瓦斯气体浓度控制系统

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1、.计算机控制系统设计性实验报告学生姓名:邱博学号：2013307010326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73.5D/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11..1.选题背景当前，随着采矿技术的不断发展，井下作业的安全越来越有保障，但是仍然有许多采矿企业的机械化程度低，对现场采矿的工作人员的生命安全造

2、成潜在的威胁，特别是针对瓦斯气体的检测和报警仍旧存在隐患，每年由于瓦斯泄露造成的特大事故依然很多。瓦斯是在成煤过程中形成并大量储存与煤层之中的气体，是煤矿井下危害最大的气体。瓦斯是一种无色无味的气体，主要成份是甲烷（CH4），密度为0.716kg/m3，对人体的危害是超时限能引起人窒息死亡。在地下采矿时候，井内常常会泄露一定量的CH4、CO和SO2等气体，后一种含量少，切易溶于水。经煤矿开采时的喷水处理后变成酸。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﹪以下是安全的，大于4﹪就会引发爆炸很危险。控制通风系

3、统工作，保证环境安全稳定。　由于瓦斯气体本身的危险性和对人民生产生活造成的巨大危害，因此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，通过气体传感器技术，将检测到的瓦斯气体浓度和标准值进行比较，当高过一定浓度的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转换放大器执行机构数码管显示电路本设计的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转换器和执行机构。传感器部分

4、采用气体传感器，能感知环境中某种气体，并将与气体种类和浓度有关的信息转换成电信号，这种电信号是连续变化的模拟信号，..需要经过A/D转换将其转化离散的数字信号，然后送给控制机构。控制电路以单片机为核心，能够对采集的数字信号进行处理和判断，运用一定的算法计算出待检测气体成分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，执行机构动作，驱动排气风扇，将气体进行置换，以降低瓦斯的浓度至安全值。本系统可以对检测的数据和设定的阀值参数进行存储并自备电源。系统框图如图1所示。图1该瓦斯浓度控制器是一种操作方便、电路设计新颖、控制能力强

5、、参数测量准确、成本低、结构简单的瓦斯浓度控制器。它有测量范围宽、精度高的优点，且具有自动控制瓦斯浓度为定值的功能。3.过程论述3.1传感器的选择甲烷传感器采用MQ-4气敏传感器，用于探测采集瓦斯的浓度。它在较宽的浓度范围内对可燃气体有良好的灵敏度，对甲烷的灵敏度较高，其次其寿命长、成本低，单价只有一元，使用简单的电路即可驱动。其主要技术指标及结构图如图2、图3所示。..图2图33.2 A/D转换电路由于MQ-4传感器的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

6、们还要选用ADC0808芯片进行模数转换处理。ADC0808是采样分辨率为8位的、以逐次逼近原理进行A/D转换的器件。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。3.3控制电路控制电路的主体为AT89C51型单片机，AT89C51..是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。AT89C51是一种带2K字节闪

7、烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储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种灵活性高且价廉的方案。 3.4数码管显示电路LED数码显示器是一种由LED发光二极管组合显示字符的显示器件。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

8、动态显示电路，数码管采用共阳极接法。由于采用动态显示，因此除了要给显示器提供显示段码之外，还要对显示器进行位的控制，即通常所说的“段控”和“位控”。因此对于采用动态显示的电路来说，单片机都需要提供两种输出口，一种用于输出显示段码，另一种用于输出位控