基于單片機的瓦斯監(jiān)控的硬件設(shè)計(存儲版)
【正文】 區(qū)間漂移。氣體采樣單元如圖4所示。只有VCC電壓恢復(fù)到正常工作范圍而且在振蕩器穩(wěn)定振蕩后，通過硬件復(fù)位、掉電模式可被終止。AT89C51 芯片提供三級程序存儲器加密, 提供了方便靈活而可靠的硬加密手段, 能完全保證程序或系統(tǒng)不被仿制。圖3 主控單元AT89C51系列單片機介紹：一、AT89C51系列基本組成及特性在眾多的51系列單片機中，要算 ATMEL 公司的AT89C51更實用，因為它不但和8051指令、管腳完全兼容，而且其片內(nèi)的4K程序存儲器是FLASH工藝的，這種工藝的存儲器，用戶可以用電的方式瞬間擦除、改寫，一般專為 ATMEL AT89Cx 做的編程器均帶有這些功能。比如報警模塊的狀態(tài)、數(shù)碼管的不同的狀態(tài)顯示和控制閥電路的工作狀態(tài)。該系統(tǒng)的可靠性強，容易實現(xiàn)，但FPGA作為核心電路，成本是其最大的障礙，因為本產(chǎn)品是要進入平常百姓家，不能在實際產(chǎn)品中的應(yīng)用。2 瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)的總體設(shè)計方案 概述一個易燃易爆氣體監(jiān)控系統(tǒng)能夠及時的發(fā)現(xiàn)易燃易爆氣體并報警，肯定能提高人民的生活水平和加快我們的現(xiàn)代化建設(shè)，有利于整個社會穩(wěn)定。以單片機為主機，氣敏傳感器通過一根口線與單片機相連接，再加上濃度控制部分和人機對話部分來共同實現(xiàn)瓦斯安全監(jiān)測與控制。目前有代表性的是法國OLDHAM公司的MX21，德國Drager公司的Multiwarn，日本理研株式會社的GX8GX11GX9GX82系列，美國GasTech公司的GT、SAFETMTE等儀表。瓦斯爆炸界限不是固定不變的，它受到許多因素的影響，其中重要的有：（2）氧的濃度正常大氣壓和常溫時，瓦斯爆炸濃度與氧濃度關(guān)系，如柯瓦德爆炸三角形。瓦斯的主要成份是甲烷，一氧化碳，二氧化碳，二氧化硫和硫化氫等。系統(tǒng)的各個模塊都由它控制完成。［關(guān)鍵詞］單片機；瓦斯氣體檢測；氣敏傳感器；報警Hardware Design of Gas Monitoring System Based on MCUElectrical amp。瓦斯在煤層開采過程中被逸散出來，在井下積累造成井下瓦斯?jié)舛鹊脑黾樱?dāng)瓦斯?jié)舛冗_到5%16%時具有爆炸性，%時爆炸威力最大，當(dāng)瓦斯?jié)舛刃∮?%或大于16%時，一般不會爆炸，遇明火只會燃燒，形成燃燒事故。 （3）煤塵 煤塵具有爆炸危險，300～400℃時就能從煤塵內(nèi)揮發(fā)出多種可燃氣體，形成混合的爆炸氣體，使瓦斯的爆炸危險性增加.（4）空氣壓力 爆炸前的初始壓力對瓦斯爆炸上限有很大影響。（2）氣體儀表的功能氣體檢測儀表的功能主要是指所測氣體濃度值、報警點的設(shè)置，聲光報警，開機指示，電池欠壓指示等。（3）用單片機AT89C51控制，通過自動監(jiān)控瓦斯氣體濃度設(shè)定值，數(shù)值采用數(shù)碼管顯示。 設(shè)計方案針對此課題要求，現(xiàn)提出以下二種設(shè)計方案：總體方案一：基于FPGA的總體設(shè)計模塊。本系統(tǒng)是以單片機為核心，系統(tǒng)所要實現(xiàn)的功能幾乎與前面方案一樣，具有信號的監(jiān)控處理和報警顯示和自動控制閥門。優(yōu)點：功能強大，精度高，性能穩(wěn)定，實際可行性很強，而且適合性能的擴展。它與MCS51系列單片機在指令系統(tǒng)和引腳上完全兼容，不僅可完全代替MCS51系列單片機，而且能使系統(tǒng)具有許多MCS51系列產(chǎn)品沒有的功能。