè)定的參數(shù)及大量的測(cè)量數(shù)據(jù)；通過(guò)8只8段LED數(shù)碼管顯示氣體濃度；也可以在Pc機(jī)控制模式下，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳。</p><p>　　圖2.4 系統(tǒng)硬件原理圖</p><p><b>　　3 電路圖的設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　3.1系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　

68、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)原理圖見(jiàn)附錄，下面介紹其主要組成部分以及它們實(shí)現(xiàn)的功能。</p><p>　　3.2氣體傳感器加熱及其信號(hào)采樣</p><p>　　氣體傳感器加熱及其信號(hào)采樣電路圖，由LM317提供加熱電壓。其中．HVCC是輸入電壓，VE是氣體傳感器的加熱電壓，VH是監(jiān)測(cè)回路的工作電壓，GND為氣體傳感器加熱地，Vss為信號(hào)采樣地，Rs為氣體傳感器的敏感體電阻，R。為取樣電阻。傳感器加熱電壓高

69、，加熱絲的電阻值小，這樣勢(shì)必導(dǎo)致流經(jīng)加熱回路的電流大；另外，為了方便測(cè)量，傳感器探頭電路與儀表數(shù)據(jù)處理電路不在同一個(gè)電路扳上，而是用了比較長(zhǎng)的數(shù)據(jù)線相連。如果采樣地與加熱地共用一條回路，采樣地就會(huì)流過(guò)較大的電流，這樣就能在信號(hào)采樣線上產(chǎn)生很大的壓降，從而導(dǎo)致采集的信號(hào)受信號(hào)采集線的長(zhǎng)短影響較大。必須把加熱地與信號(hào)地分離開(kāi)，才能降低干擾。</p><p>　　3.3 傳感器信號(hào)監(jiān)測(cè)回路</p><

70、;p>　　傳感器信號(hào)監(jiān)測(cè)回路及A／D轉(zhuǎn)換參考電源電路圖如圖3．3所示，主要由三極管和TL43 1組成。TL431是TI公司生產(chǎn)的一個(gè)有良好的熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)精密電壓基準(zhǔn)集成電路，引腳分別為：陰極(CATHODE)、陽(yáng)極(ANODE)和參考端(REF)；輸出電樂(lè)范同是2．5VN30V；典型動(dòng)態(tài)阻抗為0．20，輸出雜波低。在很多應(yīng)用中可以用它代替齊納二極管，例如，數(shù)字電壓表，運(yùn)放電路、可調(diào)壓電源，開(kāi)關(guān)電源等等。該器件內(nèi)部有一個(gè)的2

71、．5V基準(zhǔn)源VI，接在內(nèi)部運(yùn)放的反相輸入端。由運(yùn)放的特性可知，只有當(dāng)REF端(同相端)的電壓非常接近VI時(shí)，三極管中才會(huì)有一個(gè)穩(wěn)定的非飽和電流通過(guò)，而且隨著REF端電壓的微小變化。通過(guò)三極管的電流將從l到lOOmA變化。當(dāng)在REF端引入輸出反饋時(shí)，器件可以通過(guò)從陰極到陽(yáng)極很寬范同的分流來(lái)控制輸出電壓。需要注意的是，在選擇電阻時(shí)必須保證TL4311作的必要條件，即通過(guò)陰極的電流要大于lA。</p><p>　　圖

72、3.3 傳感器信號(hào)檢測(cè)回路</p><p>　　3.4 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD7810的原理及應(yīng)用</p><p>　　AD7810是美國(guó)模擬器件公司(Analog Devices)生產(chǎn)的一種低功耗10位速串行A／D轉(zhuǎn)換器。該產(chǎn)品有8腳DIP和SOIC兩種封裝形式，并帶有內(nèi)部時(shí)鐘它的外圍接線極其簡(jiǎn)單，AD7810的轉(zhuǎn)換時(shí)間為2 u s，采用標(biāo)準(zhǔn)SPI同步串行口輸出和單一電源(2．7V～5．5V)

73、供電。在自動(dòng)低功耗模式下，該器件在轉(zhuǎn)換吐率為IkSPS時(shí)的功耗僅為27 p w。</p><p>　　3.4.1 AD7810引腳功能</p><p>　　AD7810引腳排列如圖3.4.1所示，各引腳的功能如下：</p><p>　　I腳CONVST：轉(zhuǎn)換啟動(dòng)輸入信號(hào)</p><p>　　2腳VIN+：模擬信號(hào)同相輸入端</p>

