摘 要
传统的气密性检测方法的优点是可以发现泄漏点，缺点是人工检测效率低，劳动强度大，不能进行自动化检测。通过分析气动和PLC控制，介绍了检测装置的气动系统，并结合气动回路PLC控制系统的运行过程进行了设计。根据统计数据，中国近年来，煤气泄漏时有发生，对人身安全造成很大威胁，因此气密性检测和监控系统是需要作为一个安全装置在家庭应用。在本文中，智能气密性检测系统的设计。该检测仪采用单片机AT89S52为控制核心，采用催化燃烧式气密性传感器元件MC112作为气密性传感器（CH4）检测。该系统的主要功能如下：浓度的实时监测CH4和显示的浓度值；发射声光报警信号，如果CH4浓度值超过报警值通过键盘面板输入；串行通信口发送数据地面以上主机。软件调试和硬件仿真上述系统也实现在同一时间。
关键词：数据采集，传感器,串行通信,单片机
1.介绍
在本文中，检测系统采用单片机作为控制计算机；整个系统的示意图如图1所示。选择理由：单片机作为控制核心，它具有体积小尺寸，高可靠性，低价格，使其成为行业使用非常合适智能仪表、实时控制领域。
图1:气密性检测系统
系统的操作界面如图2所示。在右上角号码显示默认的或用户定义的气密性浓度值，在左上角显示检测到的气密性浓度值。报警灯的设置。所有的功能通过设置控制面板上的按键控制，包括电源键，复位键，数据采集的关键。其他键包括十个数字键，调整值键和回车键来改变阈值。
2.基本操作程序
首先按下电源键，系统初始化机数据采集的关键，LED在右上角显示的阈值1；用户可以定制阈值调整值的按键和数字键，然后按回车键确认更改。系统开始检测气密性浓度和上显示这些参左叶面积，同时实时数据的传输，通过RS-485总线主机地面上的。
3.气密性检测系统的硬件系统设计
主要包括主控单元系统的硬件结构，传感器和信号放大电路，A/D转换模块，声光报警电路，键盘显示模块，串口通信模块。
3.1 主控单元
具有集成度高,体积小,价格低，单片机已广泛应用于工业过程中广泛应用包括控制，数据采集，机电一体化，智能仪表，家用电器和网络技术，以及显著提高的程度技术和自动化。
考虑在芯片选择两个因素，一是抗干扰的能力，提高单片机应用系统的干扰，
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所以单片机必须有较高的外界干扰；二是单片机的性能价格比。考虑到上述因素，我们采用了Atmel公司的AT89S52作为主控单元，和主控电路的最终方案包括AT89S52单片机，定时器和复位电路[ 8,9 ]。如图3所示。
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3.2 传感器和信号放大电路
3.2.1传感器的选择
在气密性检测系统设计的一个关键问题是如何选择的气密性传感器。常见的气密性传感器的半导体金属氧化物如氧化锡，锌coxide，钛氧化物和铝氧化物。遇到的问题与这些传感器缺乏灵活性，可怜响应时间和在升高的温度下操作[ 10 ]。甲烷检测新方法基于红外技术是近年来提出的，但它仍然是在进步和很多工作之前应该可以应用于解决实际工程问题[ 11 ]。
本系统采用催化燃烧式气敏元件MC112开发海星集团来测量气密性（CH4）的浓度。图4显示了外面观和MC112内部电路，表1列出了主要技术参数MC112。MC112气密性检测器利用催化燃烧原理的两个臂；桥是由测量与补偿元件对。当它被暴露可燃气密性，测量元件电阻增大，输出通过测量电桥电压参数，参数的电压成正比的气密性浓度值。补偿元件的工作温度补偿和参考。对MC112主要功能包括可重复性好，工作稳定，可靠，线性输出电压，和快速的反应。煤矿安全规程表示，如果甲烷气密性浓度超过1%，安全系统应警报，如果瓦斯浓度超过2%，所有的人都必须立刻疏散。自检测低浓度甲烷MC112范围为0% - 2%。
图4：外观
3.2.2 信号放大电路
要放大微弱电信号的检测采用MC112（1%气密性浓度波动将导致16MV电压变化）。采用扭矩传感器系统广告公司开发的高性能的仪表放大器。它有优点：（1）单电源和12V输出（2）易于修改信号增益虽然外部电阻器，它将作为无外部单位增益电阻和信号增益可达1000与一个外部电阻；（3）低功耗消耗，大规模的操作电压，线性度好，热稳定性好，高可靠性。信号放大器电路原理图如图5所示。
