【正文】 0 7805組成的 5V電路圖 25 5 礦內(nèi)空氣傳感器的軟件設(shè)計 總體設(shè)計思想 總體思路是首先定義相關(guān)的硬件接口，然后進(jìn)行初始化，包括 AD 控制端和定時器的初始化。初始化后開始無限無限循環(huán)，以保證 24 小時全天候的檢測甲烷的濃度，及時發(fā)現(xiàn)險情并報警。無限循環(huán)中將依次調(diào)用 AD 轉(zhuǎn)換 函數(shù)、比較判斷函數(shù)、聲音報警函數(shù)和顯示報警函數(shù)。 開始AD 控制端初始化定時器初始化無限循環(huán)調(diào)用 AD 轉(zhuǎn)換函數(shù)調(diào)用比較判斷函數(shù)循環(huán)結(jié)束調(diào)用聲音報警函數(shù)調(diào)用顯示報警函數(shù)圖 51 主函數(shù)流程圖 26 根據(jù)軟件設(shè)計的基本要求 ,采取了如下的措施 : 。軟件設(shè)計中包含有：主程序模塊、顯示模塊、 A/D 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換子模塊、聲光報警模塊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊、中斷處理模塊等。 C51匯編語言，可以保證數(shù)據(jù)計算的精度。 ，提高了系統(tǒng)的實時處理事件能力。 、硬件抗干擾。軟件抗干擾措施提高了系統(tǒng)的可靠性。 以下就對一些主要模塊進(jìn)行詳細(xì)的闡述。 編程語言的 選擇 在系統(tǒng)硬件電路確定以后，其主要功能的實現(xiàn)將依賴于軟件來實現(xiàn)。對同一硬件電路，配以不同的軟件，它所實現(xiàn)的功能也就不同，其設(shè)計軟件基本要求 : 。可靠性是軟件設(shè)計的重要指標(biāo)，具有較強(qiáng)的抗干擾能力。 、易維護(hù)性。編制的軟件要求易閱讀，容易發(fā)現(xiàn)和糾正錯誤，容易修改和補(bǔ)充。 。系統(tǒng)能夠及時響應(yīng)外部事件的發(fā)生并能及時做出處理結(jié)果。 。保證系統(tǒng)進(jìn)行計算數(shù)據(jù)的精度。 目前存在有 4 種編程語言支持單片機(jī)，即匯編語言、 PL/M51 語言、 C 語言和 BASI語言。其中匯編語言和 C語言應(yīng)用的 較多， 匯編語言的機(jī)器代碼生成效率高，控制性好，但就是移植性不高。 結(jié)合本系統(tǒng)的特點(diǎn)，這里選用了功能強(qiáng)、效率高的 C 語言。 C 語言主要有以下特點(diǎn)：用 C語言編制的程序效率高，占用存儲空間小，運(yùn)行速度快。 C 語言能寫出最優(yōu)化程序，且能反映出計算機(jī)的實際運(yùn)行情況。 C 語言能直接與存儲器、接口電路打交道，也能申請中斷。 具有良好的模塊化、容易閱讀、維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，且編寫的模塊程序易于移植。基于 C語言和匯編語言的優(yōu)缺點(diǎn)，本系統(tǒng)采用 C語言編寫方法。 主程序模塊 主程序運(yùn)行流程圖如圖 52 所示。由主程序流程圖 可以看出，軟件要實現(xiàn)的主要功 27 能是實現(xiàn)對傳感器信號的數(shù)據(jù)采集，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)的計算、分析、送數(shù)碼管進(jìn)行顯示。程序開始時，先關(guān)閉中斷，對系統(tǒng)進(jìn)行初始化，包括單片機(jī)的各寄存器、 RAM、定時器裝載初值、中斷設(shè)置及各模塊初始化等。完成初始化后，數(shù)碼管顯示參數(shù)為零， 單片機(jī)等待傳感器傳入信號及 AD 轉(zhuǎn)換結(jié)束，從而完成當(dāng)前監(jiān)測參數(shù)的正確顯示 。 AD 轉(zhuǎn)換模塊 由于定電位電解式氣體傳感器工作響應(yīng)時間為 1020秒左右，故進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換前設(shè)置 AD等待 25 秒，以保證 傳感器響應(yīng)完成并使所測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。 AD 完成轉(zhuǎn)換需要一定的時間， AD 應(yīng)用中我們可以有兩種方法來： ， AD 完成模數(shù)轉(zhuǎn)換后會向中斷輸出端輸出一個中斷請求信號，告訴 單片機(jī) 轉(zhuǎn)換已經(jīng)完成， 單片機(jī) 可以讀取數(shù)據(jù)。 ，設(shè)定一定的時間讓 單片機(jī) 處于等待狀態(tài)，此時間足夠 AD完成轉(zhuǎn)換，過了等待時間 單片機(jī) 再去讀取數(shù)據(jù)。 綜合考慮各方面的因素，本研究采用第一種方法：中斷查詢法。所用的芯片為AD0809，根據(jù)所需的要求， AD的工作流程如圖 53 所示，首先 AD 先等待 25秒以使得傳感器完全響應(yīng)完畢，然后 AD 開始工作 ，當(dāng)轉(zhuǎn)換完成后向 單片機(jī) 發(fā)出一個中斷信號告訴單片機(jī) 可以讀取數(shù)據(jù)， 單片機(jī) 響應(yīng)中斷，從 PB 口讀取轉(zhuǎn)換完畢后的 8 位二進(jìn)制數(shù)據(jù)，上電復(fù)位 系統(tǒng)初始化 執(zhí)行主程序 數(shù)碼管顯示參數(shù) 參數(shù)超標(biāo) 聲光報警 結(jié)束 圖 52 主程序流程圖 28 再進(jìn)一步進(jìn)行處理。 