74、<p>　　3腳VIN-：模擬信號(hào)反相輸入端</p><p>　　4腳GND ： 接地端口</p><p>　　5腳VREF：轉(zhuǎn)換參考電壓輸入端</p><p>　　6腳DOUT：串行數(shù)據(jù)輸出端</p><p>　　7腳SCLK：時(shí)鐘輸入端</p><p>　　8腳VDD ： 電源端</p>

75、<p>　　圖3.4.1 AD7810引腳功能</p><p>　　3.4.2 AD7810主要參數(shù)</p><p>　　1)分辨率：10位二進(jìn)制</p><p>　　2)轉(zhuǎn)換時(shí)間：2u s</p><p>　　3)非線性誤差：±1LSB</p><p>　　4)電源電樂(lè)范嗣：2．7--5．5V

76、</p><p>　　5)電源功耗：高速方式時(shí)為17．5mW，低功耗方式時(shí)為5 u w</p><p>　　6)參考電壓Vm?范圍：1．2V～VDD</p><p>　　7)模擬電壓輸入范同：OV～Vref</p><p>　　8)輸出形式：SPI同步串行輸出，與TTL電平兼容。</p><p>　　3.4.3 AD7

77、810的工作模式</p><p>　　3.4.3.1 高速模式</p><p>　　圖3.4.3 是AD7810 工作在高速模式時(shí)的時(shí)序圖。在此模式下，啟動(dòng)信號(hào)CONVST一般處于高電乎。在CONVST端輸入一個(gè)負(fù)脈沖，其下降沿將啟動(dòng)一次轉(zhuǎn)換。若采用內(nèi)部時(shí)鐘，那么，轉(zhuǎn)換需要2p s的時(shí)間(圖中t1)。當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，AD7810會(huì)自動(dòng)將轉(zhuǎn)換結(jié)果鎖存到輸出移位寄存器中。此后，在每一個(gè)SCLK

78、脈沖的上升沿，數(shù)據(jù)按由高到低的原則(首先發(fā)送DB9，最后發(fā)送DBo)依次出現(xiàn)在DOUT上。如果在轉(zhuǎn)換還未結(jié)束之前就發(fā)出SCLK信號(hào)來(lái)啟動(dòng)數(shù)據(jù)輸出，那么， 在DOIJT上出現(xiàn)的將是上一次轉(zhuǎn)換的結(jié)果。</p><p>　　圖 3.4.3 AD7810 高速模式時(shí)序圖</p><p>　　啟動(dòng)信號(hào)CONVST應(yīng)在轉(zhuǎn)換結(jié)束前變?yōu)楦唠娖?，即t2應(yīng)小于tl，否則器件將自動(dòng)進(jìn)入低功耗模式。另外，串行時(shí)鐘

79、SCLK的最高頻率不能超過(guò)20MHz。</p><p>　　3．4.3.2 自動(dòng)低功耗模式</p><p>　　圖3.4.3.2 是AD7810 T作在自動(dòng)低功耗模式時(shí)的時(shí)序圖。在此模式下，啟動(dòng)信號(hào)CONVST為低電平時(shí)，器件處于低功耗休眠狀態(tài)。當(dāng)在CONVST端輸入一個(gè)正脈沖時(shí)，可在其上升沿將器件從休眠狀態(tài)喚醒，喚醒過(guò)程需要1 p s的時(shí)間。</p><p>　

80、　當(dāng)器件被喚醒后，系統(tǒng)將自動(dòng)啟動(dòng)一次轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時(shí)間也是2p s。轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，AD7810將轉(zhuǎn)換結(jié)果鎖存到輸出移位寄存器中，同時(shí)自動(dòng)將器件再一次置于低功耗狀態(tài)。</p><p>　　圖 3.4.3.2 AD7810自動(dòng)低功耗模式</p><p>　　啟動(dòng)信號(hào)CONVST正脈沖的寬度應(yīng)小于1 u s，否則器件被喚醒后將4i會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，而是梅A／D轉(zhuǎn)換的啟動(dòng)時(shí)間順延至CONVST的下降沿處。

