器材设施，扬起大量煤尘并使之参与爆炸，产生更大的破坏力。另外，爆炸后生成大量的有害气体，造成人员中毒死亡。
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于煤层之中的气体，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。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，因此对瓦斯气体的检测和报警是一项必要的工作。瓦斯报警是指利用气体传感器技术，将检测到的瓦斯气体浓度和标准值进行比较，当高过一定浓度值时候进行相应的声光报警，提醒正在作业的人员进行相应的处理，组织人员撤离或对矿井通风排气，避免不安全事故的发生，对现在采矿业的安全起着非常重要的作用
（二）瓦斯报警器的工作原理
变压器把220V的交流电压变为9V的交流电压，经桥式整流、电容滤波、L7805集成稳压器输出5V的直流电压。为其它各部分电路提供＋5V直流电源。另经稳压管DW2稳压电路输出2.8V电压为传感器提供电源，还有一路稳压DW1管输出2.5V电压为电压比较器提供参考电压。＋5V直流电源经负电源变换电路7660直接输出-5V电压，为数字显示系统提供-5V电源控制电路的核心元件采用了AT89LV51低电压单片机，传感器采用MQ5气体传感器，为减少单片机端口的占用和进一步扩展其它功能A/D转换部分采用TI公司的TLC1543，LCD显示采用的是dm12232f，A/D转换和LCD都是通过串行方式与单片机相连接，声光报警器电路使用的是蜂鸣器和发光二极管进行报警，这种设计可以满足不同场合的应用，测试结果稳定可靠，10位TLC1543的A/D转换芯片能够满足系统测量的精度要求。
6
图2.1 直流稳压电源电路原理图
传感器、信号放大器、电压比较器、声光报警电路工作原理：瓦斯传感器的作用是把瓦斯浓度的变化变为电信号的变化。该瓦斯传感器具有很高的灵敏度和测量范围，测量误差小。
集成运算Al、A2和有关电阻组成两级反相比例放大器作为瓦斯信号的放大器，放大倍数达千倍以上，A2的输出加到电压比较器A3的同相输人端；RW1、R8组成分压器，为电压比较器提供参考电压。参考电压加在A3的反相输入端，发光二极管D1(红灯)、D2(绿灯)和R10、R11组成瓦斯灯光报警指示电路，当瓦斯浓度未超过报警限时，电压比较器A3输出的低电平，使发光二极管D2(绿灯)亮，表示瓦斯浓度未超限。当采矿区瓦斯浓度超限时，电压比较器A3输出高电平，使红灯亮，表示瓦斯浓度超过报警限。同理氧气浓度的超限报警电路与瓦斯支路相同系统采用AT89LV51单片机作为控制部分的核心，AT89LV51是ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含4K bytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和128bytes的随机存储器（RAM），兼容标准MCS－51指令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，AT89LV51可在2.7～6.0V电源电压下工作。A/D转换部分的核心器件TLC1543有三个控制输入端CS、I/O CLOCK、ADDRESS和一个数据输出端DATA OUT遵循串行外设接口SPI协议。51系列单片机未内置SPI接口，但通过软件模拟SPI协议即可。硬件方面将TLC1543的CS、I/O CLOCK、ADDRESS、DATA OUT、EOC五个端口与AT89LV51的5个I/O口相连接。报警模块单独采用了蜂鸣器作为声音报警装置，提醒使用人员当前的气体浓度已经超过了警戒线，应该立即停止工作，进行相应的处理，避免危险发生。它和液晶显示器的配合使用，可以有效地提醒工作人员身边的工作环境，帮助工作人员提高安全警惕。在报
7
警模块的电路中当P0.7口的电平是低电平时候，三极管截止；当P0.7口电平为高时候，三极管导通，蜂鸣器产生报警声音。本设计中，由于瓦斯气体的主要成分是甲烷，所以气体传感器采用的是MQ-5，它适用于家庭或工业上对液化气，甲烷（天然气），煤气的监测装置。它具有优良的抗乙醇，烟雾干扰能力，具有对液化气，天然气，城市煤气有较好的灵敏度；对乙醇，烟雾几乎不响应； 快速的响应恢复特性；长期的使用寿命和可靠的稳定性；简单的测试电路等优点。
图2.2瓦斯传感器、信号放大器、数字显示系统、电压比较器、声光报警电路原理图
（三）信号显示
