【導(dǎo)讀】的騰升，煤炭行業(yè)的重要地位和不可替代性也日益顯現(xiàn)。安全生產(chǎn)形勢(shì)卻不容樂觀，尤其是重、特大傷亡事故也不斷發(fā)生。瓦斯爆炸又占絕大多數(shù)。這其中，固然有很多誘發(fā)因素，但各煤礦生產(chǎn)企業(yè)安全。監(jiān)測(cè)設(shè)備不完備、管理手段落后是造成事故頻發(fā)的重要原因之一。本課題以AT89C52單片機(jī)作為硬件電路核心，研制煤礦瓦斯CH4監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，開發(fā)出實(shí)現(xiàn)對(duì)CH4識(shí)別、濃度檢測(cè)、閥值報(bào)警以及實(shí)時(shí)上傳數(shù)據(jù)至地面監(jiān)控PC，通過界面顯示報(bào)警。礦電氣設(shè)備必須符合防爆要求，應(yīng)有接地、過流、漏電保護(hù)裝置。詳細(xì)論述了瓦斯氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)及實(shí)用分析。本課題采用具有較高。量的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)CH4的成分識(shí)別和濃度測(cè)量；使用按鍵面板輸入外部命令。數(shù)字信號(hào)，然后送入計(jì)算機(jī)，根據(jù)不同的需要由計(jì)算機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算和處理，得出所需的數(shù)據(jù)。與此同時(shí)，將計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，然后根據(jù)設(shè)定的瓦斯?jié)?

　　

【正文】 況下，按“開關(guān)”鍵來選擇菜單。菜單如下： （ 1） P_00 為系統(tǒng)電源電壓：當(dāng)檢測(cè)系統(tǒng)電源電壓時(shí)，通過按遙控器的“開關(guān)”鍵，儀器跳轉(zhuǎn)到“ P_00”狀態(tài)，并開始檢測(cè)系統(tǒng)電源電壓，再按一下遙控器的“轉(zhuǎn)換”鍵，儀器顯示系統(tǒng)電源電壓。檢測(cè)完成按“下”鍵返回到菜單選擇狀態(tài)；按“上”鍵退出菜單，儀器顯示濃度狀態(tài)。 （ 2） P_01 為基準(zhǔn)電壓：當(dāng)檢測(cè)基準(zhǔn)電壓時(shí)通過按遙控器的“開關(guān)”鍵，儀器切換到“ P_01”狀態(tài)，并開始檢測(cè)基準(zhǔn)電壓，再按一下遙控器的“轉(zhuǎn)換”鍵，儀器顯示基準(zhǔn)電壓。檢測(cè)完成按“下”鍵返 回到菜單選擇狀態(tài)；按“上”鍵退出菜單，儀器顯示濃度狀態(tài)。 （ 3） P_02 為傳感器的電源電壓：當(dāng)檢測(cè)傳感器的電源電壓時(shí)，通過按遙控器的“開關(guān)”鍵，儀器切換到“ P_02”狀態(tài)，并開始檢測(cè)傳感器的電源電壓，再按一下遙控器的“轉(zhuǎn)換”鍵，儀器顯示傳感器的電源電壓。檢測(cè)完成按“下”鍵返回到菜單選擇狀態(tài)；按“上”鍵退出菜單，儀器顯示濃度狀態(tài)。 （ 4） P_03 為傳感器的電壓：當(dāng)檢測(cè)傳感器的電壓時(shí)，通過按遙控器的“開關(guān)”鍵，儀器切換到“ P_03”狀態(tài)，并開始自動(dòng)檢測(cè)傳感器電壓，再按一下遙控器的“轉(zhuǎn)換”鍵，儀 器顯示傳感器的電壓。檢測(cè)完成按“下”鍵返回到菜單選擇狀態(tài)；按“上”鍵退出菜單，儀器顯示濃度狀態(tài)。 （ 5） P_04 為零位：在調(diào)零位時(shí)，通過按遙控器的“開關(guān)”鍵，儀器切換到“ P_04”狀態(tài)，再按一下遙控器的“轉(zhuǎn)換”鍵，儀器的“ P_04”狀態(tài)和傳感器電壓數(shù)值輪流顯示（時(shí)間間隔為 1 秒），并將儀器置于新鮮空氣中或?qū)x器探頭持續(xù)通入純凈的標(biāo)準(zhǔn)空氣，流量為 200ml/min，待傳感器電壓穩(wěn)定后，再按一下遙控器的“轉(zhuǎn)換”鍵，要求用戶輸入密碼“ 0XX”（密碼為 005），通過“轉(zhuǎn)換”鍵來輸入密碼，密碼輸入完成，按 “下”鍵確認(rèn)密碼，若密碼正確則零位設(shè)定成功，否則，零位設(shè)定未成功，同時(shí)返回到菜單選擇狀態(tài)。 （ 6） P_05 為滿度：在調(diào)滿度時(shí)，通過按遙控器的“開關(guān)”鍵，儀器切換到“ P_05”狀態(tài)，再按一下遙控器的“轉(zhuǎn)換”鍵，儀器的“ P_05”狀態(tài)和傳感器電壓數(shù)值輪流顯示（時(shí)間間隔為 1 秒），同時(shí)，對(duì)儀器探頭持續(xù)通入 %的甲烷標(biāo)準(zhǔn)氣，流量為 200ml/min，待傳感器電壓穩(wěn)定后，再按一下遙控器的“轉(zhuǎn)換”鍵，要求用戶輸入密碼“ FXX”（密碼為 F05），通過“轉(zhuǎn)換”鍵來輸入密碼，密碼輸入完成，按“下”鍵確認(rèn)密碼，若密碼正確 則滿度設(shè)定成功，否則，滿度設(shè)定未成功，同時(shí)返回到菜單選擇狀態(tài)。 （ 7） P_06 為報(bào)警值：在設(shè)定報(bào)警點(diǎn)時(shí)，通過按遙控器的“開關(guān)”鍵，儀器切換到“ P_06”狀態(tài)，再按一下遙控器的“轉(zhuǎn)換”鍵，儀器顯示“ ”，通過“轉(zhuǎn)換”鍵來設(shè)定報(bào)警點(diǎn)數(shù)值，數(shù)值設(shè)定后按“下”鍵保存設(shè)定值并返回到菜單選擇狀態(tài)；按“上”鍵不保存設(shè)定值并退出菜單，儀器顯示濃度狀態(tài)。 （ 8） P_07 為復(fù)電值：在設(shè)定復(fù)電點(diǎn)時(shí)，通過按遙控器的“開關(guān)”鍵，儀器切換到“ P_07”狀態(tài)，再按一下遙控器的“轉(zhuǎn)換”鍵，儀器顯示“ ”，通過“轉(zhuǎn)換”鍵來設(shè) 定復(fù)電點(diǎn)數(shù)值，數(shù)值設(shè)定后按“下”鍵保存設(shè)定值并返回到菜單選擇狀態(tài)；按“上”鍵不保存設(shè)定值并退出菜單，儀器顯示濃度狀態(tài)。 （ 9） P_08 為斷電值：在設(shè)定斷電點(diǎn)時(shí)，通過按遙控器的“開關(guān)”鍵，儀器切換到“ P_08”狀態(tài)，再按一下遙控器的“轉(zhuǎn)換”鍵，儀器顯示“ ”，通過“轉(zhuǎn)換”鍵來設(shè)定斷電點(diǎn)數(shù)值，數(shù)值設(shè)定后按“下”鍵保存設(shè)定值并返回到菜單選擇狀態(tài)；按“上”鍵不保存設(shè)定值并退出菜單，儀器顯示濃度狀態(tài)。 （ 10） P_09 為設(shè)定值：在標(biāo)準(zhǔn)甲烷濃度值設(shè)定時(shí)，通過按遙控器的“開關(guān)”鍵，儀器切換到“ P_09”狀態(tài)，再按 一下遙控器的“轉(zhuǎn)換”鍵，儀器顯示“ ”，通過“轉(zhuǎn)換”鍵來設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)甲烷濃度值，設(shè)定值設(shè)定后按“下”鍵保存設(shè)定值并返回到菜單選擇狀態(tài)；按“上”鍵不保存設(shè)定值并退出菜單，儀器顯示濃度狀態(tài)。 看門狗 X25045 看門狗 X25045 的介紹 看門狗電路一般有軟件看門狗和硬件看門狗兩種。軟件看門狗不需外接硬件電路，但系統(tǒng)需要出讓一個(gè)定時(shí)器資源。硬件看門狗是真正意義上的“程序運(yùn)行監(jiān)視器”，如計(jì)數(shù)型的看門狗電路通常由 555 多諧振蕩器、計(jì)數(shù)器以及一些電阻、電容等組成，分立元件組成的系統(tǒng)電路較為復(fù)雜 ，運(yùn)行不夠可靠是美國 Xicor公司的生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化 8 腳集成電路，它將、看門狗定時(shí)器、電壓監(jiān)控三種功能組合在單個(gè)芯片之內(nèi)，大大簡化了硬件設(shè)計(jì)，提高了系統(tǒng)的可靠性，減少了對(duì)印制電路板的空間要求，降低了成本和系統(tǒng)功耗，是一種理想的單片機(jī)外圍芯片 圖 X25045 的引腳圖 其引腳功能如下 CS：片選擇輸入； SO：串行輸出，數(shù)據(jù)由此引腳逐位輸出； SI：串行輸入，數(shù)據(jù)或命令由此引腳逐位寫入； SCK：串行時(shí)鐘輸入，其上升沿將數(shù)據(jù)或命令寫入，下降 沿將數(shù)據(jù)輸出； WP：寫保護(hù)輸入。