图5：信号放大电路
3.3的A / D转换器模块
如图6所示，该模块由多路CD4051，采样保持器lf389，A / D转换器AD574A [ 12 ]和并行I/O芯片8255A作为核心的一部分，AD574A是一个12位的逐次逼近A/D转换器芯片三的状态缓冲区，其转换时间约为25μS. AD574A能够直接连接到单片没有额外的接口逻辑电路，内置高精度的参考功率电源和时钟电路，无需外部时钟源AD574A能够正常运行参考电源。
图6：A/D转换器模块
3.4 其他模块
3.4.1 数字显示模块
传统的液晶显示模块是不适合在这个系统中由于工作环境主要是在黑暗的矿井隧道深。LED软灯应选择。它是在煤矿的特点为不利的情况下适用防潮，卓越的温度特性和长距离的视觉效果。在本系统，采用6位LED动态显示CH4气密性浓度值，与段端口和位端口与PA口和PB端口连接8155（1）分别。
3.4.2 键盘输入模块
在键盘输入模块，我们安排了13个键，包括10个数字键和“数据收集”键，“进入”键，“复位”键。采用相反的方向连接的方法，PB口和8155 PC端口（2）连接到键盘的行和列电路电路分别。
3.4.3 串行通信和声光报警单元
串行通信模块，信号控制器发送到主机计算机上通过RS-485，和MAX485是用于转换电压。RS-485是多点双向半双工通信基于单平衡线电路具有高噪声抑制链接，传输速率高，传输距离长、宽共模范围，其最大传输率达到10Mbps，电缆的最大距离达到1200 [ 13,14 ]。P21和P10 AT89S52将声光报警单元控制时甲烷气密性浓度的检测值超过设定值。
4.控制系统软件设计
软件控制系统包括系统初始化的主要功能，阈值设定，甲烷气密性浓度数据采集和显示，串行通信等。为了实现上述功能，我们开发了串行程序采用51系列单片机汇编程序语言包括主程序，键盘扫描程序，A/D转换程序，报警程序，串口通讯程序，数据显示程序，系统报警诊断程序，双字节乘法程序，三字节二进制程序看狗程序。
该系统是由许多模块，由于有限的空间，我们介绍主程序。主程序初始化单片机寄存器，I / O端口，然后扫描键盘看数据采集键被按下，如果没有，继续扫描键盘按键直到数据收集。当收集键被按下，默认的阈值1显示面板上，如果用户想复位阈值价值，只是按调整值设置一个新值，然后按回车键完成这一步。当按下Enter键，系统开始数据采集的运行和A / D转换，然后将转换后的数据为二进制格式调用一个子程序的双字节乘法。我们需要三个存储单元存储这些数据是因为他们24位二进制数据格式。接下来，系统会将这些二进制格式的数据转换成二进制编码的十进制格式，通过调用一个子程序三字节的二进制编码的十进制。在最后一步中，值与预先设定的比较决定是否应发出报警信号的阈值。在这期间，这些数据将被发送到上位机通过RS-485串行地通信单元。然而，系统会发送一个正脉冲复位看门狗定时器每1.6秒。本系统采用单片机的晶振频率为12MHz，与定时器/计数器，模式1的工作（16位定时器/计数器），其最大时间间隔约为66ms，所以系统会发送一个信号到喂狗看门狗电路各66ms。
5.结论
在这项研究中，一个智能气密性检测系统。它可以用于实时甲烷气密性浓度监测。测量从零到百分之2本系统的范围内，传感器的灵敏度达到百分之0.01。它具有速度快、高性能的12位A / D转换器，工作环境温度范围从20℃～+ 70℃。这仍然系统具有可靠性高，操作方便，性能价格比高。在本文中，总规划软件和气密性检测系统的硬件设计提出了利用Proteus，测试硬件电路，采用KEIL测试组装语言源程序，仿真试验结果表明该系统具有较高的精度，快速响应是可行的。
6.致谢
无论在学业，科研和生活中，导师都给予我了很多的指导和帮助，我从中也是受益匪浅。你在学术上的严谨作风和科研上的丰富成果都对我产生了潜移默化的积极影响，不断激励我在学业和科研上取得更大的进步，在研究领域作出新的更大的贡献。
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