【導(dǎo)讀】瓦斯是煤礦生產(chǎn)中的有害氣體，它嚴(yán)重威脅著礦工的生命和國家財產(chǎn)的安全。的管理水平，本課題設(shè)計了對煤礦瓦斯監(jiān)測的系統(tǒng)。器采用了I2C總線技術(shù)，可以最大限度的利用有限管腳。濾波之后單片機驅(qū)動八位數(shù)碼管。對數(shù)據(jù)進行顯示，并通過RS-485下位機網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳至上位機。上位機程序用VB編寫，存到相應(yīng)的數(shù)據(jù)框。

　　

【正文】 取數(shù)據(jù) 地址是否相同？ 發(fā)送數(shù)據(jù) RI=0 Y Y N N 圖 47 下位機串口通信子程序流程圖 圖 46 單片機與 PC 通信的地址數(shù)據(jù)幀格式 華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 25 上位機的任務(wù)將下位機傳來的數(shù)據(jù)進行的接受和顯示， 先設(shè)有三個下位機，地址分別為01H、 02H、 03H， adr=01H，程序流程圖如下： 圖 49 上位機串口通信程序流程圖 圖 48 上位機界面圖 開始 輸入原始數(shù)據(jù) 發(fā)送原始數(shù)據(jù)中的地址 接收數(shù)據(jù)？ 顯示到文本框內(nèi) 結(jié)束 N Y 煤礦瓦斯微機監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計 26 第五章 系統(tǒng)的仿真 下位機的調(diào)試與仿真 下位機是一個單片機系統(tǒng)，為了驗證設(shè)計的正確性，應(yīng)該首先對單片機系統(tǒng)進行仿真。而仿真主要分為對軟件的測試和對硬件的仿真，其分別要涉及到 Keil 軟件和 Proteus 軟件。 仿真軟件介紹 （ 1） Keil 軟件的介紹 Keil C51 是美國 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容單片機 C 語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比， C 語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。 Keil 提供了包括 C 編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（ uVision）將這些部分組合在一起。 用 Keil 進行仿真要遵循以下幾個步驟： 1） 建立工程文件，點擊“ ProjectNew Project”菜單，出現(xiàn)對話框后輸入自己所建工程的工程名，點擊“保存”。然后選擇需要的 51 芯片即可，本系統(tǒng)選擇了 Atmel 公司的AT89S52 芯 片。 2） 建立源文件，在使用界面上點擊“ FileNew”或者點擊工具欄處的新建文件按鈕，然后點擊“保存”，彈出保存類型的對話框，本系統(tǒng)選擇 C 語言編程，因此要在文件名后加“ .c”，在工程窗口文件頁的“ Target 1”，點擊“ +”號展開，出現(xiàn)子目錄“ Source Group1”，點擊鼠標(biāo)右鍵，在下拉菜單里面選擇“ ADD file to Source Group1”，鼠標(biāo)右擊確認(rèn)。 3） 編譯工程，在頁面中完成軟件編寫后，點擊工具欄“ Target options”出現(xiàn)“ Options for Target ‘Target1’ ” ,在“ Target”選項中輸入晶振頻率，在“ Output”選項中點擊“ Create HEX File”輸出 HEX 文件，最后點擊 Build 可以進行編譯。 4） 仿真調(diào)試，點擊“ DebugStart/Stop Debug Session”進入仿真模式。 （ 2） Proteus 軟件的介紹 Proteus 軟件是英國 Labcenter electronics 公司出版的 EDA 工具軟件。它不僅具有其它EDA 工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。 其使用大致分 為三步： 1） 畫電路圖：首先先要查找你所需要的元件，將原件放置到使用的元件庫，之后利用元件連線即可。 2） 單片機代碼的拷貝：雙擊單片機，會出現(xiàn)“ Edit Component”對話框，在“ Program file”選項中選擇 HEX 文件的路徑，然后在“ Clock frequency”輸入欄中輸入你所需要的晶振的頻率。 3） 仿真電路：點擊“ Run the simulation”即可進行仿真。 程序的調(diào)試 按照 Keil 軟件的運用步驟，首先建立工程文件，再建立一個新的 C 語言文件，將代碼輸入后編譯工程文件，最后進行調(diào)試。 下面對主程序、 LED 顯示瓦斯?jié)舛鹊淖映绦蛞约癆/D 轉(zhuǎn)換子程序進行調(diào)試，調(diào)試結(jié)果分別為圖 5圖 5圖 53 所示。 華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 27 圖 51 主程序調(diào)試窗口 圖 52 A/D 轉(zhuǎn)換子程序調(diào)試窗口 煤礦瓦斯微機監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計 28 通過 Proteus 軟件來模擬單片機監(jiān)測濃度的過程，由于 Proteus 上并沒有相應(yīng)的傳感器元件，因而只能從 A/D 轉(zhuǎn)換器開始模擬，通過硬件設(shè)計我們知道，當(dāng)瓦斯?jié)舛葹?2%的時候， PCF8591輸入端電壓為 ，因此我們在 PCF8591處輸入 直流電壓時，顯示器應(yīng)該顯示 200（單位為 100ppm）。仿真效果如圖 54。 圖 53 LED 顯示子程序調(diào)試窗口 圖 54 單片機下位機系統(tǒng)仿真圖 華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 29 上位機為一臺操作系統(tǒng)為 Windows 的 PC 機，主要用于監(jiān)控各處下位機所測的濃度值。而 Windows 軟件的編寫采用了 Visual Basic 。 Visual Basic 是一種由微軟公司開發(fā)的包含協(xié)助開發(fā)環(huán)境的事件驅(qū)動編程語言。從任何標(biāo)準(zhǔn)來說， VB 都是世界上使用人數(shù)最多的語言 —— 不僅是盛贊 VB 的開發(fā)者還是抱怨 VB的開發(fā)者的數(shù)量。它源自于 BASIC 編程語言。 VB 擁有圖形用戶界面（ GUI）和快速應(yīng)用程序開發(fā)（ RAD）系統(tǒng)，可以輕易的使用 DAO、 RDO、 ADO 連接數(shù)據(jù)庫，或者輕松的創(chuàng)建 ActiveX 控件。