【正文】 OUT引腳上，前一次轉(zhuǎn)換的 MSB出現(xiàn)在 CS 的下降邊時(shí)，剩下的 9位在 I/O CLOCK的以后 9個下降邊時(shí)被移出。 程序中改變單片機(jī)引腳輸出波形的頻率，就可以調(diào)整控制蜂鳴器音調(diào)，產(chǎn)生各種不同音色、音調(diào)的聲音。一般的，發(fā) 紅光的 LED每段流成都理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 過的 5mA 的平均電流，就可以有較滿意的亮度， 7mA 電流會更亮些。所謂動態(tài)顯示就是所需顯示的字段斷續(xù)通以電流，因而其發(fā)光也是不連續(xù)的。用于靜態(tài)顯示時(shí)， CPU 把數(shù)據(jù)寫到借口驅(qū)動電路后， CPU 不需要再干預(yù)，顯示器便會持續(xù)顯示，因此，接口驅(qū)動電路應(yīng)該有鎖存數(shù)據(jù)的功能。不過值得注意的是 CPU響應(yīng)串行中斷后，不會自動清除 TI，需要用 “CLR TI”指令清除 TI，以便輸出新的串行數(shù)據(jù)。 2）可移植性：由于 C51基于 C語言的模式，可移植性比匯編好。 圖 52 主程序流程圖 開始 初始化 催化元件序列 A/D 轉(zhuǎn)換允許標(biāo)志置位 調(diào)用 A/D 轉(zhuǎn)換子程序 是否需要復(fù)位 是否需要報(bào)警 復(fù)位標(biāo)志位置位 復(fù)位操作 清除報(bào)警標(biāo)志 清除報(bào)警 報(bào)警標(biāo)志置位 發(fā)聲報(bào)警 LED顯示 成都理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 主程序模塊完成系統(tǒng)初始化，查詢各種狀態(tài)標(biāo)志，并判斷各個狀態(tài)位標(biāo)志，進(jìn)行相應(yīng)的控制操作等功能。至此，模擬1 位數(shù)據(jù)輸入輸出便宣告完成。 //全局變量 存儲 AD轉(zhuǎn)換后的值 uint ad。0x80)。 } _CS=1。 if (D_OUT) ah|=0x01。 CLOCK=0。 3）為了完成整體的系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，把系統(tǒng)分為瓦斯?jié)舛葌鞲衅?、運(yùn)算放大電路、 A/D 轉(zhuǎn)換 電路、 LED 顯示器和報(bào)警裝置六個部分，完成了六個部分的硬件電路設(shè)計(jì)及信號傳輸?shù)钠ヅ?。在此，向高老師致以最真誠的謝意和最崇高的敬意！ 同時(shí)還要感謝教育和指導(dǎo)過我的所有老師，你們給予我的不僅僅是知識，還有你們對知識孜孜不倦的追求精神和對生活的積極向上態(tài)度，使我終身受益。 成都理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 致 謝 大學(xué)四年的學(xué)習(xí)生涯就要結(jié)束了，在這的四年的時(shí)間里， 我得到了許多老師、同學(xué)、朋友的熱情幫助，在此表示衷心的感謝。ad|=(uint)al。i++) //取 D7D0 { D_OUT=1。i2。 } for (i=0。 port=4。 通過 A/D TLC1549 讀取數(shù)據(jù) 單片機(jī)通過 TLC1549 A/D轉(zhuǎn)換器對信號進(jìn)行采集，是軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)中最核心的部分。 對于不帶 SPI 串行總線接口的 AT89C51 單片機(jī)來說，可以使用軟件來模擬SPI的操作，包括串行時(shí)鐘、數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)輸出。 初始化 信號采集 信號處理 顯示與 報(bào)警 讀取 AD 數(shù)據(jù) 模擬 SPI接口 蜂鳴器報(bào)警 LED顯示 成都理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 針對本系統(tǒng)設(shè)計(jì)而言，由于軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能比較簡單，用 C51 語言來寫并不會比匯編語言多占用很多的資源，而使用 C51 來編寫程序會比匯編方便快捷很多，所以選擇 C51來實(shí)現(xiàn)軟件功能。