【正文】 sing and the SCM control. This paper introduces the data acquisition subsystem, data processing and data display system and alarm circuit, SCM and PC munication hardware and software to achieve the design method and process. System for sampling locations beyond the prescribed specified gas concentrations, through sound and light alarm circuit to remind staff monitoring. At the same time, the operator for a specific alarm limit values can be set through the singlechip programming.Key words: alcohol oncentration sensor (MQ3), methane concentration sensor ( MC113), STC89C52, A/D converter,Dataelector (74HC4051), serial munication, RS232,VB。另外，交通事故所造成的經(jīng)濟(jì)損失也相當(dāng)驚人。近年來(lái)我國(guó)煤炭工業(yè)的安全生產(chǎn)狀況不容樂(lè)觀，中小型煤礦的情況尤為嚴(yán)重，已經(jīng)直接威脅到整個(gè)煤炭工業(yè)的穩(wěn)定生產(chǎn)，給國(guó)家財(cái)產(chǎn)和人民生命造成了很大的損失，作為“萬(wàn)惡之首”的甲烷爆炸事故更是重大事故發(fā)生率之首。其設(shè)計(jì)方案基于STC89C52單片機(jī)，MQ3酒精濃度傳感器，MQ4甲烷濃度傳感器?？紤]到單片機(jī)計(jì)算能力有限，難以進(jìn)行復(fù)雜數(shù)據(jù)處理，故單片機(jī)系統(tǒng)與PC機(jī)系統(tǒng)通過(guò)RS232串行通信端口進(jìn)行互連，從而單片機(jī)用作下位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和設(shè)備控制，而PC機(jī)用做上位機(jī)進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理和對(duì)單片機(jī)的控制。因此，國(guó)外氣體傳感器技術(shù)得到了較快發(fā)展，據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)，美國(guó)1996年—2002年氣體傳感器年均增長(zhǎng)率為（27～30）％。如美國(guó)GeneralMonitors公司在傳感器中嵌入微處理器，使氣體傳感器具有控制校準(zhǔn)和監(jiān)視故障狀況功能，實(shí)現(xiàn)了智能化；還有前已涉及的美國(guó)IST公司的具有微處理器的“MegaGas”傳感器實(shí)現(xiàn)了智能化、多功能化。 （3）低功耗氣敏元件（如一氧化碳，甲烷等氣敏元件）已從產(chǎn)品研究進(jìn)入中試。（1）超聲波技術(shù)超聲原理測(cè)量氣體濃度是近10年來(lái)隨著電子技術(shù)和測(cè)量技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)的一種新技術(shù)，同時(shí)具有測(cè)量范圍寬、精度高、無(wú)節(jié)流、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。目前，影響該技術(shù)測(cè)量精度的因素主要是工作環(huán)境的差異，極易受到周?chē)鷫毫?、溫度、濕度等因素的影響。氣敏技術(shù)主要應(yīng)用于氣敏傳感器檢測(cè)氣體的濃度。由于在氣體檢測(cè)儀中一般將氣敏元件與標(biāo)準(zhǔn)元件組成測(cè)量電橋電路，所以電橋電路的非線性以及電橋供電電壓的大小會(huì)對(duì)測(cè)量精度產(chǎn)生很大的影響。當(dāng)被測(cè)氣體的氣室與空氣室同時(shí)充入空氣時(shí)，如果兩束光所經(jīng)過(guò)的光程相同，則干涉條紋不產(chǎn)生移動(dòng)。（4）被動(dòng)檢氣管法在檢氣管內(nèi)的惰性載體上涂漬對(duì)被測(cè)氣體有效的顯色劑，氣體通過(guò)檢氣管端口擴(kuò)散進(jìn)入管內(nèi)，在經(jīng)過(guò)惰性載體時(shí)，與惰性載體上的顯色劑發(fā)生反應(yīng)，從而產(chǎn)生顏色的變化。除上述介紹的4種非光學(xué)氣體濃度檢測(cè)法外，還有熱催化法、色譜分析法等非光學(xué)分析法。單片機(jī)自誕生以來(lái)以其性能穩(wěn)定、價(jià)格低廉、功能強(qiáng)大，在智能儀器、工業(yè)裝備以及日用電子消費(fèi)品中得到了廣泛的應(yīng)用。在一般的利用PC機(jī)對(duì)單片機(jī)進(jìn)行控制的場(chǎng)合，采用Windows作為上位機(jī)的平臺(tái)，其優(yōu)點(diǎn)是界面友好，編程和操作都比較容易。