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基于单片机的瓦斯监控系统的硬件设计

电子信息工程专业　

［摘　要］本文概述了瓦斯监控器的现状及其基本原理，主要论述了利用单片机实现瓦斯监控

器的设计与实现方法。瓦斯监控器是一种采用单片机控制的智能化仪表，为了满足煤矿井下使用携

带方便、安全可靠等要求，在设计上作了如下的必要的考虑：考虑到小型化仪表的结构，以及今后

改进的方便，我们将单片机进行了模块化处理。系统的各个模块都由它控制完成。

本文针对目前情况设计一种井下便携式瓦斯监控器，当瓦斯气体浓度接近危险值时，自动发出

elaborated the use monolithic integrated circuit realization gas detector design and the realization method.

The gas detector is one kind the intellectualized measuring appliance which uses the monolithic integrated

circuit to control, in order to satisfy the coal mine mine shaft use to carry conveniently, safe is reliable and

so on the request, has made the following necessity consideration in the design: Considered the

miniaturized measuring appliance the structure, as well as next improvement convenient, we have carried

on the monolithic integrated circuit modular processing. System each module all controls by it completes.

This paper designs one kind of mineshaft portable gas detector in view of the present situation, when

the gas gas density approaches the dangerous value, automatically sends out reports to the police, the

reminder mineshaft personnel leaves immediately. At the same time this equipment also has the sensitivity

adjustment and the examination intensity regulating cock, has simply, convenient, accurate, is practical and

1.3 课题研究的内容和方案 .........................................................2

2 瓦斯报警器的设计概述 ...............................................................3

2.1 概述 .........................................................................3

2.2 设计方案 .....................................................................3

2.3 系统分析 .....................................................................4

2.4 本章小结 .....................................................................4

3 硬件系统设计 .......................................................................5

3.1 主控单元 .....................................................................5

3.4 调节执行单元 ...............................................................10

3.5 电源 ........................................................................11

3.6 报警单元 ....................................................................11

附录 A 系统的原理图 ................................................................17

致 谢 ...............................................................................18

1 引言

1.1 课题研究的目的和意义

在煤矿生产中，随着煤层采动，煤层中往往会涌出矿井瓦斯，瓦斯是煤矿开采中所产生的有害

气体总称，它具有独特的性质和特点。瓦斯的主要成份是甲烷，一氧化碳，二氧化碳，二氧化硫和

硫化氢等。瓦斯在煤体和围岩中，以游离状态和吸附状态存在，一般情况下处于动态平衡。当外界

温度、压力变化时这几种状态就会发生相互转化。瓦斯在煤层开采过程中被逸散出来，在井下积累

造成井下瓦斯浓度的增加，当瓦斯浓度达到 5%-16%时具有爆炸性，瓦斯浓度为 9.5%时爆炸威力最

大，当瓦斯浓度小于 5%或大于 16%时，一般不会爆炸，遇明火只会燃烧，形成燃烧事故。因此煤层

最低浓度界限叫爆炸下限，其最高浓度界限叫爆炸上限，瓦斯在空气中的爆炸下限为 5～6％，上限

为 14～16％。瓦斯爆炸界限不是固定不变的，它受到许多因素的影响，其中重要的有：

（2）氧的浓度

正常大气压和常温时，瓦斯爆炸浓度与氧浓度关系，如柯瓦德爆炸三角形。氧浓度降低时，爆

炸下限变化不大(BE 线)爆炸上限则明显降低(CE 线)。氧浓度低于 12％时，混合气体就失去爆炸性。

（3）煤尘

煤尘具有爆炸危险，300～400℃时就能从煤尘内挥发出多种可燃气体，形成混合的爆炸气体，

使瓦斯的爆炸危险性增加.

（4）空气压力

爆炸前的初始压力对瓦斯爆炸上限有很大影响。可爆性气体压力增高，使其分子间距更为接近，

会社的 GX86、GX111、GX91、GX82 系列，美国 GasTech 公司的 GT、SAFETMTE 等仪表。我们

通过这几种仪表的介绍和分析，概要说明气体检测监控系统的现状。

（1）气体敏感元件的性能便携式气体监测仪表使用的气体敏感元件性能即代表了仪表整体的

性能。

（2）气体仪表的功能气体检测仪表的功能主要是指所测气体浓度值、报警点的设置，声光报警，

开机指示，电池欠压指示等。

（3）气体仪表的智能化仪表的智能化是当今电子产品的发展方向。目前技术水平较高的“智能

化”，即程序化功能是指：自动校正和可燃气的对比参数。

1.3 课题研究的内容和方案

1.3.1 课题研究的内容及要求

内进行安全检测，并能在被控对象气体浓度超过标准值时进行报警，避免造成人员伤亡。假设这个

单片机气体安全监控系统要实现以下的功能：气体测试，超过设定的门限值后自动报警装置。以单

片机为主机，气敏传感器通过一根口线与单片机相连接，再加上浓度控制部分和人机对话部分来共

（3）用单片机 AT89C51 控制，通过自动监控瓦斯气体浓度设定值，数值采用数码管显示。

及时中断主程序，实现按键控制。

本论文针对 AT89C51 单片机在检测和过程控制方面的应用来分析瓦斯气体浓度控制系统。在分

析过程中，详细叙述了该实例的物理工作原理和电路工作原理。

2.1 概述

一个易燃易爆气体监控系统能够及时的发现易燃易爆气体并报警，肯定能提高人民的生活水平

和加快我们的现代化建设，有利于整个社会稳定。基于这个思路，我们研究设计了易燃易爆气体监

控系统。当气体的浓度超出某一设定范围后会产生报警并实时的关闭气体阀门，从而达到实时安全

监控作用。

2.2 设计方案