1、 34 目 录 第 1 章 绪论 1 1.1 选题背景 1 1.2 矿井中的气体简介 1 第 2 章 设计方案论证 . 2 2.1 本系统的实现目标 2 2.2 主要器件 2 2.3 系统组成框图 3 第 3 章 系统硬件电路设计 4 3.1 信号检测处理传输通道设计 4 3.2 频压转换电路设计 6 3.3 电源电路设计. 10 3.4 89C51 单片机 . 13 3.5 MT8888 芯片应用 17 3.6 看门狗电路设计. 23 3.7 红外遥控电路设计. 24 3.8 显示接口电路设计. 26 3.9 报警系统和频率输出. 27 第 4 章 系统软件流程设计 . 29 4.1 程序流
2、程图 . 29 4.2 INT1、T0 中断服务程序流程图 30 致 谢 31 参 考 文 献 32 附录 电路原理图 . 33 34 第 1 章 绪论 1.1 选题背景 1.1.1 选题来源与目的 多年来，瓦斯问题一直是煤矿安全生产的主要问题之一，不仅严重威胁矿工的 生命财产安全，也严重制约着经济的发展。据不完全统计，06 年全国煤矿发生大 小瓦斯爆炸事故 400 多起，死伤 2000 余人。当前我国煤矿的安全形势依然严峻， 煤矿死亡人数居高不下，重大事故不断发生，对国家造成了极其严重的影响。 1.1.2 煤矿瓦斯监控系统在现实中的意义 近几年来，国家对煤矿安全生产的管理力度在不断加强，煤矿
3、生产单位都在进 行数字化矿井的建设和改造，当然，这些需要依靠科技进步手段提高煤矿整体安全 技术装备。其中在瓦斯矿井建立煤矿瓦斯安全监控系统，从而改善了煤矿的安全隐 患，减少了矿难的发生，确保了煤矿工业的安全生产。总之，煤矿的安全系数是与 瓦斯监控系统的性能成正比的。 1.2 矿井中的气体简介 瓦斯主要是矿井中由煤层气构成的以甲烷为主的有害气体，有时单独指甲烷 (沼气)，它是在煤的生成和煤的变质过程中伴生的气体。它无色、无味、无臭，瓦 斯对空气的相对密度是 0.554，在标准状况下，瓦斯的密度为 0.716 kgm 3，所以， 它经常积聚在巷道的上部及高顶处。甲烷含量达 515%时，则随时可能发
4、生瓦斯 爆炸。 瓦斯的爆炸性是矿井主要灾害之一。瓦斯爆炸产生的高温高压，促使爆源附近 的气体以极大的速度向外冲击，破坏巷道和器材设施，扬起大量煤尘并使之参与爆 炸，产生更大的破坏力。另外，爆炸后生成大量的有害气体，造成人员中毒死亡。 34 第 2 章 设计方案论证 2.1 本系统的实现目标 2.1.1 定时检测功能 系统定时对矿井中的瓦斯浓度进行巡检，时间不超过 20s。当发生异常情况 控制执行时间不超过 30s。 2.1.2 技术要求 瓦斯（CH4）浓度的测量精度为 0.1 分。 测量范围低浓度部分 0-4 分,高浓度部分 4-10 分。 具有声光报警功能。 矿井下和矿井上信息通讯功能。 2
5、.2 主要器件 2.2.1 传感器 目前，矿井中常用的瓦斯传感器可分为热导式和热效式两大类。热导式瓦斯传 感器是利用瓦斯与空气的热导系数不同而测量瓦斯浓度的。 这种传感器在于工作时 需通入恒定的电流，将其加热到一定的温度（180左右），功耗较大；且其中的 半导体热敏电阻式传感器受 CO2和水蒸汽的影响较大，元件的一致性和互换性也较 差。热导式瓦斯检测仪在测低浓度时，输出信号很小，误差较大。因此，这类传感 器制成的瓦斯检测仪适用于测高浓度的瓦斯（5%-100%），这中传感器在矿井中目 前使用很少。由于本设计主要应用在矿井中低浓度瓦斯的检测，因此在本系统中不 考虑使用此传感器进行浓度检测。 热效式
6、瓦斯传感器（又称热催化式瓦斯传感器），其中工作原理是利用可燃气 体在催化剂的作用下进行无焰燃烧， 产生热量， 使元件电阻因温度升高而发生变化， 从而测知瓦斯的浓度。这种传感器的优点是精度较高，输出信号较大（1%CH4时， 34 输出电压可达 15-20mV）且不受其它燃气和灰尘存在的影响。它的缺点是元件表面 温度高（300-450），寿命短（多数国家均保证 1 年），功耗大（其加热功率 小于 1W；热催化元件功耗为 0.3W-0.75W）,易受硫,铅,氯等的化合物干扰而使催化 剂中毒,降低其灵敏度,甚至误报。但此传感器适合本设计所要实现的检测目标，且 精度较高，输出信号较大，所以选择其作为本系统的瓦斯浓度检测元件。 2.2.2 DTMF 信号接收和发送 MT8888 双音多频（DTMF）信号的传输速度较快，使得它广泛应用于各种通信和控制系 统中。与 MT8880 相比，能与更多型号的单片机配合，而且外部电路简单，因此在 必须同时具备 DTMF 信号接收和发送功能的系统中备受青睐。 2.3 系统组成框图 智能低浓度瓦斯报警器以 89C51 单片机为中央处理单元，由检测电路