系統(tǒng)主要功能內(nèi)容包括：數(shù)據(jù)信號(hào)采集濾波、開(kāi)始測(cè)量、超標(biāo)報(bào)警、鍵盤(pán)檢測(cè)控制、串口通信、PC機(jī)處理數(shù)據(jù)等。 MCU簡(jiǎn)介本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集以及控制部分以單片機(jī)為核心。同時(shí)STC89C52可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。STC單片機(jī)有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。作為輸出口用時(shí)，每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯門(mén)電路，對(duì)端口P0寫(xiě)“1”時(shí)，可作為高阻抗輸入端用。對(duì)端口寫(xiě)“1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。表21為 。在訪問(wèn)8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如執(zhí)行MOVXRI指令）時(shí)，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。對(duì)P3口寫(xiě)入1時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。RST：復(fù)位輸入。要注意的是：每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置ALE禁止位無(wú)效。欲使CPU僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000HFFFH），EA 端必須保持低電平（接地）。表22 P3口的第二功能 端口引腳具體第二功能RXD（串行輸入口）TXD（串行輸出口）（外中斷0）（外中斷1）T0（定時(shí)/計(jì)數(shù)器0）T1（定時(shí)/計(jì)數(shù)器1）（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通） (外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通) 模數(shù)轉(zhuǎn)換器簡(jiǎn)介實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的基本方法很多，有計(jì)數(shù)法、逐次逼近法、雙斜積分法和并行轉(zhuǎn)換法。這類(lèi)型ADC的分辨率和采樣速率是相互牽制的。芯片轉(zhuǎn)換時(shí)間僅為32μS，據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗(yàn)，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強(qiáng)。其具體特點(diǎn)如下： 5V電源供電時(shí)輸入電壓在0~5V之間； 商用級(jí)芯片溫寬為0176。C； 　　芯片接口說(shuō)明： ADC0832引腳圖如圖22所示 圖22ADC0809是采樣分辨率為8位的、以逐次逼近原理進(jìn)行?！獢?shù)轉(zhuǎn)換的器件。其內(nèi)部圖以及引腳圖如圖23所示。 .START： A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)脈沖輸入端，輸入一個(gè)正脈沖（至少100ns寬）使其啟動(dòng)（脈沖上升沿使0809復(fù)位，下降沿啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換）。 .CLK：時(shí)鐘脈沖輸入端。 .GND：地。 電源電平轉(zhuǎn)換芯片（TTL電平轉(zhuǎn)RS232電平）MAX232芯片是美信（MAXIM）公司專(zhuān)為RS232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)的單電源電平轉(zhuǎn)換芯片，使用+5V單電源供電。 有2選1，4選8選1和16選1等類(lèi)型的數(shù)據(jù)選擇器。在微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，CPU與外部的基本通訊方式有兩種:并行通訊——數(shù)據(jù)的各位同時(shí)傳送。，依據(jù)一定的順序逐位進(jìn)行傳送的通訊方法。按通訊方式，可將數(shù)據(jù)傳輸線路分成三種: 兩種常用接口方式.并行接口并行接口是指8位數(shù)據(jù)同時(shí)通過(guò)并行線進(jìn)行傳送，這樣數(shù)據(jù)的傳輸率能得到極大的提高。.串行接口串行口也是計(jì)算機(jī)的一種標(biāo)準(zhǔn)接口，PC機(jī)一般至少有兩個(gè)串行口Com1和Com2。完成這種轉(zhuǎn)換功能的電路叫做通用異步收發(fā)機(jī)UART。9針串口引腳和25針串口引腳定義如表31所示。