瓦斯气体浓度控制新版系统.docx

计算机控制系统设计性试验汇报学生姓名:邱博学 号：20学 院:自动化工程学院班 级:自动133题 目:瓦斯气体浓度控制系统目录1.选题背景42. 方案论证53. 过程论述63.1传感器的选择63.2 A/D转换电路63.3 控制电路73.4 数码管显示电路73.5 D/A转换器和执行机构83.6 总电路图83.7 系统程序框图94. 结果分析105. 总结106. 心得体会10参考文献111.选题背景目前，伴随采矿技术不停发展，井下作业安全越来越有保障，不过仍然有很多采矿企业机械化程度低，对现场采矿工作人员生命安全造成潜在威胁，尤其是针对瓦斯气体检测和报警依旧存在隐患，每十二个月因为瓦斯泄露造成特大事故仍然很多。瓦斯是在成煤过程中形成并大量储存和煤层之中气体，是煤矿井下危害最大气体。瓦斯是一个无色无味气体，关键成份是甲烷（CH4），密度为0.716kg/ m3，对人体危害是超时限能引发人窒息死亡。在地下采矿时候，井内常常会泄露一定量CH4、CO和SO2等气体，后一个含量少，切易溶于水。经煤矿开采时喷水处理后变成酸。但前两种气体含量多，且几乎不容于水，属于易燃易爆气体。瓦斯浓度在4以下是安全，大于4就会引发爆炸很危险。控制通风系统工作，确保环境安全稳定。因为瓦斯气体本身危险性和对人民生产生活造成巨大危害，所以在这里设计一款瓦斯气体浓度浓度控制系统，其控制算法对气体浓度有预判性，经过气体传感器技术，将检测到瓦斯气体浓度和标准值进行比较，当高过一定浓度时候控制排风扇对矿井进行通风排气，避免发生安全事故。因资源有限，故只能在proteus软件中进行仿真模拟。2. 方案论证被控对象传感器A/D转换单片机D/A转换放大器实施机构数码管显示电路本设计瓦斯气体浓度控制器由六个部分组成：传感器、数码管、控制电路、A/D转换器，D/A转换器和实施机构。传感器部分采取气体传感器，能感知环境中某种气体，并将和气体种类和浓度相关信息转换成电信号，这种电信号是连续改变模拟信号，需要经过A/D转换将其转化离散数字信号，然后送给控制机构。控制电路以单片机为关键，能够对采集数字信号进行处理和判定，利用一定算法计算出待检测气体成份及浓度并送到数码管显示出来。当检测气体浓度超出设定值时，实施机构动作，驱动排气风扇，将气体进行置换，以降低瓦斯浓度至安全值。本系统能够对检测数据和设定阀值参数进行存放并自备电源。系统框图图1所表示。 图1该瓦斯浓度控制器是一个操作方便、电路设计新奇、控制能力强、参数测量正确、成本低、结构简单瓦斯浓度控制器。它有测量范围宽、精度高优点，且含有自动控制瓦斯浓度为定值功效。3. 过程叙述3.1传感器选择甲烷传感器采取MQ-4气敏传感器，用于探测采集瓦斯浓度。它在较宽浓度范围内对可燃气体有良好灵敏度，对甲烷灵敏度较高，其次其寿命长、成本低，单价只有一元，使用简单电路即可驱动。其关键技术指标及结构图图2、图3所表示。 图2图33.2 A/D转换电路因为MQ-4传感器输出信号为模拟电压信号，要想将采集到得数据送至单片机系统进行数据处理则需要将模拟信号转换成数字信号，所以在这里我们还要选择ADC0808芯片进行模数转换处理。ADC0808是采样分辨率为8位、以逐次迫近原理进行A/D转换器件。其内部有一个8通道多路开关，它能够依据地址码锁存译码后信号，只选通8路模拟输入信号中一个进行A/D转换。3.3 控制电路控制电路主体为AT89C51型单片机，AT89C51是一个带4K字节闪烁可编程可擦除只读存放器（FPEROMFlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。AT89C51是一个带2K字节闪烁可编程可擦除只读存放器单片机。单片机可擦除只读存放器能够反复擦除100次。该器件采取ATMEL高密度非易失存放器制造技术制造，和工业标准MCS-51指令集和输出管脚相兼容。