【正文】 1 芯片的計(jì)數(shù)速率為晶體振蕩器頻率的1/12，一個(gè) 12M 的晶振用在 51 芯片上，那么 51 的計(jì)數(shù)速率就為 1M。那么我們?cè)趺慈ビ?jì)算這兩個(gè)模 式的波特率設(shè)置時(shí)相關(guān)的寄存器的值呢？可以用以下的公式去計(jì)算。 10＝ 960 字節(jié)。 AT89C51 和 AT89C2051 等 51 系列芯片只有兩個(gè)定時(shí)器，定時(shí)器 0 和定時(shí)器 1，而定時(shí)器 2 是 89C52 系列芯片才有的。但在模式 1 中， SM2 1 時(shí)，當(dāng)未收到有效的停止位，則不會(huì)對(duì) RI 置位。 RI 接收中斷標(biāo)識(shí)位。在模式 0，發(fā)送完第 8 位數(shù)據(jù)時(shí)，由硬件置位。該位可能是奇偶位，地址 /數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)位。大家也可以用上面的實(shí)際源碼加入 REM 0 來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在模式 0 中要求該位為 0。 SM0 SM1 模式 功能 波特率 0 0 0 同步移位寄存器 fosc/12 0 1 1 8 位 UART 可變 1 0 2 9 位 UART fosc/32 或 fosc/64 1 1 3 9 位 UART 可變 在這里只說(shuō)明最常用的模式 1，其它的模式也就一一略過(guò)，有興趣的朋友可以找相關(guān)的硬件資料查看。它的尋址地址是 98H，是一個(gè)可以位尋址的寄存器，作用就是監(jiān)視和控制 51 芯片串行口的工作狀態(tài)。當(dāng)然你也可以用其它的名稱。”實(shí)際上 SBUF 包含了兩個(gè)獨(dú)立的寄存器，一個(gè)是發(fā)送寄存，另一個(gè)是接收寄存器，但它們都共同使用同一個(gè)尋址地址－ 99H。在掉電模式下，保存 RAM 的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“ 1”且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。當(dāng)采用外部 振蕩器時(shí)，對(duì)HMOS 單片機(jī)，此引腳應(yīng)接地；對(duì) CHMOS 單片機(jī)，此引腳作為驅(qū)動(dòng)端。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件， XTAL2 應(yīng)不接。 XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。 /EA/VPP：當(dāng) /EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（ 0000H FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無(wú)效。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè) ALE 脈沖。 ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。在給出地址“ 1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2 口： P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個(gè) TTL 門 電流，當(dāng) P2 口被寫“ 1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。在 FIASH 編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高。同時(shí)該芯片還具有 PDIP、 TQFP 和 PLCC 等三種封裝形 式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。這是啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換的指令與上述類似，只不過(guò) A 的內(nèi)容不能為任意數(shù)，而必須和所選輸入通道號(hào) IN0～ IN7 相一致。首先送出口地址并以信號(hào)有效時(shí)， OE 信號(hào)即有效，把轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)送上數(shù)據(jù)總線，供單片機(jī)接受。 （ 2）查詢方式 A/D 轉(zhuǎn)換芯片由表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號(hào)，例如 ADC0809 的 EOC 端。為此可采用下述三種方式。在此之前，要將 清零并將最低三位與所選擇的通道好像對(duì)應(yīng)的口地址送入數(shù)據(jù)指針 DPTR 中。 