當(dāng)它低電平時(shí)，寫操作被禁止； Vss：地； Vcc：電源電壓； RESET：復(fù)位輸出。工作原理上電復(fù)位向 X5045 加電時(shí)會(huì)激活其內(nèi)部的上電復(fù)位電路，從而使 RESET 引腳有效。該信號(hào)可避免系統(tǒng)微處理器在電壓不足或振蕩器未穩(wěn)定的情況下工作當(dāng) VCC 超過器件的 Vtrip 門限值時(shí)，電路將在 200ms（典型）延時(shí)后釋放 RESET 以允許系統(tǒng)開始工作低電壓監(jiān)視 工作時(shí)， X5045 對(duì) VCC 電平進(jìn)行監(jiān)測(cè)，若電源電壓跌落至預(yù)置的最小 Vtrip以下時(shí)，系統(tǒng)即確認(rèn) RESET，從而避免微處理器 在電源失效或斷開的情況下工作。當(dāng) RESET 被確認(rèn)后，該 RESET 信號(hào)將一直保持有效，直到電壓跌到低于 1V 。而當(dāng) VCC 返回并超過 Vtrip 達(dá) 200ms 時(shí)，系統(tǒng)重新開始工作看門狗定時(shí)器 看門狗定時(shí)器的作用是通過監(jiān)視 WDI 輸入來監(jiān)視微處理器是否激活。由于微處理器必須周期性的觸發(fā) CS/WDI 引腳以避免 RESET 信號(hào)激活而使電路復(fù)位，所以 CS/WDI 引腳必須在看門狗超時(shí)時(shí)間終止之前受到由高至低信號(hào)的觸發(fā)。重新設(shè)置 VCC 門限 X5045 出廠時(shí)設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn) VCC 門限電壓為 Vtrip，但在應(yīng)用時(shí)，如果標(biāo)準(zhǔn)值不恰當(dāng) ，用戶可以重新調(diào)整。 5） SPI 串行存儲(chǔ)器 器件存儲(chǔ)器部分是帶塊鎖保護(hù)的 CMOS 串行 EEPROM 陣列，陣列的內(nèi)部組織是 8 位。 X5045 可提供最少為 1000,000 次擦寫和 100 年的數(shù)據(jù)保存期，并具有串行外圍接口（ SPI）和軟件協(xié)議的特點(diǎn)，允許工作在簡單的四總線上。 X5045 主要是通過一個(gè) 8 位的指令寄存器來控制器件的工作，其指令代碼通過 SI 輸入端（ MSB 在前）寫入寄存器。所列為 X5045 的指令格式及其操作。 （ 6）時(shí)鐘和數(shù)據(jù)時(shí)序 當(dāng) CS 變低以后， SI 線上的輸入數(shù)據(jù)在 SCK 的第一個(gè)上升沿時(shí)被鎖存。而SO 線上的數(shù)據(jù)則由 SCK 的下降沿輸出。用戶可以停止時(shí)鐘，然后再啟動(dòng)它 , 以便在它停止的地方恢復(fù)操作。在整個(gè)工作期間， CS 必須為低狀態(tài)寄存器狀態(tài)寄存器包含四個(gè)非易失性狀態(tài)位和兩個(gè)易失性狀態(tài)位?？刂莆挥糜谠O(shè)置看門狗定時(shí)器的操作和存儲(chǔ)器的塊鎖保護(hù)。狀態(tài)寄存器的格式如（缺省值為 00H ： 其中： WIP WriteInProgress 位是易失性只讀位，用于指明器件是否忙于內(nèi)部非易失性寫操作。 WIP 位可用 RDSR 指令讀出。當(dāng)該位為“ 1”時(shí)，表示非易失性寫操作正在進(jìn)行；為“ 0”時(shí)，表示沒有進(jìn)行寫操作 WEL（ Write Enable Latch）位用于指出“寫使能”鎖存的狀態(tài)。 WEL 1 時(shí)，表示鎖存被設(shè)置； WEL 0 表示鎖存已復(fù)位。 WEL 位是易失性只讀位?？梢杂?WREN 指令設(shè)置 WEL 位；用 WRDI指令復(fù)位 WEL 位用 BLO， BL1（ Block Lock）位可設(shè)置塊鎖存保護(hù)的范圍。任何被塊鎖保護(hù)的存儲(chǔ)器都只能讀出不能寫入。這兩個(gè)非易失性位可用 WRSR 指令來編程，并允許用戶保護(hù) EEPROM 陣列的 1/4 、 1/全部或 0。 