另外，AT89C51有間歇和掉電兩種工作模式。在本設(shè)計中瓦斯檢測采用電阻式半導(dǎo)體氣體傳感器作為檢測元件。它由采樣電壓轉(zhuǎn)換、小信號放大及A/D轉(zhuǎn)換三部分組成。理想情況下，一個傳感器在連續(xù)工作條件下，每年零點漂移小于10%。 單片機控制單元的設(shè)計 按鍵電路按鍵電路如圖5所示。當(dāng)送入一次字形碼后，顯示字形可一直保持，直到送入新字形碼為止。工作原理：單片機P0口低4位作為數(shù)據(jù)輸出口，P05P07為位選信號，數(shù)據(jù)送給7447翻譯成7段數(shù)碼信號，顯示在數(shù)碼管上，位選信號經(jīng)過74138編碼后，再經(jīng)8個三極管組成反相器組送給共陰極數(shù)碼管的位選端，作為位控制信號。顯示數(shù)字對應(yīng)的二進制電平信號如表1所示。 電源模塊的設(shè)計為了濾除電源的紋波，采用多級電容濾波，并且在最后并聯(lián)了104濾除電源中的高頻雜波，采用7805穩(wěn)壓，得到穩(wěn)定的5V電源。LM386的內(nèi)部電路圖如圖11所示。（3）編寫調(diào)試程序。（6）調(diào)試程序再按如上操作就能調(diào)試所有功能。電源發(fā)生過載或短路故障時，能發(fā)出聲光報警。從上面的分析中可以看出，僅僅只是幾個電容和電阻，卻直接影響整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性，抗干擾性甚至直接決定整個系統(tǒng)是否正常工作。在教研室期間，由于我在原來的課程學(xué)習(xí)中，有很多的不懂地方，基礎(chǔ)也不夠牢固，而且又在這次設(shè)計的過程中遇到了許多新問題，是靳老師以扎實的理論知識給予我輔導(dǎo)，才使我學(xué)到了很多原來不會的知識，而且能夠把原來學(xué)習(xí)的知識和實踐聯(lián)系到一起，融會貫通，能夠更好的掌握這些知識。 此課題的完成需要大量的專業(yè)知識和豐富的實踐經(jīng)驗。在畢業(yè)設(shè)計的過程中遇到了不少困難，在遇到問題百思不得其解的痛苦之后又往往有茅塞頓開的喜悅。結(jié)束語本文以AT89C51系列單片機為核心，用AT89C51單片機作為控制器件，氣體信號通過氣敏電阻和放大器轉(zhuǎn)換成電信號，再由ADC0809轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號，測濃度電路采用橋式電路，濃度設(shè)定采用按鍵移位式設(shè)定方法，氣體濃度采用氣體傳感器來測量。（2）按照仿真原理圖放置所要仿真的元器件。4 系統(tǒng)的調(diào)試運行及分析 系統(tǒng)調(diào)試方法整個調(diào)試過程主要應(yīng)用了Keil軟件和Proteus軟件，Proteus 是 Labcenter 公司出品的電路分析、實物仿真系統(tǒng)，而 Keil 是目前世界上最好的 51 單片機匯編和 C 語言的集成開發(fā)環(huán)境。報警電路如圖10所示。采用實時控制的方法，由光耦MOC3041（光電耦合器）和可控硅SCR組成。數(shù)碼管顯示原理圖如圖6所示。這樣一來，就沒有必要每一位數(shù)碼管配一個鎖存器，從而大大地簡化了硬件電路。因所需的按鍵數(shù)目不多，所以采用獨立按鍵，為了更好的區(qū)分按下的是哪一個按鍵，在每個按鍵按下時相應(yīng)發(fā)光二極管亮。 選擇性 選擇性也被稱為交叉靈敏度。所以選擇適當(dāng)?shù)牟牧虾烷_發(fā)新材料，使氣體傳感器的敏感特性達到最優(yōu)。隨著近年來復(fù)合金屬氧化物、混合金屬氧化物等新型材料的研究和開發(fā)，大大提高了這種氣體傳感器的特性和應(yīng)用范圍。該芯片
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