對氣體傳感器分段選擇多個測試點(diǎn)盡享精確測試，并根據(jù)測試數(shù)據(jù)繪制出傳感器的隔斷擬合曲線，為了提高數(shù)據(jù)精度，采用線性插值法。 系統(tǒng)上電后，對單片機(jī)、 ADC0809 進(jìn)行初始化，開單片機(jī)總中斷，外部中斷 0， AD轉(zhuǎn)換結(jié)束后，進(jìn)入中斷子程序讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果存放在全局變量中，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、計算與處理，以便以后單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù) LCD 的顯示處理。 比較判斷函數(shù) 比較判斷函數(shù)是將 AD 轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù) 與門限值比較，根據(jù)比較結(jié)果設(shè)置報 警數(shù)組的對應(yīng)位。 開始循環(huán)四次寫地址地址鎖存并清零 ADC 0809等待一段時間開始轉(zhuǎn)換等待轉(zhuǎn)換完成循環(huán)結(jié)束輸出數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)處理 圖 53 AD流程圖 開始是否超限對應(yīng)位置零 對應(yīng)位置一結(jié)束是 否圖 54 時鐘程序流程圖 29 顯示報警函數(shù) 顯示報警函數(shù)根據(jù)報警數(shù)組控制相應(yīng)數(shù)碼管顯示報警傳感器號碼。 液晶顯示模塊 本設(shè)計所用的顯示器件為四位數(shù)碼管，滿足顯示要求。數(shù)碼管與 單片機(jī) 是并口通信，由單片機(jī)的 、 、 引腳來控制數(shù)據(jù)命令功能，單片機(jī) P2 口傳輸數(shù)據(jù)到數(shù)碼管進(jìn)行顯示。 開始將報警數(shù)組對應(yīng)位賦予對應(yīng)的數(shù)碼管結(jié)束圖 55 顯示報警函數(shù)流程圖 圖 56工作流程圖 圖 57聲光報警流程圖 30 聲光報警模塊 聲音報警采用的 是蜂鳴器，光報警是通過 6 個發(fā)光二極管來顯示， 3 個綠色和三個紅色的，當(dāng)毒氣含量沒超標(biāo)時顯示綠色，超標(biāo)時顯示紅色并啟動蜂鳴器，報警子程序執(zhí)行之前，設(shè)定的報警閾值存放在兩個變量中，傳感器輸入 AD 轉(zhuǎn)換值后，調(diào)用比較程序，小于閾值則執(zhí)行顯示程序，若大于閾值進(jìn)行聲光報警。圖 57是聲光報警流程圖。 在這一章里對礦內(nèi)空氣傳感器的軟件設(shè)計進(jìn)行了較詳細(xì)的介紹。軟件采用了模塊化設(shè)計的思路，以單片機(jī)高級語言 C51 編程。在本章開始給出了主程序結(jié)構(gòu)流程圖，然后分別對各個子模塊的軟件流程進(jìn)行介紹。 結(jié) 論 1．本系統(tǒng)綜合利用傳感器技術(shù)，自動監(jiān)測技術(shù)，和微控制器技術(shù)，開發(fā)了一套對礦內(nèi)的瓦斯品質(zhì)進(jìn)行監(jiān)控的操作方便，潔實用的自動監(jiān)測系統(tǒng)。 2．系統(tǒng)軟硬件設(shè)計合理，其中單片機(jī)軟件采用模塊化的程序設(shè)計方法，各模塊相互獨(dú)立，提高了系統(tǒng)的可靠性和可擴(kuò)展性，整個系統(tǒng)具有較高的性能價格比。 3．系統(tǒng) C51 語言編程，程序結(jié)構(gòu)清晰，顯示板界面非常友好，使得操作者在使用該系統(tǒng)時就像是在操作一臺實際的控制儀器一樣。 4．系統(tǒng)功能獨(dú)立，配置合理。其中單片機(jī)部分既可獨(dú)立運(yùn)行，也可以通過 PC 機(jī)進(jìn)行測試，這為不同的用戶提供了一定的選擇空間。 5 ．經(jīng)運(yùn)行驗證，系統(tǒng)具有響應(yīng)速度快，操作簡便，工作可靠等特點(diǎn)。 致 謝 在?？茖W(xué)習(xí)生活即將結(jié)束之際，對三年來曾關(guān)心、指導(dǎo)、幫助和鼓勵過我的老師、同學(xué)們表示衷心的感謝。讓我們共同分享完成論文的喜悅。 感謝我的家人在我三年?？频膶W(xué)習(xí)、工作和生活中對我一貫的支持、理解與鼓勵。 31 感謝王艷導(dǎo)師在論文的選題、實驗設(shè)計與論文撰寫過程中，自始至終以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)作風(fēng)和崇高的責(zé)任心給予了全面的指導(dǎo)。 最后，祝愿所有的老師和同學(xué)在今后的工作、學(xué)習(xí)和生活中事事順心、心想事成。謝謝！ 參考文獻(xiàn) [1]何延山；礦井通風(fēng)與安全 [M]高等教育出版社 張興春；煤礦面臨的困境及應(yīng)對措施 [J]；煤炭經(jīng)濟(jì)研究； 1998 年 09 期 [2]孫育才；單片微型計算機(jī)及其應(yīng)用 MCS51 系列 [M]；東南大學(xué)出版； 2021 年 6 月； [3]張毅剛 .新編 .MCS51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計 [M].哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 ,~167. 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