因为将多功效8位CPU和闪烁存放器组合在单个芯片中，AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一个灵活性高且价廉方案。3.4 数码管显示电路LED数码显示器是一个由LED发光二极管组合显示字符显示器件。它使用了8个LED发光二极管，其中7个用于显示字符，1个用于显示小数点，故称之为7段发光二极管数码显示器。这里用MAX7219和三个数码管实现3位动态显示电路，数码管采取共阳极接法。因为采取动态显示，所以除了要给显示器提供显示段码之外，还要对显示器进行位控制，即通常所说“段控”和“位控”。所以对于采取动态显示电路来说，单片机全部需要提供两种输出口，一个用于输出显示段码，另一个用于输出位控信号。“位控”实际上就是对LED显示器公共端进行控制，位控信号数目和显示器位数相同。3.5 D/A转换器和实施机构DAC0832是8分辨率D/A转换集成芯片。和微处理器完全兼容。这个DA芯片以其价格低廉、接口简单、转换控制轻易等优点，在单片机应用系统中得到广泛应用。D/A转换器由8位输入锁存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换电路及转换控制电路组成。为了简化电路，将DAC0832配置为直通式工作方法，单片机数字量输出信号经过D/A转换器转化为模拟量输出信号，并经过这个信号控制排风扇电机转动，这么就组成了整个电路实施机构。3.6 总电路图总电路图图4所表示。 图43.7 系统程序框图主程序步骤图以下图所表示。开始 系统初始化设定给定值数据采集处理浓度判定 正常 超值实施器动作数据回传动态显示 4. 结果分析本系统软件设计采取C语言进行编程，充足发挥PIC单片机内部资源优势；同时所编写程序可读性和可移植性很好，提升系统开发和调试效率。 程序由主程序和多个可调用子程序组成。设备一旦开始工作，单片机及相关外围元件开始初始化，然后对各个变量参数设定初始值或设定值，主程序进入了实施阶段;然后对所监控矿井环境中瓦斯浓度开始采集，经过A/D转化器处理和传输，再把信号传送到单片机内部模拟比较器，和设定值进行比较。若瓦斯浓度高于设定值，系统则会驱动实施机构动作，同时，瓦斯浓度能够在3段8位LED数码管上动态显示。5. 总结 基于C51单片机智能瓦斯浓度控制系统实现了对煤矿井下瓦斯浓度正确、快速、实时监测和控制，不仅能够实时分析、处理数据，还能够经过控制排风扇动作实现矿井内瓦斯气体浓度维持在安全值。该设备可靠性高、检测精度高、稳定性强，能够显著提升煤矿企业相关监测部门管理水平和工作效率。6. 心得体会回顾起此次设计试验，至今我仍感慨颇多。确实，从选题到定稿，从理论到实践，在整整一个星期日子里，能够说得是苦多于甜，不过能够学到很多很多东西，同时不仅能够巩固了以前所学过知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过知识。经过这次课程设计使我知道了理论和实际相结合是很关键，只有理论知识是远远不够，只有把所学理论知识和实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提升自己实际动手能力和独立思索能力。在设计过程中碰到问题，能够说得是困难重重，这毕竟第一次做，难免会碰到过多种多样问题，同时在设计过程中发觉了自己不足之处，对以前所学过知识了解得不够深刻，掌握得不够牢靠，对单片机很多知识还掌握得不好，这次设计试验过后，一定把以前所学过知识重新温故。参考文件1.朱高中 基于单片机矿井瓦斯浓度监测系统研究 J. 仪表技术和传感器. (11)2.兰建军，伦向敏，关硕. 单片机原理，应用和Proteus仿真 M. 机械工业出版社，.023.杨宁，胡学军. 单片机和控制技术 M . 北京：北京航空航天大学出版社，4.王瑜瑜. 基于单片机控制酒精浓度检测系统设计. 西安 西安航空职业技术学院,5. 段现星.土晓侃.魏新华. 基于PIC单片机智能化瓦斯浓度监测报警仪研究和设计. 河南机电职业学院，河南新郑