81、自動(dòng)低功耗模式是AD7810的一大特色，一般當(dāng)數(shù)據(jù)吞吐率小于IOOkSPS時(shí)，席使器件丁作在此模式下。在5v電源電壓下，當(dāng)數(shù)據(jù)吞吐率為IOOkSPS時(shí)，器件的功耗2．7mW：而當(dāng)數(shù)據(jù)吞吐率為IOkSPS時(shí)，功耗為270 uw；若數(shù)據(jù)吞吐率為lkSPS，則其功耗僅27“w。</p><p>　　3.5 AD7810的應(yīng)用電路</p><p>　　AD7810應(yīng)用時(shí)幾乎不需外圍元件。圖3.5所

82、示是其應(yīng)用電路，其參考電壓Vref連接全參考電源VH，模擬輸入VIN一接至GND，而待由氣體傳感器輸出的信號(hào)從VIN+輸入。</p><p>　　圖3.5 AD7810的應(yīng)用電路</p><p>　　AD7810幾乎可與各種MCU進(jìn)行接口，圖3.5中的WCU可以是5l系列或PICl6C6X／7X單片機(jī)。在本論文中AD7810與AT89S52接口時(shí)，電路采用的是一種模擬串口方式，AD781

83、0的SCLK、DoUT和CONVST分別接至AT89S52的P1．5、PI．6和P1．7，只要嚴(yán)格按照AD7810的時(shí)序要求操作，一般接口都不會(huì)有問(wèn)題。這種方式實(shí)際上可擴(kuò)展到所有的MCU種類。另外，AT89S52也可利用其串行口工作方式0與AD7810進(jìn)行通訊(圖中未畫出)，但這時(shí)應(yīng)解決好兩個(gè)問(wèn)題；一是由于AT89S52在TXD的上升沿進(jìn)行采樣，這樣，TXD應(yīng)經(jīng)過(guò)一個(gè)反相器再接到SCLK，而將RXD接全Dout，然后將CONVST接至任

84、意一個(gè)輸出端口。二是AT89S52串行口旨先接收低位數(shù)據(jù)，這一點(diǎn)與AD7810剛好相反，編程時(shí)需要注意。</p><p>　　3.5.1單片機(jī)的串行工作方式</p><p>　　AT89S52單片機(jī)串行口有四種發(fā)送工作方式，其中方式0每幀共發(fā)送8位數(shù)，其他工作方式下每幀發(fā)送均不為8位數(shù)或其倍數(shù)。因此只能考慮使用方式0。串行口T作于方式0時(shí)，通過(guò)P1．0引腳發(fā)送／接收串行數(shù)據(jù)，通過(guò)P1．1引

85、腳發(fā)送移位時(shí)鐘脈沖。發(fā)送順序?yàn)榈臀辉谇?，高位在后，與MAX7219的接收順序相反。</p><p>　　從單片機(jī)時(shí)序上看，只需在發(fā)送前將顯示數(shù)據(jù)和地址碼的高低位順序顛倒，利用串行方式0進(jìn)行發(fā)送，每發(fā)送兩次，就可向MAX7219輸出一個(gè)要顯示的數(shù)據(jù)或控制寄存器參數(shù)。而在單片機(jī)與MAX7219的時(shí)序配合中，時(shí)鐘脈沖的配合是非常關(guān)鍵的。</p><p>　　圖 3.5.1 MAX7219時(shí)序圖

86、</p><p>　　3.5.2 單片機(jī)與MAX7219的連接</p><p>　　控制系統(tǒng)單片機(jī)與MAX7219及顯示器件的連接如圖3.5.2所示。單片機(jī)的P1．0、PI，1引腳分別接MAX7219的DIN、CLK，以P1．2控制LOAD引腳。由于MAX7219是在脈沖信號(hào)控制下工作的，抗干擾非常關(guān)鍵，在線路上，MAX7219應(yīng)盡量與顯示器件相靠近，以減少外部的干擾。</p>

87、<p>　　圖3.5.2 MAX7219電路連接圖</p><p>　　3.6 通訊網(wǎng)路的設(shè)計(jì)</p><p>　　在論文設(shè)計(jì)中采用AT89S52單片機(jī)自帶的異步通信口，外接MAX485芯片轉(zhuǎn)換成485總線。其中為了實(shí)現(xiàn)總線與單片機(jī)系統(tǒng)的隔離，在AT89S52的異步通信口與MAX485之間采用光耦隔離。電路原理圖如圖3．6所示。</p><p>　　

