基于51单片机的矿用瓦斯检测报警器-硬件设计本科毕业设计论文

本课题设计的是用单片机控制的甲烷浓度报警监控仪，是采用热催化原理(俗称黑 白元件)探头制成的甲烷浓度测量仪，适用于中小型煤矿井、下各作业场所中测量空气 中的甲烷浓度。仪器能够根据甲烷浓度报警限(1.00%)进行声、光报警，并启动排风设 备，同时具有通信功能。仪器由 CPU、敏感元件、看门狗监控电路、小信号放大电路、 A/D转换电路、通信电路、显示电路、报警电路等组成。其中 CPU是监控仪的核心，完 成数据采集、处理、输出、显示等功能；敏感元件是准确检测甲烷气体含量的主要元件 之一，其输出是与甲烷浓度相对应的电压信号；小信号放大电路则是用来放大敏感元件 输出的电压信号；A/D转换电路把放大了的电压信号由模拟信号变为数字信号送入 CPU； 显示电路则显示实时甲烷浓度；报警电路对超限甲烷浓度进行报警。该仪器的特点是测 量范围宽，精度高；结构简单，成本低；可靠性和稳定性好，是一种电路设计新颖、参 数测量准确、操作方便的矿用甲烷浓度监控仪。 《基于51单片机的矿用瓦斯检测报警器——硬件设计》 本文主要讨论的是一个使用51单片机为核心的矿用瓦斯检测报警系统的设计，该系统旨在为中小型煤矿提供安全监测，确保井下作业环境的安全。系统利用热催化原理（又称黑白元件）的探头来检测空气中甲烷的浓度，当浓度达到1.00%的报警阈值时，系统会触发声光报警并启动通风设备，同时具备通信功能。 系统的核心是51系列单片机，它负责整个系统的数据采集、处理、输出和显示。51单片机因其强大的计算能力和较低的成本，被广泛应用在各种嵌入式系统中。在这个设计中，CPU接收来自传感器的信号，经过处理后转化为可读的数据。 敏感元件是检测甲烷浓度的关键部件，它能够将甲烷浓度转化为相应的电压信号。由于甲烷浓度微小，这些信号通常非常弱，需要通过小信号放大电路进行放大，以便后续的处理。放大后的模拟信号经过A/D转换电路转化为数字信号，供CPU进行分析和处理。A/D转换是数字系统与模拟世界之间的重要桥梁，它的精度直接影响到测量结果的准确性。 显示电路用于实时显示当前甲烷浓度，通常采用LED或LCD显示屏，以便工作人员能直观地了解井下的安全状况。报警电路则在甲烷浓度超标时启动，通过声音和灯光警示，提醒现场人员采取相应措施。 通信电路允许系统与其他设备或监控中心进行数据交换，可以是无线或有线的方式，如RS-485、Zigbee或GPRS等，实现远程监控和数据传输。这使得井上管理人员可以实时了解井下的甲烷浓度变化，及时做出决策。 此外，系统还包括看门狗监控电路，用于防止程序运行出错导致系统死锁，增强了系统的稳定性和可靠性。看门狗定时器会在设定的时间间隔内要求CPU执行特定操作，如果CPU因故障未能响应，看门狗会重置CPU，从而保证系统的正常运行。 总体而言，这个基于51单片机的矿用瓦斯检测报警器设计具有宽广的测量范围、高精度、结构简洁、成本低廉以及良好的可靠性和稳定性。其新颖的电路设计、精确的参数测量和简便的操作方式，使其成为一种理想的矿井安全监测工具。