WD0、 WD1（ Watchdog Timer）位用于選擇看門狗的超時(shí)周期。 看門狗定時(shí)器 的預(yù)置時(shí)間是通過的狀態(tài)寄存器的相應(yīng)位來設(shè)定的。如表所示，狀態(tài)寄存器共有 6 位有含義，其中 WD WD0 和看門狗電路有關(guān)，其余位和的工作設(shè)置有關(guān)。 WD1＝ 0， WD0 0，預(yù)置時(shí)間為 。 WD1＝ 0， WD0 1，預(yù)置時(shí)間為 。 WD1＝ 1， WD0 0，預(yù)置時(shí)間為 。 WD1＝ 1， WD0 1，禁止看門狗工作。 看門狗電路的定時(shí)時(shí)間長短可由具體應(yīng)用程序的循環(huán)周期決定，通常比系統(tǒng)正常工作時(shí)最大循環(huán)周期的時(shí)間略長即可。編程時(shí)，可在軟件的合適地方加一條喂狗指令，使看門狗的定時(shí)時(shí)間永遠(yuǎn)達(dá)不到預(yù)置時(shí)間，系統(tǒng)就不 會(huì)復(fù)位而正常工作。當(dāng)系統(tǒng)跑飛，用軟件陷阱等別的方法無法捕捉回程序時(shí)，則看門狗定時(shí)時(shí)間很快增長到預(yù)置時(shí)間，迫使系統(tǒng)復(fù)位。當(dāng)用 CS 選中器件后，送 8 位 RDSR 指令，并由 CLK 信號(hào)觸發(fā)即可將狀態(tài)寄存器的內(nèi)容從 SO 線上讀出。而在寫狀態(tài)寄存器時(shí)，應(yīng)先將 CS 拉低，然后送 WREN 指令，再拉高 CS。然后再次拉低 CS，最后送入 WREN 指令及對(duì)應(yīng)于狀態(tài)寄存器內(nèi)容的 8 位數(shù)據(jù)即可。該操作由 CS 變高結(jié)束。WEL 位及 WP 引腳的狀態(tài)對(duì)器件內(nèi)的存儲(chǔ)器及狀態(tài)寄存器各部分保護(hù)的影響如表所列 看門狗的硬件 看門狗的硬件連接圖如圖 ： 圖 看門狗的硬件連接圖 看門狗 X25045 的程序代碼 pragma small pragma ot 2 include include include 1101 1111 include 1101 1111 define WREN unsigned char 6。 設(shè)置寫使能鎖存器（允許寫操作 define WRDI 4。 復(fù)位寫使能鎖存器（禁止寫操 作） define RSDR 5。 讀狀態(tài)寄存器 define WRSR 1。 寫狀態(tài)寄存器（塊鎖定） define READ 3。 從開始于所選地址的存儲(chǔ)器列陣中讀出數(shù)據(jù) define READH 11。 從開始于所選地址的存儲(chǔ)器列陣中讀出數(shù)據(jù) define WRTE 2。 把數(shù)據(jù)寫入開始于所選地址的存儲(chǔ)器陣列中（ 1 至 4字節(jié)） define WRTEH 10。 把數(shù)據(jù)寫入開始于所選地址的存儲(chǔ)器陣列中（ 1 至 4字節(jié)） sbit EEPROMCS P2^4。 sbit EEPROMSCK P2^7。 sbit EEPROMSI P2^6。 sbit EEPROMSO P2^5。 void initX5045 void 。 void X5045SpiOpen void 。 void X5045SpiClose void 。 void X5045WriteEnable void 。 void X5045WriteDisable void 。 void X5045SpiSend unsigned char val 。 unsigned char X5045SpiRecive void 。 void X5045WriteByte unsigned char addr, unsigned char val 。 unsigned char X5045ReadByte unsigned char addr 。 unsigned char X5045ReadStatus void 。 void X5045WriteStatus unsigned char val 。 void X5045WriteWait void 。 void set_dog void 。 void clear_dog void 。