8 路模擬通道選擇如圖所示模擬通道選擇信號(hào) A、 B、 C 分別接最低三位地址 A0、 A A2即（ 、 、 ），而地址鎖存允許信號(hào) ALE 由 控制，則 8 路模擬通道的地址為 0FEF8H～ ，通道地址選擇以作寫選通信號(hào)，這一部分電路連接 如圖 所示。 Vcc―― +5V 電源。為三態(tài)緩沖輸出形式，可以和單片機(jī)的數(shù)據(jù)線直接相連。通常 使用頻率為 500KHz 的時(shí)鐘信號(hào) EOC――轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。通道端口選擇線， A 為低地址， C 為高地址，引腳圖中為 ADDA， ADDB 和 ADDC。對(duì)應(yīng) ALE 上跳沿， A、 B、 C 地址狀態(tài)送入地址鎖存器中。 ADC0809 的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖圖所示圖中多路開(kāi)關(guān)可選通 8 個(gè)模擬通道，允許8 路模擬量分時(shí)輸入，共用一個(gè) A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，這是一種經(jīng)濟(jì)的多路數(shù)據(jù)采集方法。它可以連續(xù)自動(dòng)地將井下濃度轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)輸送給關(guān)聯(lián)設(shè)備，并具有就地顯示瓦斯?jié)舛戎?，超限聲光?bào)警等功能。 由式（ 33）知，瓦斯體積分?jǐn)?shù)為 與電流平方成線性關(guān)系，脈沖電流有效值為 式中 T 為脈沖電流周期，為脈沖電流幅值。 在變流瓦斯檢測(cè)中，工作電流隨著瓦斯?jié)舛仍黾佣鴾p小，元件處于恒溫狀態(tài)，載體催化元件工作溫度和阻值保持不變。它的基本原理是：在瓦斯?jié)舛壬邥r(shí)，通過(guò)閉環(huán)反饋電路，使工作電流相應(yīng)減少，以保持催化 元件的溫度不變，利用電流的減少量和瓦斯含量間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)瓦斯含量的檢測(cè)。 本研究所研制的脈沖供電檢測(cè)橋路與傳統(tǒng) 的測(cè)量機(jī)理截然不同，檢測(cè)元件工作于間歇脈沖供電狀態(tài)，不隨 CH4 溫度變化，反饋環(huán)路中的脈沖頻率與 CH4 濃度呈正比關(guān)系。 3 發(fā)光二極管閃爍頻率不正常：主要查單穩(wěn)態(tài)電路 ICl，當(dāng)單穩(wěn)態(tài)電路工作不正常時(shí)會(huì)造成發(fā)光二極管閃爍頻率不正常，其主要原因是由于電容 C2 造成的，可調(diào)當(dāng)調(diào)整 C2 的大小。定時(shí)的長(zhǎng)短可通過(guò)改變時(shí)間常數(shù) R6C2 的大小來(lái)調(diào)節(jié)。當(dāng)有情況發(fā)生時(shí)，BG2 輸出一定幅值的負(fù)脈沖，使 555 翻轉(zhuǎn)，相應(yīng)腳輸出高電平，信號(hào)經(jīng) BG2 緩沖放大后使可控硅 SCR 觸發(fā)導(dǎo)通，將報(bào)警器的電源電路接通，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。該報(bào)警器由直流穩(wěn)壓電源、定時(shí)開(kāi)關(guān)電路和聲控脈沖產(chǎn)生器三部 分組成。電路如圖 11 所示： 圖 11 脈沖穩(wěn)壓電路 Fig11 range of pulse stabilitating circuit TL431 是一個(gè)有良好的熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源 它的輸出電壓用兩個(gè)電阻就可以任意地設(shè)置到從 Vref（ ）到 36V 的任何值，工作電流范圍1mA～ 100mA， K、 A 腳兩端輸出電壓 改變 R 的阻值，就可以改變輸出基準(zhǔn)電壓大小 上述是本設(shè)計(jì)瓦斯傳感器的聲光報(bào)警電路，有圖可以看出 是以 555 為核心的電路由 555 電路組成一單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路，上電打開(kāi)開(kāi)關(guān)S1 后， C1 兩端電壓為 0， 555 電路的輸出腳輸出高電平，報(bào)警器電路工作，進(jìn)入報(bào)警狀態(tài)。比較器采用單電源供電，引腳 8 接邏輯電平，其取值決定于負(fù)載所需高電平，這里接 +5V，此時(shí)比較器輸出高電平為 。圖中在 555 的電壓控制端 5 腳外接了一個(gè)可調(diào)的控制電壓，用以改變 555 內(nèi)部比較器的基準(zhǔn)電壓值，即比較電平，由此可改變鋸齒波的振幅，這里 通過(guò)調(diào)節(jié) Rp1 使輸出鋸齒波的最大值為 4V。 鋸齒波發(fā)生電路 555 定時(shí)器是一種應(yīng)用極為廣泛的中規(guī)模集成電路。 在圖 8 中有 則 適當(dāng)選取電阻值，使 m 1， n 2，這樣便可獲得瓦斯在黑元件上燃燒產(chǎn)生的電壓。