【導(dǎo)讀】能源工業(yè)是一個(gè)國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的命脈。近年來，隨著石油的緊張，石油價(jià)格。的飆升，煤炭行業(yè)的重要地位和不可替代性也日益顯現(xiàn)。安全形勢卻不容樂觀，尤其是重、特大上網(wǎng)那個(gè)事故屢見報(bào)端。瓦斯爆炸有占絕大多數(shù)。這其中，固然有很多誘發(fā)因素，但個(gè)煤礦生產(chǎn)企業(yè)安全。監(jiān)測設(shè)備不完備、管理手段落后是造成事故的重要因素之一。論文首先闡述了CH4監(jiān)。測系統(tǒng)同的發(fā)展及狀況。在本文中，我們設(shè)計(jì)介紹了一種基于甲烷傳感器MQ-4. 我們給出了其硬件組成及軟件的設(shè)。計(jì)方案，使其能達(dá)到進(jìn)行瓦斯監(jiān)測的預(yù)期目標(biāo)。本設(shè)計(jì)的硬件電路包括濃度檢測，濃度采集，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換及處理，鍵盤掃描，動態(tài)顯示及濃度控制等。及主要子程序的框圖。此次設(shè)計(jì)的瓦斯監(jiān)測報(bào)警器具有操作簡便，運(yùn)行穩(wěn)定，檢。測比較準(zhǔn)確的特點(diǎn)。

　　

【正文】 至 容易得知當(dāng) 為低（也就是說此時(shí) 7109 被選中可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸）且 為低時(shí)低 8 位數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，而當(dāng) 為低時(shí)高 4 位數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。 圖 34 中的 A/D 轉(zhuǎn)換器 ICL7109 的外圍電路參數(shù)計(jì)算如下： 1． 積 分電阻 INTR 的選擇 緩沖放大器和積分器能夠提供 20uA 的推動電流。積分電阻要足夠大，以保證在輸入電壓范圍內(nèi)的線性 (當(dāng)然也不能無限制地大 )，對于 滿刻度輸入電壓，取 ?K200 比較合適。類似地， ?K20 電阻對應(yīng)于 滿刻度輸入電壓。 INTR 一般可以由下式選擇： 61020 ??? 滿度刻盤INTR （ 43） 針對于我們此次的設(shè)計(jì)，由于 ICL7109 輸入電壓是與 MQ4 的輸出電壓 oV 相連的，而 MQ4 的輸出電壓 oV 處與 ～ ，所以我們電路的積分電阻值選為 ?K20 。 2． 積分電容 INTC 的選擇 積分電容根據(jù)積分器給出的最大輸出擺幅電壓來選擇，這個(gè)電壓應(yīng)使積分器不飽和 (大約為低于電源 )。對 ICL7109 加 177。5V 電源，模擬公共點(diǎn)接地，積分器輸出擺幅一般為 177?！?177。4V。對于不同的時(shí)鐘頻率，電容值也要改變，以保持積分器輸出電壓的镕幅。另外，要求積分電容具有低介質(zhì)吸收，以防止?jié)L動誤差，一般選用聚丙烯電容。 INTC 通常由下式給出： their owncdsvlpa,mxukgf.()ybTqCzjSAX 積分輸出擺幅時(shí)鐘周期 /10202048 6?????I N TC （ 44） 積分器輸出電壓的擺幅值可以通過示波器在 32 腳觀察積分器的輸出波形來得到，一般取 4Ｖ。積分電容 CINT接入積分電容連接端 INT。當(dāng)Ｖ ＩＮ ＝ ， RINT＝ 20 KΩ。此時(shí)， CINT在 ～ 之間選擇，一般選 較好。 3． 自零電容 AZC 的選擇 自零電容的大小與系統(tǒng)的噪聲有關(guān)，電容越大，噪聲越小。但電容不能無限制地增大，因?yàn)樗头e分電容并聯(lián)決定 RC 時(shí)間常數(shù)，該時(shí)間常數(shù)決定了恢復(fù)速度。對于 ， AZC 值選為 INTC 的兩倍最佳。對于 的滿刻刻度輸入電壓， AZC 值應(yīng)為 INTC 的一半。 所以 Ｃ ＡＺ ＝ 1/2CINT又因?yàn)樯厦嫖覀冇?jì)算出來的 CINT＝ 。