信號處理部分是主要完成的功能，完成判斷瓦斯?jié)舛仁欠癯^閾值。 串行數(shù)據(jù)輸出過程如下： 在發(fā)送中斷標(biāo)志 TI為 0（即無效）情況下，執(zhí)行寫串行數(shù)據(jù)輸出緩沖器 SBUF指令（如 MOVE SBUF， A）即可將 SBUF寄存器中內(nèi)容由低位到高位依次輸出到 RXD 引腳，同 時(shí) TXD 引腳輸出移位脈沖，使外接的串行輸入并行輸出芯片逐一接收來自 RXD引腳上的串行數(shù)據(jù)。雖然在同一時(shí)刻只有一個顯示器通電，但是由于人眼的視覺暫留現(xiàn)象和發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，因此在人們看來認(rèn)為每個顯示器都在穩(wěn)定的顯示。小尺寸的 LED顯示器每段只有一個發(fā)光二極管，其正向壓降為 ，一般不大于 2V。共陰極 LED 顯示器的發(fā)光二極管的陰極連接在一起，通常此公共陰極接地，當(dāng)某個發(fā)光二極管的陽極為高電平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮相應(yīng)的段被顯示。 蜂鳴器電路 蜂鳴器發(fā)聲原理是電流通過電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場來驅(qū)動振動膜發(fā)聲的，因此需要一定的電流才能驅(qū)動它，單片機(jī) IO 引腳輸出的電流較小，單片機(jī)輸出的 TTL電平基本上驅(qū)動不了蜂鳴器，因此需要增加一個電流放大的電路。由于可能破壞輸出數(shù)據(jù)，所以在接近轉(zhuǎn)換完成時(shí)要小心防止 CS 被拉至低電平。串行接口然后把 I/O CLOCK 序列提供給 I/O CLOCK 并從 DATA OUT 接收前次轉(zhuǎn)換結(jié)果。 1． TLC1549A芯片介紹 TLC1549A/D 轉(zhuǎn)換器是美國德州儀器公司生產(chǎn)的 10 位模數(shù)轉(zhuǎn)換器。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 1 0 J u n 2 0 09 S he e t o f F i l e : C : \ D o c u m e n t s a n d S e t t i n gs \ s w b b \桌面 \電路圖 3 .D D BD r a w n B y:E A / V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 10 / T1P 11 / T2P 123P 134P 145P 156P 167P 178P 0039P 0138P 0237P 0336P 0435P 0534P 0633P 0732P 2021P 2122P 2223P 2324P 2425P 2526P 2627P 2728P S E N29A L E / P30T X D11R X D10U38 0C 5 1X11 1. 0 59 M H zC12 7pC22 7pR1S1S W P B+1 00 uV C C 圖 46 復(fù)位電路 P3 口： P3 口管腳是 8 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個TTL門電流。 由于將多功能 8 位 CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中， ATMEL的 AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。 運(yùn)算放大電路 MQ5傳感器的輸出電流是 ，而 A/D TLC1549的輸入電流峰值為20mA。 MQ5 工作原理 圖 42 MQ5 應(yīng)用電路原理圖 設(shè)計(jì)中 MQ5的接線如圖 42所示，在實(shí)際的測量中，可以按照其電路來計(jì)算相應(yīng)的校正數(shù)值，其中 Ro 表示的是測量氣體在腔體內(nèi)的等效電阻， RL 是外成都理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 接負(fù)載電阻，用來調(diào)整輸出的模擬量電壓范圍，具體 數(shù)值應(yīng)根據(jù) A/D 轉(zhuǎn)換器的輸入范圍來確定，在 TLC1549的輸入范圍是 0～ 5V，這樣 RL可調(diào)整至該范圍，保證測量的量程足夠用。 