论文总字数：16608字

摘 要

目前，随着科技的发展，石油价格上升趋势愈来愈猛烈，煤炭的重要性也愈来愈高，能源的需求刺激了矿井的开采，所以对于矿井下的瓦斯浓度进行检测是非常有必要的。本设计中瓦斯浓度检测系统主要采用核心控制器是STC89C52单片机，对瓦斯浓度进行检测和超标报警，A/D转换器将瓦斯气体有关成分（最主要是甲烷气体）和浓度的信息转换成电信号，经过一系列计算后进行比较判断，超出阈值则会有声光报警，只要电源按键不关闭，则系统会持续保持检测的工作状态。通过实验调试结果表明，该设计系统操作简单、轻便、小巧，能够及时对瓦斯超标进行报警，证明了该设计的可行性。

关键词：STC89C52，瓦斯检测，智能报警

Abstract: At present, with the development of science and technology, the oil price rise more and more fierce, the importance of coal is higher nd higher also, energy demand stimulated mine mining, so for the mine is necessary to detect the gas concentration.Gas concentration detection system mainly adopts the core in the design of the controller is STC89C52 single-chip computer, to test the gas concentration and excessive alarm, A/D converter will be gas composition (the main is methane gas) and the concentration of information is converted into electrical signals, after A series of calculation comparison judgment, beyond the set alarm threshold, there will be A sound and light alarm, as long as the power button does not close, then the system will continue to keep the detection of working state.Debugging through the experiment results show that the designed system operation is simple, lightweight, small, in a timely manner for excess gas alarm, proved the feasibility of the design.

keywords: STC89C52，Gas detection，Intelligent alarm

目 录

1 绪论 4

1.1引言 4

1.2研究背景及意义 4

1.3国内外现状及水平 5

2 系统总体设计 5

2.1设计方案介绍 5

2.2设计方案意义 6

2.3各组成模块功能 6

3 系统硬件设计 7

3.1硬件总设计 7

3.2单片机最小系统 7

3.3可燃气体传感器 10

3.4转换器模块 11

3.5液晶显示模块 12

3.6按键模块 13

3.7声光报警模块 15

4 系统软件设计 16

4.1主程序设计 16

4.2子程序设计 16

5 系统调试与运行 18

5.1仿真调试 18

5.2实物调试 19

结 论 24

参 考 文 献 25

致 谢 26

附录一 电路图 27

附录二 仿真图 28

附录三 程序 29

绪论

引言

一般来说，瓦斯是人们对于气体燃料的统称，而矿井瓦斯指的则是天然气。

植物经过漫长的风吹变化，一些可腐烂的植物中的有机物会由于被细菌分解而生成少量的瓦斯，在长期堆积的过程中，腐植厚度增加，在高温高压之后形成层层重叠的煤层，煤中的碳含量不停增加，而煤的可挥发分少，瓦斯生成量增多，煤层间逐渐充满瓦斯。

在矿井下共有十二种气体成分^[1]，包含了氧气、甲烷、二氧化碳、一氧化碳、氢化硫、二氧化硫、氮气、二氧化氮、氢气、氨气等等，但是人体最需要的是氧气，其余气体一旦超过氧气含量，对人体来说都是危害。上述除氧气外的九种气体即合称为我们俗常所称的矿井瓦斯，狭义上的矿井瓦斯则是指CH₄，原因是CH₄是矿井下除氧气外占据最多的气体，并且在一定浓度范围内，具有爆炸性，因此，CH4是矿井下最过危险的气体。

甲烷（CH₄）是一种无色无味的气体，难溶于水，但是与氧气相碰并且在很高温度的情况下，会直接引起爆炸。

首先，氧气浓度达到12%以上是发生爆炸的基础，在矿井下由于煤矿工人高强度的劳动，所以氧气浓度会一直保持在21%左右的正常浓度，但是绝对不会低于12%的浓度，因为若是氧气浓度低于12%，那么人会失去理智，时间一长还有生命威胁甚至可能会死亡。其次，瓦斯气体达到（5%—16%）浓度范围，当甲烷浓度为9.5%时，爆炸功率最大（甲烷和氧气会反应完全）；当甲烷浓度超过16%时，爆炸功率会下降（此时甲烷在氧气中燃烧），在矿井下不仅有游离气态瓦斯而且还存在着吸附煤层瓦斯，在一些煤层中间，还会突然出现瓦斯异常涌出的现象^[2]。最后，矿井下日夜工作采煤，若是不按照《煤矿安全规程》进行通风作业，那么高温情况很可能会发生。由此可见瓦斯气体爆炸的条件是：一定浓度甲烷气体，足够氧气作导火线和高温作催化剂，瓦斯爆炸就能轻而易举的发生了。

研究背景及意义

据统计，自中华人民共和国成立以来，煤矿事故近30起，死亡近5000人，每年我国因煤矿事故造成的经济损失高达2500亿元，给人民群众造成极大的精神和经济损失。党中央、国务院也始终高度关注我国的煤矿安全生产工作，虽然在各方的共同努力下，矿井安全生产形势有所好转，但是我国与其他发达国家相比较还有较大差距。

预防瓦斯爆炸的最主要的其中一种方法是：配备足够数量的专职气体检测人员，加强检测，配备矿井气体在线检测系统^[3]，自动、连续地检测工作场所的CH₄浓度和通风状态。

而就目前来说，矿井安全检测系统的发展趋势也是正朝着自动化数据处理方向。高端的科技安全设备更新较难，加上长期超负荷工作，安全问题日趋严重，所以简易的检测装置才是目前最能够基本解决矿井安全问题的办法。虽然两者存在本质上的差异，但是面临严峻的生产形势，本设计也能及时了解矿井下的生产状态，在一定程度上减少危险的发生。

国内外现状及水平

在国内，我国对于矿井从业人员的工作培训较少，关于下井正确开采的规章规定尚不完善，此外科学技术还未跟上现实的步伐，工作人员每天劳动强度大时间长，真正的技术人员稀缺，再者由于我国矿井开采均处于地势恶劣之地，结合地质复杂情况和开采规模的扩大，导致诱发事故的可能性增大，让矿井生产的安全性大幅降低。我国的矿井检测系统研发能力暂时落后于欧美等国家，对煤矿安全缺少集中检控，已有的检测系统可靠性低，实用性一般，难以满足大量煤矿的实时检控需求。

在国外，随着计算机科学技术的日趋完善，先进采煤国家的机电一体化是自动化技术，已经能够基本实现煤矿生产的自动化，率先实现了高度机械化，另外还开发了完整的煤矿专用监控系统，对矿井下的瓦斯浓度等各项环境系数、安全指标加以自动检测，安全性因此大幅提高。此外，相较于我国，欧美等先进采煤国家真正在矿井下的工作人员很少，而且工作人员都经过培训，具有较高的职业素质，提高了安全操作意识，再加上矿道前后通风，布局简洁，发生事故几率小，若是发生，人员少也便于撤离，安全性得到基本保障。

系统总体设计

设计方案介绍

本设计是一个矿井瓦斯浓度检测系统，主要是对矿井中的甲烷气体浓度进行实时检测报警。以单片机STC89C52^[4]作为核心控制的总体设计方案，MQ-5气体传感器^[5]作为一部分信号来源，经过浓度检测转换模块进行A/D转换^[6]，再传入单片机经过运算和数据处理，与阈值比较之后，将结果显示于液晶显示屏，若超出，则报警电路开始工作。

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