所以Ｃ ＡＺ ≈ 4． 基準(zhǔn)電容 REFC 的選擇 在大多數(shù)應(yīng)用場合， REFC 選為 1uF 最合適，但系統(tǒng)如果存在著較大共模干擾時(shí)，對于 ，可將 REFC 值選得大一些，例如取 。 5． 基準(zhǔn)電壓 REFV 的選擇 對模擬輸入要求滿度輸出 4096 個(gè)時(shí)鐘數(shù)時(shí)，應(yīng)滿足 REFi VU 2? 的關(guān)系。即對于滿度輸入 ， REFV ＝ ；對于滿度輸入 ， REFV ＝ 。但在有些應(yīng)用場合， A/D 轉(zhuǎn)換的輸出不一定是滿度量程，這時(shí)將 REFV 選為輸入電壓 Ui 的一半即可。 基準(zhǔn)電壓的來源，可以使用 29 腳輸出的基準(zhǔn)電壓 ()分壓得到，也可通過外接基準(zhǔn)源得到。 我們這次設(shè)計(jì)的基準(zhǔn)電壓是采用外接基準(zhǔn)源來的得到的。我們的外接基準(zhǔn)源選用 基準(zhǔn)電壓源 MC1403芯片作為 12 位 A/D 轉(zhuǎn)換芯片 ICL7109 的基準(zhǔn)電壓，它可以提供 V基準(zhǔn)電壓，保證了轉(zhuǎn)換的溫度穩(wěn)定性和精度。 第五 章 數(shù)據(jù)顯示電路 顯示器的選擇 their owncdsvlpa,mxukgf.()ybTqCzjSAX我們選用 LED 數(shù)碼管作為顯示器件。 數(shù)碼管的工作原理 如下： 數(shù)碼管由 8 個(gè) LED 發(fā)光二極管組成，外形如圖 33 所示。 a~g 和 dp 為 8 個(gè)發(fā)光二極管， 其中 a~g 用于顯示字符， dp 用于顯示小數(shù)點(diǎn)。當(dāng)發(fā)光二極管 正向?qū)〞r(shí)，借著點(diǎn)亮每一 段的 LED 就可以顯示出數(shù)字。本設(shè)計(jì)采用的就是共陰極接法 的數(shù)碼管 。下圖是八段數(shù)碼管的引腳： 圖 51 LED 引腳圖 各段碼位的對應(yīng)關(guān)系如下表： 表 51 段碼位 與顯示位對應(yīng)關(guān)系表 段碼位 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 顯示段 dp g f e d c b a 字型和對應(yīng)的共陰極段碼如下表： 表 52 十六進(jìn)制數(shù)及空白字符與 P 的顯示段碼 字型 共 陰 極段碼 字型 共 陰 極段碼 0 3FH 9 6FH 1 06H A 77H 2 5BH B 7CH 3 4FH C 39H 4 66H D 5EH 5 6DH E 79H 6 7DH F 71H 7 07H 空白 00H 8 7FH P 73H 注： （ 1）本表所列各字符的顯示段碼均為小數(shù)點(diǎn)不亮的情況； （ 2）空白字符即沒有任何顯示 their owncdsvlpa,mxukgf.()ybTqCzjSAX 數(shù)據(jù)顯示部分電路 在顯示器件的選擇中我們采用了數(shù)碼管進(jìn)行顯示數(shù)據(jù)。其中 數(shù)碼管顯示器有兩種顯示方式，即靜態(tài)顯示方式和動態(tài)顯示方式。 由于此次顯示電路是為了顯示瓦斯?jié)舛戎登移錆舛仁亲兓?，所以我么采用動態(tài)顯示。 由于 采用動態(tài)顯示，因此除了要給顯示器提供顯示 段碼之外，還要對顯示器進(jìn)行位的控制，即通常 所說的“段控”和“位控”。因此對于采用動態(tài)顯示的電路來說，單片機(jī)都需要提供兩種輸出口，一種用于輸出顯示段碼，另一種 用于輸出位控信號?！拔豢亍睂?shí)際上就是對 LED 顯示器的公共端進(jìn)行控制，位控信號的數(shù)目與顯示器的位數(shù)相同。