该监测报警仪能监测甲烷和氧气两个参数，并能方便地观察甲烷、氧气含量的功能，而且具备强迫选择显示突然超过报警限参数的功能。该电路主要由图1中的电子开关CD4053、包含二D触发器的CC4013、四二输入与非门CC4011和按钮AN、C1、R24、等组成的信号选择电路工作原理分为两部分。①手动信号选择电路工作原理：通过按按扭AN可以非常方便地选择甲烷、氧气含量。由图1得知，CC4013中的触发器构成了一个二进制计数器。没按信号选择按扭AN之前，CC4013脚输出低电压，经CC4011内的一个与非门反相后输出高电平，此高电平加到CD4053，使CD4053的一脚输出端选择甲烷信号进入CC7107数显电路进行显示，而且CD4053的一脚输出低电平控制数码管的甲烷的小数点显示，使氧气的小数点不显示；如需要进行氧气含量显示，按一下显示选择按扭AN，给双CC4013的触发器一个脉冲时钟信号，使CC4013的一脚翻转输出高电平，经CC4011的与非门反相输出低电平，此低电平加到CD4053，这时CD4053的另
8
一脚控制氧气信号输入到CC7107的信号的输入端，进行A/D转换，数码显示。②自动强迫显示报警参数功能；该报警仪若正在显示氧气含量时，甲烷含量浓度突然超过报警限，监测报警仪会由显示氧气含量转换为显示甲烷含量；反之，正在显示甲烷含量，氧气浓度突然低于报警限，报警仪转换为显示氧气含量，这种功能是利用甲烷比较器输出信号加到CC4013触发器的异步复位输入端，氧气电压比较器输出的信号加到触发器异步置位端实现的。当氧气浓度低于报警限时，氧气电压比较器输出的高电平信号加到触发置位端，此高电平强制显示氧气；同样若正在显示氧气信号时，甲烷含量浓度突然超过报警限，甲烷比较器输出高电平信号使触发器复位，输出低电平，强迫转换为显示甲烷含量。③节能显示技术：该报警器采用动态显示代替静态显示，动态显示电路是由CC4011内的两个与非门和电阻R31、电容C6共同组成RC多谐振荡器，其输出的方波经R30和三极管T驱动数码管进行动态显示，由驱动管T、数码管等元件组成的显示电路减少近一半的电能损耗。
三.单片机的特点及应用
（一）.单片机的特点
1.高集成度，体积小，高可靠性
单片机将各功能部件集成在一块晶体芯片上，集成度很高，体积自然也是最小的。芯片本身是按工业测控环境要求设计的，内部布线很短，其抗工业噪音性能优于一般通用的CPU。单片机程序指令，常数及表格等固化在ROM中不易破坏，许多信号通道均在一个芯片内，故可靠性高。
2.控制功能强
为了满足对对象的控制要求，单片机的指令系统均有极丰富的条件:分支转移能力，I/O口的逻辑操作及位处理能力，非常适用于专门的控制功能。
3.低电压，低功耗，便于生产便携式产品
为了满足广泛使用于便携式系统，许多单片机内的工作电压仅为1.8V～3.6V，而工作电流仅为数百微安。
4.易扩展
9
片内具有计算机正常运行所必需的部件。芯片外部有许多供扩展用的三总线及并行、串行输入/输出管脚，很容易构成各种规模的计算机应用系统。
5.优异的性能价格比
单片机的性能极高。为了提高速度和运行效率，单片机已开始使用RISC流水线和DSP等技术。单片机的寻址能力也已突破64KB的限制，有的已可达到1MB和16MB，片内的ROM容量可达62MB，RAM容量则可达2MB。由于单片机的广泛使用，因而销量极大，各大公司的商业竞争更使其价格十分低廉，其性能价格比极高。
（二）单片机的应用原理
在MCS-51系统中，有单周期指令，双周期指令。四周期指令只有乘，除两条指令。指令的运算速度和它的机器周期直接相关，机器周期数较小则执行速度快。在编程时要注意选用具有同样功能而机器周期数小的指令。每一条指令的执行都可以包括取指和执行两个阶段。在取指阶段，CPU从内部或者外部ROM中取出指令操作码及操作数，然后再执行这条指令。
在8051指令系统中，根据各种操作的繁简程度，其指令可由单字节，双字节和三字节组成。从机器执行指令的速度看，单字节和双字节指令都可能是单周期或双周期，而三字节指令都是双周期，只有乘，除指令占四个周期，一条指令的字节数表征这条指令在存储器中所占空间大小，而周期数表征运行这条指令所花时间长短，即运行速度。
第一条指令的意思：将数据19H存入内部数据存储器30H单元。 第二条指令的意思：将数据68H存入内部数据存储器31H单元。
第三条指令的意思：从内部数据存储器30H单元中取一个数送往累加器。 第四条指令的意思：内部数据存储器31H单元的内容和累加器的内容相加，并把结果保存在累加器中。第 五条指令的意思：把累加器的结果送入内部数据存储器的32单元中保存。
最后一条指令的意思是：跳转到本条指令，关于这条指令在汇编语言里面讲解，现在我们只把这段指令当作结束指令看待 。
用户编的程序是存放在存储器中的，前面我们已经学过存储器只能存放二进制，而用户编的程序是用字母表示的，称为源代码，这种源代码显然不能存放在存储器中，
10