A/D 轉(zhuǎn)換器的選擇 A/D轉(zhuǎn)換電路采用 Texas儀器公司的 TLC1549A/D轉(zhuǎn)換器。它和 LED 顯示器的配合使用，可以有效地提醒工作人員身邊工作環(huán)境的變化，幫助工作人員提高警惕。3% ? 響應(yīng)時(shí)間：小于 30秒 ? 溫度：－ 40℃ ～＋ 80℃ 成都理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 ? 濕度：＜ 95%RH ? 報(bào)警 濃度：瓦斯 ～ % 本設(shè)計(jì)由于用于礦井巷道的氣體檢測，根據(jù)以上各種不同類型瓦斯傳感器的比較，氣體傳感器采用的是 MQ5，它適用于工業(yè)上對瓦斯，天然氣，煤氣的監(jiān)測裝置。 聲速差式 在溫度為 220℃ 、氣壓為 101325Pa 條件下，聲波在瓦斯中的傳播速度為432m/s，而在清潔空氣中為 332m/s。其優(yōu)點(diǎn)是熱導(dǎo)元件和儀器設(shè)計(jì)制作比較簡單，成本低、量程大，可連續(xù)檢測，有利于實(shí)現(xiàn)自動遙測，被測氣體不發(fā)生物理化學(xué)變化， 讀數(shù)穩(wěn)定，元件壽命長。利用單片機(jī)的算術(shù)邏輯處理能力和用軟件取代過去電子線路的硬件功能，而軟件的靈活性又使得儀器可用各種算法和處理方法進(jìn)行信息的采集、處理、存儲和報(bào)警，不再需要專用的電子線路，從而使儀器的控制結(jié)構(gòu)得以很大的簡 化。但在整個測量范圍內(nèi)儀表提供被 測量信息的可靠程度并不相同，一般在儀表的上、下限值附近的測量誤差較大，故不宜在該區(qū)使用。它用精密度的數(shù)值和觀測時(shí)間長短一起來表示。 。 評價(jià)測量儀器品質(zhì)的指標(biāo)是多方面的。 成都理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 第 2 章 基本理論 對于瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測儀 來說，信號處理和響應(yīng)部分已經(jīng)有了較為合理、成熟的設(shè)計(jì)，因此設(shè)計(jì)的核心在于根據(jù)需要確定儀器所需要達(dá)到的性能指標(biāo)，并根據(jù)性能指標(biāo)來選擇可以達(dá)到精度要求并且具有一定性價(jià)比的瓦斯?jié)舛葌鞲衅鳌? 國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 煤礦生產(chǎn)中瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測系統(tǒng) 是目前為止實(shí)際工作中最重要和最有效的自動化手段，已經(jīng)裝備監(jiān)控系統(tǒng)的煤礦的瓦斯事故發(fā)生率大為下降，實(shí)踐證明，瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測系統(tǒng)對保障煤礦安全生產(chǎn)，提高煤礦生產(chǎn)率，提高煤礦自動化程度以及促進(jìn)煤礦管理現(xiàn)代化水平，都有著舉足輕重的作用。而且操作簡單，維修量小，體積小。隨著礦井開采深度的增大，機(jī)械化和綜合機(jī)械采煤的普遍推廣和儀表工業(yè)及電子技術(shù)的發(fā)展，瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測儀也得到了不斷的發(fā)展。瓦斯?jié)舛葯z測儀器就是用來監(jiān)視礦井瓦斯?jié)舛葎討B(tài)變化的有效工具。成都理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） I 基于 AT89C51 的瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測儀設(shè)計(jì) 作者：孫滔 專業(yè)班級：電子信息科學(xué)與技術(shù) 2020050202 指導(dǎo)老師：高嵩 摘 要 對煤礦巷道瓦斯?jié)舛鹊膶?shí)時(shí)監(jiān)測是確保煤礦巷道安全生產(chǎn)的要素之一。因此 ,選擇瓦斯?jié)舛葯z測儀器作為畢業(yè)設(shè)計(jì)課題。 1927年日本制造成光干涉原理瓦斯監(jiān)測儀，以后又陸續(xù)出現(xiàn)熱導(dǎo)、熱催化原理、氣敏半導(dǎo)體等各種不同原理的瓦斯監(jiān)測儀，其測量精度不斷提高，檢測方式從 “間斷 ”、 “就地 ”檢測發(fā)展到 “連續(xù) ”、 “集中自動 ”遙測。 