通過(guò)對(duì)此控件的屬性和事件進(jìn)行相應(yīng)編程操作，就可以輕松實(shí)現(xiàn)串口通信。這種式下，在事件發(fā)生時(shí)，如在串口接收緩沖區(qū)有字符等，可以利用MSComm控件的OnComm事件捕獲并處理這些通信事件，OnComm事件還可以檢查和處理通信錯(cuò)誤。在程序的關(guān)鍵功能后，可以通過(guò)檢查CommEvent屬性的值來(lái)查詢事件和錯(cuò)誤，編寫(xiě)自己的程序代碼。在設(shè)計(jì)中以PC機(jī)為主機(jī)，單片機(jī)為從機(jī)，通過(guò)串行接口構(gòu)成主從系統(tǒng)，設(shè)計(jì)其串行通信的基本功能。以下介紹本次設(shè)計(jì)的各個(gè)模塊中使用到的具體器件。芯片轉(zhuǎn)換時(shí)間僅為32μS，據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗(yàn)，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強(qiáng)。模塊組件內(nèi)部主要由LCD顯示屏、控制器、列驅(qū)動(dòng)器和偏壓產(chǎn)生電路構(gòu)成。第3腳：VL為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì)使屏幕顯示不清晰，使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度。第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。芯片內(nèi)部有一個(gè)電源電壓變換器，可以將輸入的+5V電源電壓變換成為RS232輸出電平。 　　E為低時(shí)，8個(gè)開(kāi)關(guān)的其中之一將被S0至S2選中（低阻態(tài)）。 作為一個(gè)數(shù)字多路選擇器/多路分配器，VEE將被連接到GND上（一般是接地）。這樣計(jì)算機(jī)不能控制現(xiàn)有儀器設(shè)備，解決這一問(wèn)題就得把現(xiàn)有的儀器設(shè)備的RS232接口轉(zhuǎn)換成USB接口?！P2102／CP2103作為USB／RS232雙向轉(zhuǎn)換器，一方面可以從主機(jī)接收USB數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)換為RS232信息流格式發(fā)送給外設(shè)；另一方面可從RS232外設(shè)接收數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為USB數(shù)據(jù)格式傳送至主機(jī)，其中包括控制和握手信號(hào)。 Keil軟件是目前最流行開(kāi)發(fā)MCS51系列單片機(jī)的軟件。Keil C51軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開(kāi)發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件，是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。從任何標(biāo)準(zhǔn)來(lái)說(shuō)，VB都是世界上使用人數(shù)最多的語(yǔ)言。Visual Basic（簡(jiǎn)稱(chēng)VB）是Windows操作系統(tǒng)下簡(jiǎn)單、易學(xué)、高效的應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)工具。下面介紹其中的兩個(gè)電路。對(duì)于CHMOS工藝的單片機(jī)，外部時(shí)鐘要由XTAL1端引入，而XTAL2端應(yīng)懸空。端口線電平和輸入輸出狀態(tài)不確定可能使外圍設(shè)備誤動(dòng)作，導(dǎo)致嚴(yán)重事故的發(fā)生；內(nèi)部一些控制寄存器（專(zhuān)用寄存器）內(nèi)容不確定可能導(dǎo)致定時(shí)器溢出、程序尚未開(kāi)始就要中斷及串口亂傳向外設(shè)發(fā)送數(shù)據(jù)。常用的上電復(fù)位，上電瞬間RST引腳獲得高電平，隨著電容C1的充電，RST引腳的高電平將逐漸下降。開(kāi)關(guān)按下時(shí)是按鍵手動(dòng)復(fù)位電路，RST端通過(guò)電阻與VCC電源接通，通過(guò)電阻的分壓就可以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的復(fù)位。 在本設(shè)計(jì)中，為了體現(xiàn)多路的性質(zhì)，選取了一個(gè)酒精濃度傳感器和一個(gè)甲烷濃度傳感器。測(cè)量電路由氣敏傳感器MQ3/MC11濾波電路和ADC0832組成。由檢測(cè)元件和補(bǔ)償元件配對(duì)組成電橋的兩個(gè)臂，遇可燃性氣體時(shí)檢測(cè)元件電阻升高，橋路輸出電壓變化，該電壓變量隨氣體濃度增大而成正比例增大，補(bǔ)償元件起參比及溫濕度補(bǔ)償作用。工作電流(mA)90177。 RH 加熱電阻 33Ω177。2℃ Vc:177。封裝好的氣敏元件有６只針狀管腳，其中４個(gè)用于信號(hào)取出，２個(gè)用于提供加熱電流。 