【正文】 的 時 候就 可寫入指令或顯示地址，當 R/W 為高電平 RS 為低電平 的 時 候就 可讀忙信號，當 R/W 為低電平 RS 為高電平 的 時 候就 可寫入數(shù)據(jù)。 1602 型 LCD 外形圖如下圖所示： 圖 6 1602LCD 外形圖 D714D613D512D411D310D29D18D07E6RW5RS4VSS1VDD2VEE3L C D 1LM 01 6 L河北 聯(lián)合 大學 綜合課程設計說明書 2 總體設計方案 16 液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過電壓對顯示區(qū)域進行控制，只要輸入所需的控制電壓，就可 以顯示出字符來。同時隨著分辨路增高芯片的成本也會隨之倍增。與一般測量儀表的分辨率表達方式不同， A/D 轉換器不采用可分辨的輸入模擬電壓相對值表示，例如本次設計我們采用的 A/D 轉換器 ADC0809 的分辨率為 8位，即該轉換器的輸出數(shù)據(jù)可 以用 82 個二進制數(shù)進行量化，其分辨率為 1LSB。其輸入輸出與TTL兼容。 :T1，定時器 /計數(shù)器 1外部事件脈沖輸入端 5） 復位操作，在掉電情況下（ Vcc 降到操作允許限度以下）， 后備電源加到此引腳，將只給片內 RAM 供電。 （ 3） ～ :通道 2是 8位擬雙向 I/O通道，當訪問外部存貯器時，用作高 8位地址總線。但要注意，每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲河北 聯(lián)合 大學 綜合課程設計說明書 2 總體設計方案 12 器時，將跳過一個 ALE脈沖， ALE 端可以驅動（吸收或輸出電流）八個 LSTTL電路。 河北 聯(lián)合 大學 綜合課程設計說明書 2 總體設計方案 11 圖 4 8031 單片機 1） 主電源引腳 Vss和 Vcc （ 1） Vss接地 （ 2） Vcc正常操作時為 +5伏電源 2） 外接晶振引腳 XTAL1和 XTAL2 （ 1） XTAL1內部振蕩電路反相放大器的輸入端，是外接晶體的一個引腳。所以在使用該傳感器時，靈敏度的調整是必要的。 3Ω 室溫 PH 加熱功耗 ≤ 900mw 符號 參數(shù)名稱 技術條件 備注 Tao 使用溫度 10℃ 50℃ Tas 儲存溫度 20℃ 70℃ RH 相對濕度 小于 95%RH O2 氧氣濃度 21%(標準條件 ) 氧氣濃度會影響靈敏度 最小值大于 2% 河北 聯(lián)合 大學 綜合課程設計說明書 2 總體設計方案 9 表 3 MQ4的靈敏度特性 Table 3 The sensitivity of MQ 4 features 表 4 甲烷 濃度 測試計算 Table 4 methane concentration test calculation 濃度（ ppm） 計算值 100 500 800 1000 2021 3000 5000 10000 Rs/R0 Rs(k) VRSRLRLV 50 ??? 顯示讀數(shù) = 25550?V 132 148 162 168 180 187 234 253 由于 Ro— 敏感體電阻 ， R0是指元件在潔凈空氣中的電阻值，所以一旦確定就不變； Rs是指元件在不同氣體，不同濃度下的電阻值，是由濃度確定的；由于傳感器測得的是以甲烷氣體為例，所以要在不同氣體濃度下調整傳感器的調整電阻 RL； RL的求取有可測的 V0和 RS來取的； VRSRLRLV 50 ??? (1) 其 ： RL＝ 5KΩ (2) Ro= (3) Ro 表示傳感器在 1000ppm 氫氣中的電阻值圖中所有測試都是在標準試驗條件下完成的 。綜上分析， 本設計決定采用 MQ4氣敏半導體傳感器 。其原理是利用氣敏半導體被加熱到 200℃時，它表面能夠吸附瓦斯氣體而改變其電阻值來檢測瓦斯?jié)舛鹊?。氣體傳感器是煤礦氣體監(jiān)測系統(tǒng)的重要組成部分，按其工作原理不同有以下幾種分類： 1） 紅外線式 紅外線式是利用瓦斯的氣體分子能吸收一定波長的紅外線來檢測瓦斯?jié)舛鹊?。