88、圖3.6 485通訊電路原理</p><p>　　MAX485各引腳意義如下：</p><p>　　1)ro：接收數(shù)據(jù)的TTL電平輸出</p><p>　　2)RE：低電半有效的接收允許</p><p>　　3)DE：高電半有效的發(fā)送允許</p><p>　　4)DI：發(fā)送數(shù)據(jù)的TTL電平輸入</p>

89、<p>　　5)A：485差分信號(hào)的正向端</p><p>　　6)B：485差分信號(hào)的反向端</p><p>　　4 天然氣泄漏檢測(cè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　本系統(tǒng)軟硬件底層設(shè)計(jì)軟件是采用美國(guó)Keil Software公司出品的5l系列兼容單片機(jī)c語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)KEIL uVISION2。KEIL uVlSION2是眾多單片機(jī)應(yīng)用開(kāi)發(fā)軟件中優(yōu)

90、秀的軟件之一。它支持眾多不同公司的MCS51架構(gòu)的芯片，它集編輯，編譯，仿真等于一體，同時(shí)還支持匯編和C語(yǔ)言的程序設(shè)計(jì)，它的界面和常用的微軟Vc++的界面相似，界面友好，易學(xué)易用，在調(diào)試程序，軟件仿真方面也有很強(qiáng)大的功能。論文中設(shè)計(jì)的內(nèi)嵌于氣體監(jiān)測(cè)儀表中的軟件所要完成的主要功能有：</p><p>　　I)設(shè)置系統(tǒng)初始狀態(tài)</p><p>　　2)氣體成分識(shí)別及濃度計(jì)算、顯示</p&

91、gt;<p><b>　　3)報(bào)警閥值設(shè)霞</b></p><p><b>　　4)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)</b></p><p><b>　　5)串行通訊</b></p><p>　　6)測(cè)量結(jié)束后系統(tǒng)進(jìn)入低功耗狀態(tài)</p><p>　　上述功能主要由主程序、氣體傳感器信號(hào)測(cè)

92、量子程序、按鍵中斷程序、定時(shí)器A中斷程序、定時(shí)器B中斷程序、顯示子程序、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)子程序、串行中斷程序以及軟件的低功耗設(shè)置這幾個(gè)部分完成。</p><p><b>　　4.1 主程序</b></p><p>　　主程序旨先初始單片機(jī)的一些寄存器、UO等的狀態(tài)功能，開(kāi)／關(guān)一些IC芯片的電源，如延時(shí)等待晶振穩(wěn)定等：然后從閃速存儲(chǔ)器里讀取設(shè)定的參數(shù)；接著延時(shí)進(jìn)行氣體傳感器預(yù)熱

93、：最后程序進(jìn)入主循環(huán)，開(kāi)啟中斷。其主程序流程如圖4.1所示。</p><p>　　圖4.1 系統(tǒng)的主程序流程圖</p><p>　　5 天然氣泄漏檢測(cè)系統(tǒng)在PC機(jī)上實(shí)驗(yàn)：</p><p>　　在本設(shè)計(jì)完成過(guò)程中，在PC機(jī)上共試驗(yàn)調(diào)試了2臺(tái)氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)裝置，在實(shí)驗(yàn)室中測(cè)量了大量的技術(shù)數(shù)據(jù)。包括系統(tǒng)對(duì)甲烷氣體的反應(yīng)速度以及其在固定濃度下達(dá)到穩(wěn)態(tài)所需要的時(shí)間。選1號(hào)系統(tǒng)裝

94、置完成在溫度為25°C、相對(duì)濕度為o％的條件下天然氣氣體濃度為1％時(shí)達(dá)到穩(wěn)態(tài)所需要的時(shí)間，如圖5所示。其中Y軸主坐標(biāo)表示CH4的濃度，x軸表示數(shù)據(jù)采樣時(shí)間。從圖中我們可以看出儀表的響應(yīng)時(shí)間快，并且線性度也較好。</p><p>　　圖5 固定濃度下系統(tǒng)裝置相應(yīng)時(shí)間</p><p>　　分別將每個(gè)系統(tǒng)裝置置于l％一10％的瓦斯?jié)舛鹊沫h(huán)境中分別測(cè)量其達(dá)到穩(wěn)態(tài)的時(shí)間以及穩(wěn)態(tài)值，通過(guò)穩(wěn)態(tài)

