基于AVR單片機的煤礦傳感器設計
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由于近年來煤礦瓦斯事故頻發，并且動則死傷礦工十余人甚至上百人。鑒于此，國家安全生產監督管理總局在《煤礦安全規程》中明確規定，“所有礦井必須安裝礦井安全監控系統。”為了滿足市場需要，煤礦監控系統的研發和生產呈越來越旺的趨勢。其中，煤礦用傳感器是直接面對礦井具體工作環境的最直接設備。傳感器的工作性能、可靠性、可調節性與可升級性直接影響煤礦監控系統的正常運行。
迄今為止，我國的礦井瓦斯監測監控系統仍處于開發階段，雖然很多產品已投放市場并正式運行，但大部分產品并沒有最后定型。因此，對煤礦傳感器的研究與開發更有利于其發展，并推動煤礦用其他檢測控制裝置的研究，使礦用產品越來越成熟。
2 現有傳感器的設計
綜觀現有傳感器，基本上都以單片機為核心，并輔以敏感元件作為檢測裝置，A／D轉換電路將檢測到的數據轉換為單片機可識別的數字信號并送至單片機中處理，同時配備E2PROM作為數據或程序的存儲。本文以煤炭科學研究總院重慶分院研制開發的KG9701智能低濃度甲烷傳感器為例進行分析。
KG9701可檢測煤礦井下0～4.00％CH4沼氣濃度，并連續自動地將井下沼氣濃度轉換成標準電信號輸送給關聯設備，并具有就地顯示瓦斯濃度值，超限聲光報警等功能。性能穩定、測量精確、響應速度快、結構堅固、易使用易維護等特點，并具備遙控調校、斷電控制、故障自校自檢等新功能。
KG9701于2000年研制成功并投放市場，目前已廣泛應用于全國大、中、小型煤礦，在國內市場占有率超過60％。該傳感器設計壽命為3年，目前已進入更新換代時間。
本電路主要由以下幾個主要部份組成：
(1)單片機電路
整機電路以89C51作為核心，E2PROM采用AT24C02，可存儲256 B數據，防止傳感器掉電后檢測數據丟失。看門狗電路由MAX813組成，防止單片機程序跑飛，并在程序跑飛后重啟單片機以使單片機正常運行。
(2)電源電路
傳感器接受分站送入的8～24 V直流電壓，由MC34063構成的開關電源及LM358構成的二次穩壓電路構成的本安電源轉換成系統所需要的電壓，為整機供電。正負電源轉換由ICL7660構成并輸出-5 V電壓供A／D轉換電路使用。
(3)采樣電路
采樣電路由A／D轉換與敏感元件2部份構成。敏感元件感應井下沼氣濃度，并送至A／D轉換電路。A／D轉換電路由ICL7109組成，以12 b精度進行采樣，并將結果轉換成8位數字信號，送至89C51處理，同時將數據存入E2PROM中保存。
(4)報警及顯示
在井下沼氣濃度超限時，由CD4011驅動喇叭及發光二極管報警。74HC373驅動4位數碼管顯示沼氣濃度，在調試傳感器時顯示各調試值。
(5)紅外接收電路
紅外接收電路接收遙控器傳來的遙控信號，以完成傳感器的調整與設置。
3 89系列單片機與AVR單片機的對比
KG9701采用傳統的89C51單片機。由于推出時間長、設計資料豐富、應用面廣，掌握該芯片使用的技術人員多。但隨著科學技術的發展，新型單片機與其相比而言有更多優勢。現就2種單片機做一對比。
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