煤矿瓦斯监测仪设计(3)

本科生课程设计（论文）

+5V1kΩ2826CE2RDWRP2.7P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.017162825242322213233343536373839181714138743D7D6D5D4D3D2D1D0Q7Q6Q5Q4Q3Q2Q1Q0191615129652222720223212425345678910OEWECE1A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0626489C5174LS373GOE111+5V1918171615131211ALE30I/O7I/O6I/O5I/O4I/O3I/O2I/O1I/O0

图2.3 89C51与6264的拓展

2.4 时钟电路设计

片内电路与片外器件就构成一个时钟产生电路，CPU的所有操作均在时钟脉冲同步下进行。片内振荡器的振荡频率非常接近晶振频率，一般多在1.2MHz～24MHz之间选取。C1、C2是反馈电容，其值在20pF～100pF之间选取，典型值为30pF。本电路选用的电容为30pF，晶振频率为12MHz。

6

GNDVCC14

本科生课程设计（论文）

振荡周期＝112?s； 机器周期Sm?1?s； 指令周期＝1~4?s . C1 30pF C2 30pF .

.

晶振 XTAL1 XTAL2

.

图2.4 晶振电路图

2.5 复位电路设计

在时钟电路工作后，只要在单片机的RESET引脚上出现24个时钟振荡脉冲（两个机器周期）以上的高电平，单片机就可以实现复位。为了保证系统可靠复位，在设计复位电路时，一般使RESET引脚保持10ms以上的高电平，单片机就可以可靠的复位。

本文采用按键复位方式。该方式可以通过按键实现复位。按下键后，通过R1和R2形成回路，使RESET端产生高电平。按键的时间决定了复位的时间。

22uCAPVCCS1RESET 200RES2 RST

D14148 10kRES2

图2.5 按键复位电路图

7

本科生课程设计（论文）

2.6 CPU最小系统图

图2.6为完整的CPU最小系统图

+5V1kΩ2826CE2 19XTAL1C1Y1P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0282726252423222132333435363738 39181714138743D7D6D5D4D3D2D1D0Q7Q6Q5Q4Q3Q2Q1Q0191615129652222720223212425345678910OEWECE1A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0C2 18XTAL26264+5V R5 89C51G74LS373OE11K11R4200C422μF40VCCSW-101918171615131211ALE470复位9I/O7I/O6I/O5I/O4I/O3I/O2I/O1I/O0RESETCAP

图2.6 CPU最小系统图

8

GNDVCCC?14

本科生课程设计（论文）

第3章 瓦斯监测仪输入输出接口电路设计

3.1 瓦斯监测仪传感器的选择

3.1.1 敏感元件的组成及作用

敏感元件是准确检测甲烷气体含量的核心元件之一，它由工作元件和补偿元件组成，将这两个元件分别接在惠斯登电桥上，在元件的电源端加入高电平时元件开始工作，当环境中无甲烷气体时，调整电桥使之输出为零，当有甲烷气体时，甲烷气体以扩散方式进入仪器原测量气室，内部接于桥臂的热催化元件或热导元件发生氧化—还原反应，引起元件温度升高，阻值增大，使原来平衡的电桥失去平衡，输出与甲烷浓度相对应的电压信号，测量该电压信号即可知甲烷浓度

它的基本测试电路图如图3.1所示。

Rp RcmA 1K 1K 1K 2.8V

图3.1 敏感元件的基本测试电路

3.1.2 热催化元件的特性

本文采用的是热催化式瓦斯监测仪传感器。热催化式是利用甲烷在催化元件上的氧化生热引起其电阻的变化来测定甲烷浓度。其优点是元件和仪器的生产成本低，输出信号大，对于1%气样，电桥输出可达15mV以上，处理和显示都比较方便，所以仪器的结构简单，受背景气体和温度变化的影响小，容易实现自动检测。

9

本科生课程设计（论文）

其缺点是探测元件的寿命较短，不能测高浓度甲烷，硫化氢及硅蒸汽会引起元件中毒而失效。目前国内外检测甲烷的仪器广泛采用这一原理。

在选择敏感元件时，主要从以下几个方面来衡量:

(1) 工作点与工作区间。元件工作点是指元件的标准工作电压和电流值。实际使用中，为了便于组成电桥和选定电桥电流，通常是指一对元件(即一只黑元件和一只白元件)的标准工作电压或电流值。在工作点上，元件具有较大的输出，较好的稳定性和最小的零点飘移。目前国内元件的工作点有:直1.2V, 2.2V, 2.4V, 2.8V及320mA等几种。

当元件的工作电压或工作电流变动时，在同一甲烷浓度下输出活性大小是不相同的。只有当工作电压或工作电流在某一范围内变动时，输出活性才接近直线。这个电压或电流的变动范围称为元件的工作区间。区间越宽越好。目前元件的工作区间只能达到标准电压的±10%。

(2) 活性。元件活性是指元件对甲烷氧化燃烧的速率。元件活性高，通过电桥测量甲烷时，可以得到较高的电压输出。

(3) 稳定性。元件的稳定性是指元件在新鲜空气与一定浓度的甲烷中，在规定的连续工作时间里的活性下降率。下降率其值越低越好，活性下降率越低，表明元件工作性能越稳定。

(4)输出特性。元件输出特性，是指在不同的甲烷浓度下，元件的活性与甲烷浓度的关系。在0-5%CH4范围内，电桥输出信号与甲烷浓度呈线性关系。当甲烷浓度在9.5%处时，曲线出现拐点，以后随着甲烷浓度的增大，电桥输出信号不断下降，出现了高浓度和低浓度输出信号相同现象。产生的原因是由于高浓度甲烷气体中缺氧使燃烧不完全所造成的。所以，这种原理的甲烷检测仪只能测量低浓度甲烷。

(5) 元件的“中毒现象”。矿井空气中的硫化氢、二氧化硫等气体会使元件产生中毒现象，使活性降低。其原因主要是由于这些毒性气体元件活性下降。此外，井下电气设备用的硅油、硅绝缘材料等挥发物，也会使元件中毒。这主要是由于硅分子量大，一旦吸附在元件表面，就会阻止甲烷进入而影响元件氧化速率，致使活性下降。

为防止元件中毒，可以加过滤器，例如用活性炭吸收管，1 cm厚活性炭的吸收管，可使工作在有毒环境中的元件寿命延长数百倍。

经过一段时间工作的元件，遇到较高浓度，工作数分钟后，元件的活性将升高，高浓度消失后，元件在几十小时内活性才会逐步下降到原值附近，以后又保持稳定的活性。这种现象称为元件被浓甲烷激活。元件的激活特性是一个缺点，

10

百度搜索“77cn”或“免费范文网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，免费范文网，提供经典小说综合文库煤矿瓦斯监测仪设计(3)在线全文阅读。