95、值計(jì)算出系統(tǒng)的誤差。l--2號(hào)系統(tǒng)裝置的數(shù)據(jù)分別如下圖：</p><p>　　1號(hào)系統(tǒng)裝置相應(yīng)及誤差表</p><p>　　2號(hào)系統(tǒng)裝置相應(yīng)及誤差表</p><p>　　2臺(tái)瓦斯監(jiān)測(cè)儀表響應(yīng)速度快，線性度較好，其最小誤差為0．10％，最大誤差為1．95％．能夠較為迅速及準(zhǔn)確的測(cè)量瓦斯?jié)舛取?lt;/p><p><b>　　6 結(jié)論 &l

96、t;/b></p><p>　　在我國(guó)天然氣已普遍使用，但由于使用不當(dāng)或疏于管理等原因?qū)е碌奶烊粴庑孤O大地威脅著人們的生命財(cái)產(chǎn)安全，伴隨氣體傳感器的發(fā)展。氣體監(jiān)測(cè)儀器的種類也在不斷更新。本文采用了鎮(zhèn)江中煤電子有限公司研制生產(chǎn)的CH4氣體傳感器。采用具有較高的性能價(jià)格比的AT89S52單片機(jī)作為硬件電路的核心，設(shè)計(jì)甲烷氣體監(jiān)測(cè)儀表的主電路(詳見(jiàn)附錄)。系統(tǒng)軟件部分采用了模塊化設(shè)計(jì)，為以后對(duì)系統(tǒng)的升級(jí)提供了良

97、好的接口，使后繼開(kāi)發(fā)人員可以方便快捷的改變系統(tǒng)設(shè)置。天然氣氣體監(jiān)測(cè)儀表運(yùn)用RS一485協(xié)議進(jìn)行串行通信，配合由vc++編制的KJl01串口通訊軟件，可以隨時(shí)監(jiān)控儀表|T作狀態(tài)，采集傳感器數(shù)據(jù)。此外，串口通訊軟件制訂了多機(jī)通訊協(xié)議，為以后的嗍絡(luò)測(cè)試奠定了基礎(chǔ)。經(jīng)試驗(yàn)檢測(cè)，本課題設(shè)計(jì)研制的天然氣泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有抗干擾能力強(qiáng)、反應(yīng)速度快、線性和穩(wěn)定性好、功耗低等特點(diǎn)。</p><p><b>　　7 總結(jié)&l

98、t;/b></p><p>　　此次畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們從大學(xué)畢業(yè)生走向未來(lái)工程師重要的一步。從最初的選題，開(kāi)題到計(jì)算、繪圖直到完成設(shè)計(jì)。其間，查找資料，老師指導(dǎo)，與同學(xué)交流，反復(fù)修改圖紙，每一個(gè)過(guò)程都是對(duì)自己能力的一次檢驗(yàn)和充實(shí)。</p><p>　　在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，通過(guò)對(duì)空談開(kāi)關(guān)簧片的模具設(shè)計(jì)，我第一次真正的自己完全的對(duì)一個(gè)模具進(jìn)行完整的設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)期間自己動(dòng)手找資料，有許多不懂的知

99、識(shí)向老師和同學(xué)請(qǐng)教，學(xué)了許多書本上沒(méi)有的東西，在找資料期間，我學(xué)會(huì)了如何快速準(zhǔn)確的找到自己所需要的資料，同時(shí)也認(rèn)識(shí)到了資料對(duì)我們學(xué)習(xí)的重要性，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，常常自己設(shè)計(jì)的不符合要求，或是前面設(shè)計(jì)的和后面設(shè)計(jì)相沖突，面隊(duì)一大堆數(shù)據(jù)，自己常常感到無(wú)從下手，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅是對(duì)我們所學(xué)的知識(shí)和能力的考驗(yàn)，也是對(duì)我們耐心和治學(xué)態(tài)度的考驗(yàn)，這種態(tài)度對(duì)我們以后的工作很重要，在做設(shè)計(jì)的期間，我們一次次相老師請(qǐng)教，我們從老師身上學(xué)了許多知識(shí)，在最后的裝

