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计算机控制系统设计性实验报告

学生姓名:

胡某某

学 号：

20***



学 院:

自动化***



班 级:

自动187



题 目:

瓦斯气体浓度控制系统











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。

瓦斯是古代植物在堆积成煤的初期，纤维素和有机质经厌氧菌的作用分解而成。在高温、高压的环境中，在成煤的同时，由于物理和化学作用，继续生成瓦斯。 瓦斯是无色、无味的气体，但有时可以闻到类似苹果的香味，这是由于芳香族的碳氢气体同瓦斯同时涌出。瓦斯对空气的相对密度是0.554，在标准状态下瓦斯的密度为0.716kg/m3，瓦斯的渗透能力是空气的1.6倍，难溶于水，不助燃也不能维持呼吸，达到一定浓度时，能使人因缺氧而窒息，并能发生燃烧或爆炸。瓦斯在煤体或围岩中是以游离状态和吸着状态存在的。瓦斯主要成分是烷烃，其中甲烷占绝大多数，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外一般还含有硫化氢、二氧化碳、氮气和水，以及微量的惰性气体，如氦和氩等。在标准状况下，甲烷至丁烷以气体状态存在，戊烷以上为液体。 如遇明火，即可燃烧，发生“瓦斯”爆炸，直接威胁着矿工的生命安全。

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。为了实现对煤矿井下瓦斯气体浓度的准确、 快速、实时监测和预警，介绍了一种由单片机控制的新型瓦斯浓度监测系统， 由于资源有限，所以只在在 proteus软件中进行仿真模拟。

方案论证

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。

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、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。

过程论述

传感器的选择

瓦斯浓度电路是由气体传感器 MQ － 4 组成的，它在较宽的浓度范围内对可燃气体有良好的灵敏度，并且寿命长成本低，简单的电路也能驱动，其作用为将瓦斯气体的体积分数转化成对应的模拟电压信号并输出出来。MQ －4 测试电路如图 1 所示，通过可调电阻 R3 来调节传感器的灵敏度。

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图 1 测试电路

在使用 MQ －4 气敏元件时，灵敏度的调整是很重要的，为了使气体传感器的灵敏度足够 内容过长，仅展示头部和尾部部分文字预览，全文请查看图片预览。 同时，感谢老师在进行这次设计性试验的过程中，耐心地为我解答各种问题，给我指出了大致的思路，使我能够顺利完成这次设计

参考文献

[1] 朱某某 《基于单片机的矿井瓦斯浓度检测系统的研究》 [J].仪表技术与传感器.2012（11）

[2] 兰建军，伦向敏，关某某 《单片机原理》，《应用与Proteus仿真》 [M].机械工业出版社.2014.02

[3] 杨某某，胡某某 《单片机与控制技术》 [M]北京：北京航空航天大学出版社.2005

[4] 王瑜瑜 《基于单片机控制的酒精浓度检测系统的设计》 西安 西安航空***.2014

[5] 邱某某 《瓦斯气体浓度控制系统》 吉林 东北电力大学 2016

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