今后的發(fā)展趨勢是各生產礦井與礦務局、各礦務局與本 省乃至全國煤礦系統(tǒng)構成統(tǒng)一完整、功能先進的計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)，真正實現(xiàn)更大范圍的煤礦資源信息共享 ，簡化礦井安全管理工作，保證礦井的安全生產。 用于瓦斯綜合治理和災害預測的甲烷傳感器，一直存在使用壽命短、工作穩(wěn)定性差和調校期頻繁的缺點，嚴重制約著礦井瓦斯的支持檢測。 河北 聯(lián)合 大學 綜合課程設計說明書 1 文獻綜述 3 他們的研究都有各自的優(yōu)點和不足，而本設計中是以 8031 單片機作為硬件電路核心開發(fā)出一種操作簡單的檢測系統(tǒng)來實現(xiàn)對甲烷的識別、濃度監(jiān)測、閾值報警以及濃度顯示，為更好的防御和減少由于瓦斯而引起的礦難事故。目前在我國煤礦安全事故中，瓦斯事故已上升到煤礦事故的 80%以上，瓦斯爆炸造成的傷亡人數(shù)占所有重大事故傷亡人數(shù)的 90%左右，瓦斯事故入的生命安全造成巨大損害，成為實現(xiàn)安全生產的最大障礙和困擾煤礦安全 生產的重大難題。 本設計以 8031 單片機為核心 ，并結合外圍元件氣體傳感器、 A/D 轉換芯片、 LED液晶顯示 器、看門狗、片外擴展設備等組成。再對課題的具體實施方案進行介紹。 先對題目的背景與意義做簡單的介紹，基本掌握本課題領域國內外發(fā)展動態(tài)和研究水平。因此，我們不得不將更多的注意力放到煤炭生產的安全方面。 河北 聯(lián)合 大學 綜合課程設計說明書 1 文獻綜述 2 1 文獻綜述 本設計所研究的背景及 意義 隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展．煤炭的消費量持續(xù)增長，而隨著煤炭工業(yè)的發(fā)展，瓦斯事故越來越多地成為制約 煤礦安全的重要因素。 國內的許多有關這方面的科學家和教授在這方面都做過大量的研究。 我國從 1981 年開始，把瓦斯、煤塵爆炸阻隔爆方法這一計劃列為全國煤礦安全領域中的重點項目。煤礦安全檢測技術、理論將會更加成熟，更先進、更實用的檢測設備將會被開發(fā)出來。采用單片機8031 構成煤礦氣體監(jiān)測系統(tǒng)的核心部分，根據(jù)氣體傳感器及測量的信號，實現(xiàn)對 CH4的成分識別和濃度測量。通過這一特點來比較這兩種速度就可檢測出高濃度 瓦斯。 6) 熱催化式 熱催化式是利用瓦斯在催化元件上的氧化生熱引起其電阻的變化來檢測瓦斯?jié)舛鹊摹? MQ4 氣敏元件的結構和外形如圖所示，由微型 AL2O3 陶瓷管、 SnO2 敏感層、測量電極和加熱器構成，然后將其固定在塑料或不銹鋼制成的腔體內，制作好的檢測元件有 6只引腳，其中的 4個用于信號取出，剩余 2個用于提供加熱電流 。 預熱時間 不少于 24小時 河北 聯(lián)合 大學 綜合課程設計說明書 2 總體設計方案 10 圖 3 MQ4型氣敏元件的靈敏度特性 MQ4的標準工作條件 已有上表給出 。 單片機的選擇 由于本次實驗要連續(xù)、實時的采集瓦斯?jié)舛?，當單片機用于實時數(shù)據(jù)采集或處理大批量數(shù)據(jù)時，僅靠片內提供的 RAM是遠遠不夠的 。 3） 控制或與其它電源復用引腳 RST/VPD， ALE/ ，和 /Vpp （ 1） RST/VPD 當振蕩器運行時，在此引腳上出現(xiàn)兩個機器周期的高電平（由低到高跳變），將使單片機復位 在 Vcc掉電期間，此引腳可接上備用電源，由 VPD向內部提供備用電源，以保持內部 RAM中的數(shù)據(jù)。 4） 8031P端口功能 （ 1） ～ :通道 0，它是 8位漏極開路的雙向 I/O通道，當擴展外部存貯器時，這也是低八位地址和數(shù)據(jù)總線，在編程校驗期間，它輸入和輸出字節(jié)代碼，通道 0吸收 /發(fā)出二個 TTL負載。 :INT0，外部中斷 0輸入口。主體部分是采用逐次逼近式的 A/D轉換電路，由 CLK控制的內部電路的工 作 ,START為啟動命令，高電平有效，啟動 ADC0809內部的 A/D轉換，當轉換完成，輸出信號 EOC有效， OE為輸出允許信號端，高電平有效，打開輸出三態(tài)緩沖器 ,把轉換后的結果送 DB。 2) ADC0809引腳圖如 下 圖所示 ,它的 主要特性有： (1) 8路 8位 A/D轉換器，分辨率為 8位； 河北 聯(lián)合 大學 綜合課程設計說明書 2 總體設計方案 14 (2) 具有轉換起停的控制端口； (3) 轉換時間大約是 100μ s； (4) 單電源供電，供電電壓為＋ 5V； (5) 模擬輸入的電壓范圍是 0～＋ 5V，不需要滿刻度與零點校準； (6) 工作溫度的范圍是 40℃～＋ 85℃ ； (7) 低功耗，大約是 15mW； (8) 輸出與 TTL兼容； (9) 可鎖存三態(tài)輸出，能與 8位微處理器接口。其中 A/D轉換器的轉換時間是指完成一次轉換所需要的時間，即從輸入啟動轉換信號開始到轉換結束所用的全部時間。與普通數(shù)碼管比較，液晶顯示器（ LCD） ,采用 LCD1602 可以顯示文字，也可以顯示數(shù)據(jù)。 第 3 腳： VEE是 液晶顯示器對比度調整 的 端 口， 使用時可以通過一個 10K 的 滑動變阻器來 調整對比度。 1602 液晶模塊內部的 控制器 總 共有 11 條控制指令 。 河北 聯(lián)合 大學 綜合課程設計說明書 2 總體設計方案 17 指令 6：功能設置命令 DL： 當 高電平 的 時 候 為 4位總線，低電平 的 時 候 為 8位總線 N： 當 低電平 的 時 候 為單行顯示，高電平 的 時 候為 雙行顯示 F: 當 低電平 的 時 候 顯示的是 5x7 的點陣字符，高電平 的 時 候 顯示 的是 5x10 的點陣字符。 在選擇程序存儲器芯片時，首先必 須滿足程序容量，其次在價格合理情況下盡量選用容量大的芯片。 CS51 單片機擴展片外數(shù)據(jù)存儲器的地址線也是由 P0 口和 P2 口提供的，因此最大尋址范圍為 64K字節(jié)（ 0000H— FFFFH）。 地址鎖存器 74LS373 是帶三態(tài)緩沖輸出的 8D 鎖存器，由于單片機的三總線結構中，數(shù)據(jù)線與地址線的低 8位共用 P0口，因此必須用地址鎖存器將地址信號和數(shù)據(jù)信號區(qū)分開。這種傳感器具有輕微的極性， VCC1 需用直流電源。其接口電路圖如下圖 9所示： 河北理工大學 綜合課程設計說明書 3 具體實施方案 20 2 1M S B21A D D B24A D D A25A D D C23V R E F ( + )12V R E F ( )16I N 31I N 42I N 53I N 64I N 75S T A R T62 58E O C7O U T P U T E N A B LE9C LO C K10V C C112 220G N D132 7142 6152 8L S B172 4182 319I N 228I N 127I N 026A L E22U6A D C 08 0 957%RL1k77%R V 31kR 1 01KV C CH V C CP 1. 0P 1. 1P 1. 2P 1. 3P 1. 4P 1. 5P 1. 6P 1. 7A L EE O CSTOCC L K 圖 9 甲烷氣體采集電路設計 ADC0809 工作接口要求 1) ALE 設置為高電平 ,對地址信號進行鎖存 ,經(jīng)譯碼后選通對應通道 ,被選中通道的模擬量進入轉換器進行轉換。 5） CLK： 0809 工作時鐘。 由于 端口線電平和輸入輸出狀態(tài) 的 不確定可能 會導致 外圍設備誤動作， 以至于 嚴重事故的發(fā)生；內部一些控制寄存器（專用寄存器） 的 內容不確定 也 可能 會 導致定時器溢出、程序尚未開始就要中斷及串口亂傳向