100、配圖期間，老師給了我很多指導(dǎo)，我學(xué)到了一種圖形的坐標(biāo)表示方法，老師給老指出了許多自己原來(lái)從沒(méi)注意的問(wèn)題，我原來(lái)一直以為那不是問(wèn)題，經(jīng)過(guò)老師的指導(dǎo)和解釋，我才發(fā)現(xiàn)自己所學(xué)的和所知道的和標(biāo)準(zhǔn)的制圖和實(shí)際加工相差很遠(yuǎn).此次畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)我專業(yè)知識(shí)和專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)一次實(shí)際檢驗(yàn)和鞏固，在檢驗(yàn)時(shí)候發(fā)現(xiàn)了許多問(wèn)題，我加以改進(jìn)，同時(shí)也是走向工作崗位的一次熱身。</p><p>　　在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，還學(xué)會(huì)了查找相關(guān)資料相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，分析數(shù)

101、據(jù)，通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)提高了自己的讀圖和繪圖能力，在計(jì)算時(shí)，用到了許多復(fù)雜的經(jīng)驗(yàn)公式，懂得了許多經(jīng)驗(yàn)公式的獲得是前人不懈努力的結(jié)果。同時(shí)，仍有很多課題需要后輩去努力去完善。</p><p>　　但是畢業(yè)設(shè)計(jì)也暴露出自己專業(yè)基礎(chǔ)的很多不足之處。比如缺乏綜合應(yīng)用專業(yè)知識(shí)的能力，我在平時(shí)學(xué)習(xí)時(shí)，單獨(dú)的沒(méi)門課都可以學(xué)好，但在畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)，要用到所有學(xué)過(guò)的知識(shí)，還有許多自己不了解的知識(shí)，這時(shí)發(fā)現(xiàn)自己學(xué)的是多么的少，特別是有許多東西

102、不是書本上所有的，它要我們對(duì)所學(xué)的進(jìn)行綜合的分析以后才能得到結(jié)論。在選材時(shí)對(duì)材料不了解，面對(duì)眾多的材料，不知道選擇那一種好。這次實(shí)踐是對(duì)自己大學(xué)三年所學(xué)的一次大檢閱，使我明白自己知識(shí)還很淺薄，雖然馬上要畢業(yè)了，但是自己的學(xué)習(xí)的道路還很長(zhǎng)，在以后的學(xué)習(xí)和工作中，虛心的學(xué)習(xí)，努力的填充自己的知識(shí)，并學(xué)以至用，做個(gè)對(duì)社會(huì)有用的人。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p>

103、<p>　　[1] 《機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)》 熊詩(shī)波， 機(jī)械工業(yè)出版社</p><p>　　[2] 《單片機(jī)原理及應(yīng)用》 汪文，華中科技大學(xué)出版社</p><p>　　[3] 《AVR單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐》 馬潮，北京航空航天大學(xué)出版社</p><p>　　[4] 《微型計(jì)算機(jī)技術(shù)及應(yīng)用》 李華貴， 北京希望電子出版社</p&

104、gt;<p>　　[5] 《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》 張建明， 北京理工大學(xué)出版社</p><p>　　[6] 《機(jī)械工程手冊(cè)》 浙江大學(xué)主編 ，北京：機(jī)械工業(yè)出版社</p><p>　　[7] 《傳感器及應(yīng)用技術(shù)》 林友德 上?？茖W(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社</p><p>　　[8] 《測(cè)試與傳感技術(shù)》

105、 杜潤(rùn)祥 華南理工大學(xué)出版社</p><p>　　[9] 《傳感器電子學(xué)》 高橋清 宇航出版社</p><p>　　[10] 《電子察覺(jué)控制》 森姆, 史迪芬 臺(tái)北 : 徐氏基金會(huì)</p><p>　　[11] 《單片機(jī)控制工程實(shí)踐技術(shù)》 付家才 化學(xué)工業(yè)出版社<

106、/p><p>　　[12] 《單片機(jī)接口技術(shù)及應(yīng)用》 趙佩華 機(jī)械工業(yè)出版社</p><p><b>　　7 參考文獻(xiàn)</b></p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　能夠完成本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我首先要感謝我的指導(dǎo)老師**老師，他嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和較全面的專業(yè)知識(shí)都給