瓦斯浓度检测系统设计.doc

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1、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课设题目：瓦斯浓度检测系统设计专业班次：检测1班姓名：学号：指导教师：学期：2011-2011学年第一学期日期：2012.2.13-2012.2.20目录摘要1第一章瓦斯浓度检测概述21.1瓦斯的性质21.2瓦斯燃烧、爆炸的条件21.3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42．1系统整体结构42．2系统工作原理4第三章系统硬件电路设计53．1主控电路设计53．2瓦斯传感器及信号放大电路设计53．3A／D转换电路设计

2、63.4报警模块电路设计63.5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，

3、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。第一章瓦斯浓度检测概述1.1瓦斯的性质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

4、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

5、气体。1.2瓦斯燃烧、爆炸的条件（1）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;(2)充足的氧气:氧气浓度大于12%;(3)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

6、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。1.3瓦斯的检测方法及瓦斯传感器工作原理（1）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、

7、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。第二章系统整体机构及工作原理2．1系统整体结构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12．2系统工作原理瓦斯传感器将瓦斯气体

8、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CMOS8位微控制器，具有8kB系统可编程Flash存储器，256字节RAM，6个中断源