為保證有足夠的電流通過(guò)載體催化元件，設(shè)置了由三極管組成的脈沖電流放大環(huán)節(jié)。 該系統(tǒng)可有效的降低瓦斯事故發(fā)生率，結(jié)構(gòu)靈活，擴(kuò)展性強(qiáng)，具有較高的性價(jià)比， AT87C551 的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了電子硬件設(shè)計(jì)的“軟件化”，大大的提高了系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力，非常實(shí)用于各種大小煤礦井下瓦斯的監(jiān)測(cè)監(jiān)控，性能優(yōu)良，經(jīng)久耐用，可靠性高。 由此可知，為了最大限度的降低煤礦瓦斯事故的發(fā)生，除了對(duì)工作人員嚴(yán)格要求外，加緊建設(shè)煤礦瓦斯監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)必不可少，它對(duì)預(yù)防瓦斯事故的發(fā)生具有舉足輕重的作用。山西省煤炭系統(tǒng) 2020 年底累計(jì)安裝使用瓦斯監(jiān)控系統(tǒng) 3868 套。并且監(jiān)控軟件具有 超標(biāo)自動(dòng)報(bào)警功能，用來(lái)提示工作人員對(duì)設(shè)備的故障或現(xiàn)場(chǎng)瓦斯?jié)舛惹闆r，以及時(shí)采取措施，避免重大事件的發(fā)生。在井上，井下傳上來(lái)的數(shù)據(jù)通過(guò)專線與煤礦安全管理辦公室服務(wù)器和更高一級(jí)安全主管部門服務(wù)器連接。近幾年，隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)明和應(yīng)用，特別是網(wǎng)絡(luò)和信息化建設(shè)的不斷發(fā)展，給瓦斯治理提供了機(jī)遇條件，煤礦瓦斯監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。 20世紀(jì) 70 年代瓦斯斷電儀問(wèn)世，裝備在采掘工作面、回風(fēng)港道等井下固定地點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)瓦斯的自動(dòng)連續(xù)檢測(cè)及超限自動(dòng)切斷被控制設(shè)備的電源。電子技術(shù)的進(jìn)展推動(dòng)了瓦斯檢測(cè)控制裝置的進(jìn)一步發(fā)展，如 20 世紀(jì) 70 年代后期法國(guó)研制的 CTT63/40U礦井監(jiān)控系統(tǒng)、英國(guó)的 MINOS 系統(tǒng)、美國(guó)的 SCA― DA 系統(tǒng)等。瓦斯在空氣的體積分?jǐn)?shù)達(dá)到一定的程度（ 5%～ 12%）時(shí)，在一定條件下可與空氣中的氧氣發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)而形成瓦斯爆炸，對(duì)煤礦安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。煤礦礦難事故屢屢發(fā)生，造成的原因有很多，其中不少是因?yàn)橥咚贡?引起的。 關(guān)鍵詞：瓦斯， AT87C551， PID 控制器 BASED ON THE UNDERGROUND GAS DENSITY SINGLECHIP MICROCOMPUTER INTELLIGENT SENSE ORQAN DESIGN ABSTRACT With the rapid development of China39。 在文章里，我針對(duì)瓦斯的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出同時(shí)監(jiān)測(cè)高低濃度的瓦斯系統(tǒng)， 全天候不間斷的對(duì)井下瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行監(jiān)測(cè)。這篇文章就是針對(duì)導(dǎo)致礦難頻發(fā)的瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行監(jiān)控而設(shè)計(jì)的。 該傳感器以 AT87C551 單片機(jī)為核心，實(shí)現(xiàn)對(duì)瓦斯的檢測(cè)、報(bào)警和控制，安全可靠，經(jīng)久耐用，適合各類煤礦瓦斯的監(jiān)控，可以大大降低煤礦事故的發(fā)生，降低企業(yè)成本，提高煤炭開(kāi)采率，為我國(guó)煤炭事業(yè)做出貢獻(xiàn)。