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m b e r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 1 7 J u n 2 0 0 6 S h e e t o f F i l e : H : \ 最后的東西 \ z u i最后的圖 1 . D D B D r a w n B y :A1B2QA3QB4QC5QD6C L K8C L R9QE10QF11QG12QH137 4 L S 1 6 4R 1 4 1K+ 5 vabfcgdeD P Y1234567abcdefg8dpdpabfcgdeD P Y1234567abcdefg8dpdpabfcgdeD P Y1234567abcdefg8dpdp12345678161514131211109abfcgdeD P Y1234567abcdefg8dpdpR9 510R8 510R 1 0 5109 87 4 L S 0 411 107 4 L S 0 413 127 4 L S 0 4R 1 1 5101 2A7 4 L S 0 4R X DT X DP 1 . 6P 1 . 5P 1 . 4P 1 . 3 圖 52 顯示電路設(shè)計(jì) 顯示電路設(shè)計(jì)為 四 位 LED， 由單片機(jī) 89S51 的 串行輸出口經(jīng)串行輸入轉(zhuǎn)并行輸出來 控制 段選 ， 位選接在 P1 口的 ～ 。這種設(shè)計(jì)是為了采用動態(tài)顯示方式。 第六 章 硬件單元電路 中 其它電路硬件 本設(shè)計(jì)的硬件電路包括濃度 檢測， A/D 轉(zhuǎn)換，單片機(jī)系統(tǒng) ，數(shù)據(jù)顯示電路，鍵盤電路，還有電源電路和聲光報(bào)警電路。 電源 電路 在此次設(shè)計(jì)中我們所用到的電源只有 177。5V，所以我們只需設(shè)計(jì) 177。5V的電源即可。電源部分電路由 220v 交流電經(jīng)整流 , 濾波 , 穩(wěn)壓后得到的，電路如下所示： their owncdsvlpa,mxukgf.()ybTqCzjSAX1 2 3 4 5 6 7 8ABCD87654321DCBAT i t l eN um be r R e vi s i onS i z eA3D a t e : 14 J un 2021 S he e t of F i l e : C : \ D oc um e nt s a nd S e t t i ngs \ us e r \ 桌面 \楊瑞畢設(shè) \ m i ngt i a ny ongde \ 論文里有圖 \電路原理圖 .D D BD r a w n B y :C3C12200uFC3C32200uFC3+ 5v 5vV i n1GND2V out3C W 7805V i n1GND2V out3C W 7905T 1234DA C 220V 圖 61 電源電路 聲光報(bào)警部分電路 聲光報(bào)警電路是由蜂鳴器和發(fā)光二極管組成的，用 和 作為聲光報(bào)警電路的使能信號輸出端。為了提高聲光報(bào)警電路的驅(qū)動能力均加有 74LS04 反向驅(qū)動器同時(shí)為了保證電路可靠工作加了限流電阻。其中蜂鳴器我們采 用 +5 伏直流蜂鳴器，其屬于無源蜂鳴器，內(nèi)部封裝有音頻振蕩電路只要外加 +5 直流電源電壓即可起振發(fā)聲。當(dāng)采集到的瓦斯?jié)舛瘸^預(yù)先設(shè)定的上限值時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出聲光報(bào)警信號。 聲光報(bào)警電路如圖 37 所示。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m b e r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 1 1 J u n 2 0 0 6 S h e e t o f F i l e : H : \ 論文 \ 電路原理圖 . D D B D r a w n B y :347 4 L S 0 4B1127 4 L S 0 49013+5+5R5 510R6 510D2LEDp 1 . 0p 1 . 1 圖 62 聲光報(bào)警電路 第七 章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) their owncdsvlpa,mxukgf.()ybTqCzjSAX 軟件設(shè)計(jì) 編制的程序易于調(diào)試、修改，可讀性好 ， 軟件的設(shè)計(jì)是一個(gè)將需求轉(zhuǎn)變?yōu)檐浖愂龅倪^程。