【導(dǎo)讀】能源工業(yè)是一個國家經(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)那個事故屢見報端。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)計的瓦斯監(jiān)測報警器具有操作簡便，運行穩(wěn)定，檢。測比較準(zhǔn)確的特點。

　　

【正文】 ≈ 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，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 個時鐘數(shù)時，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 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 LED 發(fā)光二極管組成，外形如圖 33 所示。 a~g 和 dp 為 8 個發(fā)光二極管， 其中 a~g 用于顯示字符， dp 用于顯示小數(shù)點。當(dāng)發(fā)光二極管 正向?qū)〞r ，借著點亮每一段的 LED 就可以顯示出數(shù)字。本設(shè)計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)點不亮的情況； （ 2）空白字符即沒有任何顯示 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模晕颐床捎脛討B(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?！拔豢亍睂嶋H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 顯示電路設(shè)計為 四 位 LED， 由單片機 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)計的硬 件電路包括濃度檢測， A/D 轉(zhuǎn)換，單片機系統(tǒng) ，數(shù)據(jù)顯示電路，鍵盤電路，還有電源電路和聲光報警電路。 電源 電路 在此次設(shè)計中我們所用到的電源只有 177。5V，所以我們只需設(shè)計 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： 1 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 聲光報警部分電路 聲光報警電路是由蜂鳴器和發(fā)光二極管組成的，用 和 作為聲光報警電路的使能信號輸出端。為了提高聲光報警電路的驅(qū)動能力均加有 74LS04 反向驅(qū)動器同時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，系統(tǒng)發(fā)出聲光報警信號。 聲光報警電路如圖 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 聲光報警電路 第七 章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 軟件設(shè)計 編制的程序易于調(diào)試、修改，可讀性好 ， 軟件的設(shè)計是一個將需求轉(zhuǎn)變?yōu)檐浖愂龅倪^程。系統(tǒng) 軟件 設(shè)計采用自頂向下、模塊化、結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計方法，把總的編程過程逐步細(xì)分，分解成一個個功能模塊，每個模塊相互獨立，其正確與否不依賴其它模塊，每個模塊都能完成 一個明確的任務(wù)、實現(xiàn)某個具體的功能。 主程序 單片機 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器中斷，外部中斷和串行口中斷，然后啟動定時器 定時 。 每隔一段時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，最后完成整個系統(tǒng)的軟件設(shè)計。系統(tǒng)軟件設(shè)計中要實現(xiàn)的功能有：用戶機的單片 機系統(tǒng)要完成定時地對瓦斯?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?，聲光報警? 圖 71 主程序流程圖 子程序設(shè)計 中斷 子程序 開 始 初始化 調(diào)顯示子程序 為了較準(zhǔn)確的監(jiān)測瓦斯?jié)舛龋覀冃枰獙ν咚節(jié)舛冗M(jìn)行數(shù)據(jù)采集，這里是指單片機的數(shù)據(jù)采集。其硬件電路包括 MQ A/D7109 及單片機，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的。通過外部中斷 INT1 來完成，由 于檢測瓦斯?jié)舛仍跁r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 聲光報警子程序 當(dāng)聲光報警開啟后，當(dāng)達(dá)到提醒人們離開的目的后，我們需要解除聲光報警，解除報警有兩種途徑，一種是手動解除，一種是系統(tǒng)自動解除，若沒有手動解除報警，則系統(tǒng)可通過調(diào)用 20s 的延時時間來自動解除報警。 N Y 保護(hù)現(xiàn)場 單片機從 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 啟動報警 中斷返主 圖 73聲光報警流程圖 N Y Y N 采集濃度值≥設(shè)定濃度 調(diào)用延時子程序 啟動聲光報警 手動解除 報警 ? 延時到 自動解除報警 返回主程序 結(jié) 束 語 通過此次設(shè)計使我對單片機的知識有了更深理解。到 此 我的畢業(yè)設(shè)計也快要接近尾聲了 ，雖然本次設(shè)計相當(dāng)于只是完成了煤礦瓦斯監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)下位機的設(shè)計，沒有涉及到采集數(shù)據(jù)傳送給上位機的那一部分，但是對我個人來說也是一次相當(dāng)大的挑戰(zhàn)，設(shè)計完之后感覺自己的思維方式更加完善，考慮問題的方法也在不知不覺中有了很大的提高。由于此次設(shè)計時間緊，但設(shè)計的理論依據(jù)是充分的并且硬件的電路原理 圖 也已畫出。在理論設(shè)計中 也 考慮成本 了的問題，盡可選用一些性價比高而且價格合理 的芯片。 致 謝 感謝楊瑞老師對我的悉心指導(dǎo)和細(xì)心關(guān)懷，始我的論文能夠順利完成。 楊 老師不僅在課題研究攻關(guān)和論文撰寫過程中對我進(jìn)行了耐心細(xì)致的指導(dǎo)和嚴(yán)格的把關(guān)，而且在精神和生活上也給了我莫大的鼓勵和無微不至的關(guān)懷。 楊 老師淵博的學(xué)識、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)風(fēng)范、敏銳的開拓思維和勇于創(chuàng)新的精神將使我終身受益。從 指導(dǎo)老師 身上我不僅學(xué)到了扎實、寬廣的專業(yè)知識，也學(xué)到了做人的道理。在此我要向我的 指導(dǎo)老師 致以衷心的感謝和 崇 高的敬意 ! 眼間我要結(jié)束我的大學(xué)生涯邁入社會了。感謝曾經(jīng)帶領(lǐng)我走過大學(xué)生涯 的輔導(dǎo)員孔繁才老師、吳珍珠老師，感謝鄭州科技學(xué)院電氣工程系的老師們多年對我的關(guān)懷和教育！ 感謝三年一起學(xué)習(xí)的 08電氣一班的 親 如一家同學(xué)們。 感謝 陪我度過三年和 我風(fēng)雨同在的宿舍的姐妹們 ，有你們真好。謝謝爸爸媽媽，我會在今后的人生中努力堅強的。 最后，衷心感謝在百忙之中評閱論文和參加答辯的各位老師、教授。 參考文獻(xiàn) [1] 馮博琴編著 微型計算機原理與接口技術(shù) 清華大學(xué)出版社 2021 [2] 王文杰 許文斌 主編 單片 機 應(yīng)用技術(shù) 冶金工業(yè) 出版社 2021 [3] 周監(jiān)編著 單片機輕松 入門 北京航空航天大學(xué)出版社 2021 [4] 張友德編著 單片機原理應(yīng)用及實驗 負(fù)擔(dān)大學(xué)出版社 1995 [5] 曹玲芝編著 現(xiàn)代測試技術(shù)及虛擬儀器 北京航空航天大學(xué)出版社 [6] 殷淑英 主編 傳感器 應(yīng)用 技術(shù) 冶金工業(yè) 出版社 2021 [7] 沙占友主編 集成智能化傳感器原理及應(yīng)用 電子工業(yè)出版社 [8] 陳濤編著 單片機應(yīng)用及 C51程序設(shè)計，機械工業(yè)出版社， 2021 附 錄 主程序： ORG 0000H AJMP MAIN ORG 00013H AJMP INT1 ORG 0030H MAIN： MOV SP, 60H； 設(shè)定堆棧指針