程序員可以輕松的使用 VB 提供的組件快速建立一個應(yīng)用程序。 該操作主要是驗證上位機程序是否含有語法錯誤，其調(diào)試界面如圖 55。 由于下位機并沒有作出實物，因此上位機的仿真需要先作一個模擬下位機發(fā)送數(shù)據(jù)的單片機程序，該下位機程序在上位機發(fā)送地址幀后，接收此地址幀，并將地址幀地址與自己的地址進行對比，如果地址吻合，則發(fā)送一條數(shù)據(jù)幀，若不吻合則繼續(xù)等待。這里用 COM3進行仿真，仿真結(jié)果如圖 56。 圖 55 上位機調(diào)試界面 煤礦瓦斯微機監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計 30 數(shù)據(jù)采集如圖 57。 圖 56 上位機程序的仿真 圖 57 上位機數(shù)據(jù)采集 華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 31 第六章 總結(jié)與展望 本設(shè)計采用了 MJC4/ 作為瓦斯傳感器監(jiān)測瓦斯?jié)舛龋⑼咚節(jié)舛刃盘栟D(zhuǎn)化為電壓信號，然后通過放大器 INA 放大器將電壓信號放大輸 出到 A/D 轉(zhuǎn)化器， A/D 轉(zhuǎn)化器將收集到的數(shù)字信號交給 AT89S52 進行處理，通過八段位數(shù)碼管顯示出來，同時可上傳數(shù)據(jù)到上位機進行監(jiān)測。本設(shè)計仿真采用了 Proteus 軟件，對下位機系統(tǒng)進行了仿真，可以達到預(yù)期的目的。 煤礦瓦斯微機監(jiān)測系統(tǒng)可以實現(xiàn)對瓦斯?jié)舛冗M行精度為 %的監(jiān)控，從而達到煤礦工業(yè)的安全生產(chǎn)。但是本課題設(shè)計的系統(tǒng)也存在的一些不足之處，今后準(zhǔn)備從以下幾步進一步探討： 1） 增強上位機和下位機的交互功能，本設(shè)計上位機只能接受下位機的數(shù)據(jù)，而不能對下位機發(fā)送命令，因此本設(shè)計可以增強協(xié)議功能，達到上位機對 下位機的控制。 2） 增強監(jiān)測范圍，本設(shè)計的監(jiān)測范圍是 0 到 %，這是由于一次數(shù)據(jù)幀數(shù)據(jù)長度為八位，因此本設(shè)計可以拆分?jǐn)?shù)據(jù)進行發(fā)送，從而達到更廣闊的監(jiān)測范圍。 煤礦瓦斯微機監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計 32 參考文獻 [1] 趙建領(lǐng)，薛園園 .51 單片機開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)詳解 [M].北京：電子工業(yè)出版社， 2020 [2] 毅張坤，陳善久，裘雪紅．單片微型計算機原理及應(yīng)用 [M]．西安：西安電子科技大學(xué)出版社， 1998 [3] 洪永強，王一菊，顏黃蘋．微機原理與接口技術(shù) [M]．北京：科學(xué)出版社， 2020 [4] 熊詩波，黃長藝 ．機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ) [M].北京：機械工業(yè)出版社， 2020 [5] 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其是強烈感謝我的論文指導(dǎo)老師陳慧老師，陳老師是一位特別嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦蠋?，每一次指?dǎo)她對我的要求都非常的嚴(yán)格，她給了我很多的資料，但是要求我自己思考，于是才可能有了我獨立完成的畢業(yè)設(shè)計，在這里要向她誠摯地感謝。感謝這篇畢業(yè)設(shè)計論文所涉及到得各位學(xué)者，如果沒有各位學(xué)者的研究成果，這篇畢業(yè)設(shè)計論文也是無法完成的。感謝學(xué)校給我們畢業(yè)設(shè)計提供了固定的場所，可以讓我們安心的作畢業(yè)設(shè)計。最后感謝自己的同學(xué)，在我遇到困難的時候及時幫助我。 煤礦瓦斯微機監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計 34 附錄 A 外文翻譯 — 英文原文 部分 PCF8591 1 FEATURES ? Single power supply ? Operating supply voltage to 6V ? Low standby current ? Serial input/output via I2Cbus ? Address by 3 hardware address pins ? Sampling rate given by I2Cbus speed ? 4 analog inputs programmable as singleended or differential inputs ? Autoincremented channel selection ? Analog voltage range from VSS to VDD ? Onchip track and hold circuit ? 8bit successive approximation A/D conversion ? Multiplying DAC with one analog output 2 APPLICATIONS ? Closed loop control systems ? Low power converter for remote data acquisition ? Battery operated equipment ? Acquisition of analog values in automotive,audio and TV applications. 3GENERAL DESCRIPTION The PCF8591 is a singlechip,singlesupply low power 8bit CMOS data acquisition device with four analog inputs,one analog output and a serial I2Cbus address pins A0,A1 and A2 are used for programming the hardware address,allowing the use of up to eight devices connected to the I2Cbus without additional ,control and data to and from the device are transferred seria