1、矿用瓦斯智能传感器设计与实现,姓名：王程学号：0913080507学院：信息技术学院班级：B080507,目 录,绪论 瓦斯智能传感器总体方案分析与设计 瓦斯传感器硬件及电路设计 瓦斯智能传感器的软甲设计 瓦斯智能传感器的维护 致谢,一、绪 论,（一）选题背景小型煤矿事故多发，极大影响了工人们的生命及财产安全，严重阻 碍了煤炭开采事业的发展。下表是小型煤矿因瓦斯气体而引起事故的数据统计。 表1.1,（二）煤矿瓦斯探测技术历史及发展,最早的瓦斯探测器是瓦斯检测灯，利用火焰高度来检测瓦斯浓度。随着技术的发展，有了光干涉瓦斯检测、铂丝催化检测等等。都 未达到智能化的检测。当单片机技术问世后，使得敏感
2、元件与智能处 理技术相结合，出现了新一代瓦斯智能传感器。在未来，各项技术的不断发展，瓦斯检测技术将走向多样化，瓦 斯检测仪器更微型化、智能化、高精度化。结合网络技术，更能实现 多点联网测控。使得瓦斯检测更加准确,（三）课题的研究价值和意义,小型煤矿存在诸多对于瓦斯气体检测的漏洞。检测技术落后，对 瓦斯气体检测设备的成本承受能力低。井下的环境恶劣，粉尘大、噪 音高、光线暗、湿度大等。充分得考虑了以上小煤矿的各种不利因素，基于单片机为核心的 矿用瓦斯智能传感器能很好的解决相应的问题。单片机控制技术与传 感器的集合，大大提高了检测精度。结构简单，操作方便。元器件高 度集成，缝隙少，非常适应井下恶劣的
3、作业环境。并且成本不高。极 大满足了小煤矿对于矿用瓦斯智能传感器高性价比的要求。对于提高 小煤矿安全生产提供了重要保障。,二、 瓦斯智能传感器总体方案分析与设计,（一）瓦斯传感元件五种常见的敏感元件有：载体催化型、光干涉型、热导型、红外型、气敏半导型。本次设计选用的是载体催化型瓦斯传感元件。图 2.1 一种载体催化型瓦斯传感元件,（二）总体方案设计,随着智能化传感器技术不断成熟，并依据方案的需求分析，提出 设计瓦斯智能传感器的基本思路，采用目前性价比较高的AT89C52为核 心控制芯片。瓦斯探头选择的是载体催化型。工作原理是：载体催化传感元件将瓦斯气体浓度转换成电信号，经 过信号处理单元，A/
4、D转换为数字信号，被核心芯片处理后判断数值是 否超过警戒值并在液晶屏上显示。如果超过警戒值，则发出声光报警， 提醒工作人员紧急撤离。当警报解除后，通过红外遥控单元远程控制， 关闭报警单元，将传感器重新调整到检测状态。,（三）瓦斯智能传感器设计原理图,图2.2 设计原理图,三、瓦斯智能传感器硬件及电路设计,按照设计原理图，以单片机为核心，集合其他功能单元，实现瓦 斯气体的智能检测。选用的主要硬件有：单片机为AT89C52。传感元件为MC106。显示 单元是LCM1602等。电路的设计主要有：惠斯通电桥，运算放大电路，声 光报警电路等。,四、瓦斯智能传感器的软件设计,五 、矿用瓦斯智能传感器的维护
5、,对于瓦斯智能传感的系统维护对于该设备的使用寿命有着非常重 要的意义。日常维护工作到位，不仅可以延长传感器的使用寿命，而 且对于传感器能准确报警也起着一定的作用。该瓦斯传感器的结构设 计简单，模块少，经过一定的了解之后，就能基本掌握其维护工作， 非常方便井下工作人员的日常维护。维护的主要工作是校准载体瓦斯 型探头，需定期。另外，还要定期检查声光报警系统能否在泄露瓦斯 气体超过境界时是否能正常的动作，发出声光警报。还要确保红外遥 控是否能有效控制芯片动作，对单片机进行停止声光警报和初始化工 作。,结 论,本次毕业设计主要是实现对小型煤矿瓦斯浓度检测和报警。小型 煤矿井下条件复杂，工作环境较为恶劣
6、，并且小型煤矿本身的经济能 力有限。所以在充分考虑到各方面因素之后，决定本次设计传感器以 单片机AT89C52为控制核心芯片，通过载体催化型探头将井下瓦斯浓 度转换成电信号，经过信号处理单元传送给单片机。单片机通过内部 逻辑运算判断瓦斯浓度是否超过警戒值。如果超过，则发出声光报 警，提醒井下工作人员紧急避险和撤离，从而大大保证了井下工作人 员的生命和财产安全。,致 谢,在完成本次毕业设计的过程中，得到了张俊芳老师精心的指导与 帮助，解决了以前很多知识盲点。张老师不断的提供大量的资料来源 及成熟的传感器技术，不仅为我设计出该智能传感器提供了大量的知 识贮备，而且培养了我从大量的资料中选取出可用信息的能力。在硬 件电路设计方面，老师同样给予大量的实验指导，才使得我顺利的完 成集成电路板的制作。达到了真正的理论转换成实践的目标。我还要 感谢同班同学，他们给了我良好的学习环境和生活环境，并在毕业设 计阶段积极的交流心得体会，同样学到了硬件制作方面的一些小技巧。 再次感谢老师和同学们的帮助，感谢培养我四年的母校。,谢谢,
