1.1 本设计研究背景和意义

煤矿安全事故的发生严重的影响了工作人员的生命安全，同时也造成了也造成了煤炭生产产量的减少。因此，设计开发研究出一个可靠实用的甲烷浓度实时测量仪产品就很重要了。

因为我国的检测技术起步相对来说比较晚，所以关于矿内甲烷浓度测量设备技术还不够成熟，对于某些检测设备来说还存在着诸如测量设备寿命短，易受到矿内恶劣环境的影响导致设备工作性能不稳定，存在着误测量，测量误差较大等等问题。现代单片机技术发展迅速，单片机具有体积小、成本低、灵敏度低、易维护、易于操作、响应速度快等优点。所以以单片机为主要模块控制传感器以及周边电路设计出一个可对矿道内甲烷浓度进行实时测量的检测仪是很有意义的。本设计以AT89S52单片机为核心，开发设计出能实现对甲烷气体的识别、测量浓度、实时显示以及超量报警的测量系统，从而减少由瓦斯泄漏爆炸而引发的矿难事故，保障煤矿内工人的生产安全。相较于AT89C51单片机而言，AT89S52单片机除了具有C51的全部功能以外，还新增了有更高可靠性、更高安全性的功能。从性价比上来分析，S52性价比高，符合了设计的经济性。所以，我选择AT89S52单片机为核心来设计这个测量系统。

1.2 国内外研究现状

20世纪70年代以来，随着单片机技术以及传感器技术的迅速发展，国内外均生产有许多种类型的传感器。其中包括：压力传感器、温度传感器、酸碱度浓度传感器等等。此次设计中，我们需要测量的物理量是甲烷的浓度，所以我们需要使用的是气敏传感器，气敏传感器中也分很多种类，其类型根据测量对象的不同可以分为可燃性气体、有毒有害类气体、氧气测量仪等；从仪器的结构上的不同可以分为袖珍式、便携式以及固定式气敏传感器。其中袖珍式测量仪主要用于需要在危险环境中工作的人员随身携带；便携式测量仪主要用于监测人员的定期安检；固定式测量仪主要用于矿道中某固定地点的气体浓度测量。本设计采用的是第三种方式，固定式测量仪的设计。

世界各国均具有煤矿甲烷气体测量的系统，例如波兰的DAN6400系统、法国的TF200系统、德国的MINOS系统以及英国的Senturion-200系统等，其中全矿井综合实时监测控制系统有代表性的产品有美国公司生产的MSN系统，德国BEBRO公司的PROMOS系统。但这两种系统都只能对井下气体浓度进行监测，并没有相应数据的上传，所以并不能实现实时监控。

现如今来说，国外的煤矿甲烷气体浓度测量系统技术是高于国内发展水平的，但想要将国外系统应用于国内的煤矿生产作业中却还有一定的局限性，例如国内外煤矿管理模式与生产方式不同，不便于管理，系统价格过高不符合经济性维护不便发生异常难以解决等。因此，对于国外的测量系统而言，我们要借鉴其在传感器发展方面的先进技术，至于其他方面，则仅供参考。我国第一台瓦斯报警器诞生于1958年，它主要由铂丝元件制成的采用接触燃烧式的传感器。1964年，我国成功的研制出了可以投入实用的气敏传感器。随着计算机技术的高速发展，其也被应用到了煤矿瓦斯实时监测领域，在此的基础上还设计了一套基于计算机控制的监测系统，这种系统除了能够检测出甲烷气体的浓度之外，还可用来监测氢气、一氧化碳等可燃性气体的浓度，除此之外还可以监控井下作业的设备实时工作状态。如今我国煤矿瓦斯的监测系统有很多种，其中包括KJ90NB系统、KJ101N系统、KJ333系统以及KJ95N系统等易燃易爆气体监测系统，这些系统现已在我国各大煤矿中广泛使用，但其中的部分仪器仪表的传输数据的方式仍为模拟数据传输，这种方式容易受到井下其它电磁设备的信号干扰从而产生误差造成监测结果的不准确甚至误报。因此，开发设计出更灵敏，不容易受到干扰的新型设备尤为重要，所以由单片机控制的甲烷气体测量仪的研究和之后的开发生产依旧前景良好。

2. 研究的基本内容与方案

本测量仪使用QM-N5型气敏传感器测量甲烷浓度并将测量得到的信息转化为电压信号，并经过单片机控制最终输出到LCD显示屏上显示，结合浓度阈值的设定，当测量得到的浓度超出阈值时，蜂鸣器会响应LED灯会闪烁，以此实现矿道内甲烷气体含量的实时监测和报警。

本设计以单片机为核心控制各个模块组成测量系统对矿道内甲烷进行测量，其中单片机部分运用了ATMEL公司的AT89S52单片机，其它辅助模块有甲烷浓度采集模块、A/D转换模块、LCD液晶显示模块、DS1032时钟模块、声光报警模块等重要组成模块。

本设计用以上硬件以及电路实现对甲烷浓度的实时测量，用软件部分对单片机编程使其控制各个电路的工作情况，从而在LCD上显示甲烷，并在浓度超量时LED灯闪烁，蜂鸣器报警，实际操作中用Protues软件仿真实现功能。