解放前我國煤炭工業(yè)技術(shù)十分落后，瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測儀更是屬于空白。 成都理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測系統(tǒng)雖在國內(nèi)已有生產(chǎn)和應(yīng)用，但還沒有一種真正適合于中小型煤礦使用的產(chǎn)品，我國從八十年代初期開始引進(jìn)煤礦生產(chǎn)安全監(jiān)測系統(tǒng)，歷經(jīng)了直接引進(jìn)、消化吸收、仿制配套、自主開發(fā)的過程，但迄今為止的產(chǎn)品大多都是面對大型礦井設(shè)計(jì)的，而且自身尚有一些有待解決的問題，如： ? 造價(jià)高，系統(tǒng)最基本 的配置過于龐大，運(yùn)行費(fèi)用大 ? 傳感器測量穩(wěn)定性差，調(diào)校頻繁，壽命短 ? 系統(tǒng)安裝、維護(hù)復(fù)雜，操作不便，人機(jī)界面較差 ? 系統(tǒng)設(shè)備可靠性差 ? 必須依賴專業(yè)的維護(hù)隊(duì)伍，對人員技術(shù)、素質(zhì)有較高的要求 國外的瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測技術(shù)理論上講高于國內(nèi)發(fā)展水平，但應(yīng)用于國內(nèi)煤礦尚有一定的局限性，如煤礦管理模式生產(chǎn)方式的不同，價(jià)格過高不適于國內(nèi)煤礦現(xiàn)有條件，除在傳感器技術(shù)方面可供借鑒外，其它僅具一定的參考價(jià)值。顯然，對于瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測儀器的工作環(huán)境的定位和瓦斯傳感器的選擇變得尤為重要。儀器的基本性能，主要是衡量儀器測量能力的一些指標(biāo)，如精確度、穩(wěn)定性、測量范圍、動態(tài)范圍等。 （簡稱精度）是測量的精密與準(zhǔn)確程度的綜合反映。例如，某儀表 24小時(shí)內(nèi)示值變化幅度達(dá) 1. 3mV，則該儀表的穩(wěn)定度為 。這樣，更確切的量程概念應(yīng)定為 :在工作量程內(nèi)的相對誤差應(yīng)該不超過某個設(shè)定值。 瓦斯傳感器原理及器件 瓦斯?jié)舛葯z測儀器按其工作原理不同，有下列幾種： 光干涉式 光干涉式是利用光波對空氣和瓦斯折射率不同所產(chǎn)生的光程差，引起干涉條紋移動來實(shí)現(xiàn)對不同瓦斯?jié)舛鹊臏y定。其缺點(diǎn)是測量低成都理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 濃度瓦斯時(shí)輸出信號小，受氣及背景氣體的影響較大。比較這兩種速度就可測定高濃度瓦斯。它具有優(yōu)良的抗乙醇，煙霧干擾能力，具有較好的靈敏度；對乙醇，煙霧幾乎不響應(yīng)；快速的響應(yīng)恢復(fù)特性；長期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性；簡單的測試電路等優(yōu)點(diǎn)，適合在煤礦巷道之中使用。 主要器件選擇 為了滿足安全生產(chǎn)的需要， 保證系統(tǒng)輸出的有效性， 同時(shí)還要滿足體積小、耗電少、精度高的要求，硬件電路設(shè)計(jì)中盡可能選用功耗小、性能穩(wěn)定的集成電路。該轉(zhuǎn)換器是采用CMOS工藝， 11路輸入， 8位輸出的串行 A/D轉(zhuǎn)換器。 MQ5 的基本參數(shù) ? 敏感體表面阻值（空氣中）： 40kΩ～ 400kΩ ? 測量介質(zhì)：瓦斯 ? 檢測范圍： 300～ 5000ppm ? 敏感度（空氣中阻值 /典型氣體中阻值） ≥5 ? 響應(yīng)時(shí)間 ≤10S ? 恢復(fù)時(shí)間 ≤30S ? 加熱電阻： 33Ω177。由 MQ5提供的電流變化不能被 A/D識別，需要經(jīng)過運(yùn)算放大器 OP07的放大，再傳輸至 A/D轉(zhuǎn)換器。 圖 45 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)方框圖 P2口： P2口為一個內(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 TTL門電流，當(dāng) P2 口