圖59圖59給出了MQ3型氣敏元件的溫濕度特性。因此，在使用此類(lèi)型氣敏元件時(shí)，靈敏度的調(diào)整是很重要的。除ppm外，還有ppb和ppt， 他們之間的關(guān)系是： 1ppm=106=一百萬(wàn)分之一， 1ppb=109=十億分之一 ， 1ppt=1012=萬(wàn)億分之一， 1ppm=103ppb=106ppt （2）質(zhì)量體積濃度 用每立方米大氣中污染物的質(zhì)量數(shù)來(lái)表示的濃度叫質(zhì)量體積濃度，單位是毫克/立方米 ，或克/立方米。 A/D轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)正常情況下ADC0832 與單片機(jī)的接口應(yīng)為4條數(shù)據(jù)線，分別是CS、CLK、DO、DI。此時(shí)芯片開(kāi)始轉(zhuǎn)換工作，同時(shí)由處理器向芯片時(shí)鐘輸入端CLK 輸入時(shí)鐘脈沖，DO/DI端則使用DI端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號(hào)。當(dāng)2 位數(shù)據(jù)為“0”、“0”時(shí)，將CH0作為正輸入端IN+，CH1作為負(fù)輸入端IN進(jìn)行輸入。電路圖見(jiàn)圖511：鍵盤(pán)說(shuō)明：S2 控制門(mén)限值的增加S3 控制門(mén)限值的減少S4 串口通信傳輸數(shù)據(jù)的開(kāi)關(guān)S5 保留未用S6 采集信號(hào)的切換 圖511⑵獨(dú)立式按鍵是直接用I/O口線構(gòu)成的單個(gè)按鍵電路。⑶鍵盤(pán)抖動(dòng)的消除：抖動(dòng)的消除大致可以分為硬件削抖和軟件削抖。③由于應(yīng)用硬件削抖還需要外加器件，成本相對(duì)較高，所以本系統(tǒng)選擇軟件延時(shí)削抖的方法。間接控制方式則不使用單片機(jī)的數(shù)據(jù)系統(tǒng)，而是利用它的I/0口來(lái)實(shí)現(xiàn)與顯示模塊的聯(lián)系。在主電路圖中接在P0口處有一個(gè)排阻RP1 ，由于P0口沒(méi)有內(nèi)接上拉電阻，為了為P0口外接線路有確定的高電平，所以要接上排阻RP1，使用的是10K的排阻，以確保有P0口有穩(wěn)定的電平。其中，前兩種報(bào)警裝置因硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，軟件編程方便，常常在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中使用；而語(yǔ)音報(bào)警雖然警報(bào)信息較直接，但硬件成本高，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，軟件量也增加。以下為報(bào)警電路接線圖見(jiàn)圖513： 圖 513 電源電路設(shè)計(jì)在本次設(shè)計(jì)中，需要一個(gè)比較大的電壓源和一個(gè)5V供電源，出于簡(jiǎn)約經(jīng)濟(jì)考慮。在本設(shè)計(jì)中，采用差動(dòng)放大器對(duì)兩個(gè)信號(hào)的差值進(jìn)行放大。圖 515 串口與USB互轉(zhuǎn)電路設(shè)計(jì)（實(shí)際使用）CP2102，USB轉(zhuǎn)串口芯片，體積小巧，外圍可以不需要任何元件即可夠成一個(gè)最簡(jiǎn)單的USBUART方案，通信速率可達(dá)1Mbps，很容易把串口產(chǎn)品升級(jí)到USB口。硬件設(shè)計(jì)總結(jié)：這一章比較具體的說(shuō)明了系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的內(nèi)容，通過(guò)模塊化的設(shè)計(jì)思想，把一個(gè)復(fù)雜的單片機(jī)系統(tǒng)按照功能劃分成一個(gè)個(gè)單獨(dú)的電路模型，分別進(jìn)行設(shè)計(jì)，最后在集成到一起。第6章 軟件設(shè)計(jì)單片機(jī)程序設(shè)計(jì)： 編譯語(yǔ)言的選擇對(duì)于單片機(jī)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用中，逐漸引入了高級(jí)語(yǔ)言，C語(yǔ)言就是其中的一種。C語(yǔ)言編寫(xiě)的程序比用匯編編寫(xiě)的程序更符合人們的思考習(xí)慣。 程序設(shè)計(jì)軟件編寫(xiě)的主體思路是將系統(tǒng)按功能模塊化劃分，然后根據(jù)模塊要實(shí)現(xiàn)的功能,按一定的順序組合成一個(gè)整體。A/D芯片的數(shù)據(jù)CS口。在經(jīng)過(guò)一個(gè)時(shí)鐘，DO脫離高阻態(tài)，從而啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。如想要進(jìn)行下一次轉(zhuǎn)換，CS必須做一個(gè)從高到低的跳變，后跟著地此配置數(shù)據(jù)重復(fù)上面的過(guò)程。在本設(shè)計(jì)中，由于不需要讀液晶操作，故只介紹寫(xiě)操作。會(huì)彈出“New Projiect”對(duì)話