系統(tǒng) 軟件 設(shè)計(jì)采用自頂向下、模塊化、結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計(jì)方法，把總的編程過程逐步細(xì)分，分解成一個(gè)個(gè)功能模塊，每個(gè)模塊相互獨(dú)立，其正確與否不依賴其它模塊，每個(gè)模塊都能完成一個(gè)明確的任務(wù) 、實(shí)現(xiàn)某個(gè)具體的功能。 主程序 單片機(jī) 系統(tǒng)上電后，首先 要對系統(tǒng) 進(jìn)行初始化， 初始化程序包括內(nèi)存空間的分配、初始變量的設(shè)置、設(shè)定堆棧指針等。 正常初始化后開放定時(shí)器中斷，外部中斷和串行口中斷，然后啟動定時(shí)器 定時(shí) 。 每隔一段時(shí)間對瓦斯的濃度采集一次，將采集到的模擬量濃度數(shù)據(jù)存到寄存器中，當(dāng)系統(tǒng)在取數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示的過程中要產(chǎn)生中斷，調(diào)用 中斷處理子程序，在中斷處理子程序中進(jìn)行 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換及顯示濃度。主程 序編好后編制各從屬的程序和子程序，最后完成整個(gè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中要實(shí)現(xiàn)的功能有：用戶機(jī)的單片機(jī)系統(tǒng)要完成定 時(shí)地對瓦斯?jié)舛?的 進(jìn)行 檢測， 將瓦斯?jié)舛戎档倪M(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換，動態(tài)地顯示采集到的瓦斯?jié)舛戎?，聲光?bào)警。 圖 71 主程序流程圖 子程序設(shè)計(jì) 中斷 子程序 開 始 初始化 調(diào)顯示子程序 their owncdsvlpa,mxukgf.()ybTqCzjSAX為了較準(zhǔn)確的監(jiān)測瓦斯?jié)舛?，我們需要對瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行數(shù)據(jù)采集，這里是指單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集。其硬件電路包括 MQ A/D7109 及單片機(jī)，濃度經(jīng)過傳感器變換為模擬電壓再經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號送入單片機(jī)中，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完畢之后是通過中斷的方式送入單片機(jī)的。通過外部中斷 INT1 來完成，由于檢測瓦斯?jié)舛仍跁r(shí)間上較嚴(yán)格，更不允許丟失數(shù)據(jù)，所以 INT1 的中斷優(yōu)先級設(shè)定為高。其流程圖如下所示： 圖 72 中斷子程序 流程圖 聲光報(bào)警子程序 當(dāng)聲光報(bào)警開啟后，當(dāng)達(dá)到提醒人們離開的目的后，我們需要解除聲光報(bào)警，解除報(bào)警有兩種途徑，一種是手動解除，一種是系統(tǒng)自動解除，若沒有手動解除報(bào)警，則系統(tǒng)可通過調(diào)用 20s 的延時(shí)時(shí)間來自動解除報(bào)警。 N Y 保護(hù)現(xiàn)場 單片機(jī)從 A/D 轉(zhuǎn)換器中采集數(shù)據(jù) 濃度超限 ? 用 采集數(shù)據(jù)刷新顯示 啟動報(bào)警 中斷返主 their owncdsvlpa,mxukgf.()ybTqCzjSAX 圖 73聲光報(bào)警流程 圖 N Y Y N 采集濃度值≥設(shè)定濃度 調(diào)用延時(shí)子程序 啟動聲光報(bào)警 手動解除 報(bào)警 ? 延時(shí)到 自動解除報(bào)警 返回主程序