s occurrence greatly, reduces the private costs, raises the coal recovery ratio, makes the contribution for our country coal enterprise. KEYWARDS: gas, AT87C551, PID controller 目錄 摘要（中文） I 摘要（英文） II 1 緒論 1 引言 1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介 2 2 系統(tǒng)功能介紹 3 性能描述 3 系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu) 3 3 硬件電路介紹 5 甲烷傳感器 5 KG9701 型智能低濃度瓦斯傳感器 5 高濃度瓦斯傳感器 國(guó)產(chǎn) 型號(hào) :ZR14GJW4/100 6 ADC0809 引腳圖與接口電路 8 A/D 轉(zhuǎn)換器芯片 ADC0809 簡(jiǎn)介 8 . ADC0809 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 9 ．信號(hào)引腳 10 MCS51 單片機(jī)與 ADC0809 的接口 11 A/D 轉(zhuǎn)換應(yīng)用舉例 14 AT89C51 簡(jiǎn)介 15 AT89C51 概述 15 主要特性 16 管腳說(shuō)明 16 振蕩器特性 18 芯片擦除 18 8155 簡(jiǎn)介 21 8155 各引腳功能 22 8155 的地址編碼及 工作方式 23 8155 的定時(shí) /計(jì)數(shù)器 26 DAC0832 介紹 26 LED 顯示器 29 LED 顯示器的結(jié)構(gòu) 29 LED 顯示器的工作原理 32 4 PID 控制 33 PID 控制器介紹 33 PID 控制實(shí)現(xiàn) 38 5 軟件流程圖 40 總結(jié) 43 參考文獻(xiàn) 44 致謝 45 1 緒論 引言 隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，對(duì)煤炭需求量也越來(lái)越大，這就使得煤礦的安全生產(chǎn)面臨著一個(gè)十分嚴(yán)峻的問(wèn)題。有時(shí)也單獨(dú)指甲烷。利用火焰的高度來(lái)檢測(cè)瓦斯 濃度； 20 世紀(jì) 30 年代，日本發(fā)明了光干涉瓦斯檢定器，一直沿用至今； 20 世紀(jì) 40 年代，美國(guó)研制了檢測(cè)瓦斯?jié)舛鹊拿舾性D鉑絲催化元件；1954 年，英國(guó)采礦安全所研制了最早的載體催化元件。 20 世紀(jì) 60 年代初期，我國(guó)開(kāi)始研制載體催化元件，隨著敏感元件制造水平的提高和電子技術(shù)的發(fā)展，特別是大規(guī)模集成電路、微型計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，使監(jiān)控技術(shù)進(jìn)入了新的發(fā)展時(shí)期。 1983 年以后，國(guó)內(nèi)有多種型號(hào)礦井監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)了技術(shù)鑒定，逐步實(shí)現(xiàn)了對(duì)煤礦礦井安全、生產(chǎn)多種參數(shù)的連續(xù)監(jiān)測(cè)、監(jiān)控、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)處理。井下部 分主要通過(guò)各種檢測(cè)設(shè)備（各種傳感器，如風(fēng)量傳感器、負(fù)壓（壓力）傳感器、一氧化碳傳感器和礦用設(shè)備開(kāi)停傳感器等）來(lái)采集井下各種氣體的濃度與含量、井下空氣狀況、設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)情況等數(shù)據(jù)，然后通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線將數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄?。同時(shí)，監(jiān)控軟件還可以對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總、處理、分析和存檔，可以作為相關(guān)負(fù)責(zé)人員決策的重要依據(jù)。特別是由瓦斯監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)所形成的全省煤礦四級(jí)信息網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及信息技術(shù)用于瓦斯安全治理的一項(xiàng)創(chuàng)舉，極大的促進(jìn)了山西煤炭信息化工作。這些系統(tǒng)的運(yùn)用，極大的降低了煤礦瓦斯事故。監(jiān)測(cè)到的信息傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)，經(jīng)單片機(jī)處理后發(fā)出指令，如果瓦斯超過(guò)規(guī)定值，該系統(tǒng)可以立即發(fā)出聲光報(bào)警并自動(dòng)發(fā)出執(zhí)行指令以降低瓦斯?jié)舛?。在一系列鋸齒波作用下，比較器就輸出一矩形脈沖電壓系列； D 部分由高準(zhǔn)確度可控穩(wěn)