【正文】
30 致 謝 參考文獻 [1] 陳新軍 .基于催化燃燒型瓦斯檢測的設計與實現 .北京交通大學碩士學位論文 ,2020,5 [2] 王天福 .基于 AT89S52單片機的煤礦瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)的研制 .江蘇大學碩士論文 ,2020,6 [3] 秦海濤 .基于 CAN 總線和無線傳輸技術的礦井瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)關鍵技術研究 .中北大學碩士論文 , 31 [4] 求是科技 .單片機典型外圍器件及應用實例 [M].北京 :人民郵電出版社, [5] 紀宗南等 .單片機外圍器件實用手冊 。其次是軟件部分的程序流程圖的論證,看是否正確,不正確給以更正。一個系統(tǒng)的設計,論證過程的必不可少的部分。各子系統(tǒng)采用 AT89C51單片機來作為控制部件,協調各部分完成規(guī)定的任務,按照各部分的任務設計好電路圖,最后將各部分連在一起形成一個整體。 (3) 各個子系統(tǒng)的電路設計。 (2) 各部分元器件的選擇。 本文所做的工作有: (1) 完成了瓦斯?jié)舛葯z測儀的整體構思和設計。據不完全統(tǒng)計, 2020年中國煤炭產量占世界產量的 35%,可事故傷亡人數卻占 80%. 2020年中國有 6009名煤礦工人因發(fā)生礦難而死亡。其程序流程圖如圖 。 26 系 統(tǒng) 初 始 化數 據 處 理接 收 P T R 2 0 0 0 數 據調 用 串 行 口 通 信 程 序顯 示 瓦 斯 濃 度結 束檢 測 值 ≥ 1 %聲 、 光 報 警YN開 始 圖 手持部分主程序流程圖 串行口子程序設計 本設計中的無線傳輸模 塊 PTR2020,其通過串行口與單片機的連接,并將數據傳送至單片機中,而串行口需要單獨編程,首先設置定時器 T1的工作方式和計數初值,當計數結束時產生中斷請求, CPU響應中斷并清除中斷標志,開始通過串行口發(fā)送數據,檢測數據是否發(fā)送完成,若未發(fā)送完,則返回繼續(xù)發(fā)送直至發(fā)送完成,發(fā)送的同時,手持部分的單片機開始接受數據,進行數據校驗,若校驗數據正確,則置數據有效標志位,否則置數據錯誤標志位,程序結束,具體程序流程圖如圖 。 671312AL M 3 39 ( 1 / 4 )8914312AL M 3 39 ( 1 / 4 )101113312AL M 3 39 ( 1 / 4 )1 N 47 3 4 1 N 47 3 5 1 N 47 3 7 1 N 47 3 8R11 00 K R41 00 KR61 00 KR 1 01 00 KR22 .2 KR82 .2 KR72 .2 KR 1 12 .2 KR31KR51KR91KR 1 21KL E D L E D L E DL E D452312AL M 3 39 ( 1 / 4 )9V 干電池R 1 34 .7 KR 1 44 .7 KR 1 54 .7 KR 1 64 .7 K 圖 電池電量監(jiān)測電路 25 4 系統(tǒng)軟件設計 現場單片機主程序設計 處于現場部分的單片機的程序設計,主要包括傳感器的初始化,傳感器的狀態(tài)控制,當傳感器完成預熱后,調用 A/D轉換子程序進行數據采集,然后進行數據的處理,當數據處理完畢后,就進行串行口通信,將得到的數據通過串行口送出,最后送至 PTR2020無線傳輸模塊進行發(fā)射 ,具體程序流程圖如圖 。利用此原理,選擇合適的穩(wěn)壓管工作電壓,就可以用相應的發(fā)光二極管來顯示電池的電壓變化,從而顯示電池的電量變化,此法雖誤差較大,但電路簡單,無需外加過多的芯片,具有一 定實用性。因為當輸出晶體三極管截止時,它的集電極電壓基本上取決于上拉電阻與負載的值 ,另外,各比較器的輸出端允許連接在一起使用。18V (3) 對比較信號源的內阻限制較寬 (4) 共模范圍很大,為 0~ ()Vo (5) 差動輸入電壓范圍較大,大到可以等于電源電壓 (6) 輸出端電位可靈活方便地選用 O u t p u t 21O u t p u t 12V c c3I n p u t 14+ In p u t 15I n p u t 26+ In p u t 27O u t p u t 3 14O u t p u t 4 13GND 12+ In p u t 4 11I n p u t 4 10+ In p u t 3 9I n p u t 3 8L M 3 3 9R?1KR?1K 圖 LM339元件圖 24 LM339的輸出端相當于一只不接集電極電阻的晶體三極管,在使用時輸出端到正電源一般須接一只電阻(稱為上拉電阻,選 315K)。該電壓比較器的特點有: (1) 失調電壓小,典型值為 2mV (2) 電源電壓范圍寬,單電源為 236V,雙電源電壓為 177。其具體連接方法如圖 。其具體連接方法如圖 。接通電源后,振 23 蕩器產生的音頻信號電流通過電磁線圈,使電磁線圈產生磁場。 CD4511與單片機、數碼管組成的系統(tǒng)顯示模塊的總連接電路圖如圖 。這時便可以將要顯示的數據的代碼經CD4511譯碼后,從輸出端 a~ g輸出,送 LED顯示器顯示。 據此處的具體需要,采用小數點固定的方法,各小數點位單獨控制, 所以在選擇譯碼驅動器件時可選擇七段驅動器,這里選擇 CD4511作為譯碼驅動器,采 22 用硬件譯碼方式,硬件譯碼減少了軟件設計的麻煩,編程方便,在顯示方式上采用動態(tài)顯示,動態(tài)顯示是單片機常用的顯示方式之一,它是把所有顯示器的同名段互相并聯在一起,并把它們接到字形口上為了防止各個顯示器同時顯示出相同的字符,每個顯示器還要受到另一組控制信號的控制,當需要輸出數據時,應將LE口置高電平,表示此時可以向 CD4511發(fā)送數據,但 CD4511I的輸出端 a~ g不會有輸出,因為 LE=1時, CD4511處于鎖存狀態(tài)。具體單片機與 PTR2020模塊的連接圖如圖 。 PTR2020的 CS引腳和 GND連接,即使固定通信頻道為頻道 1。其功能是單片機將待發(fā)數據傳輸到 PTR2020并經過調制后發(fā)送到接收端。其功能是 PTR2020將接收到的數據解調后,輸出到單片機中。 21 表 PTR2020工作模式 設置 引腳接入電平 模塊工作狀態(tài) TXEN CS PWR 工作頻道 芯片狀態(tài) 0 0 1 1 接收 0 1 1 2 接收 1 0 1 1 發(fā)射 1 1 1 2 發(fā)射 0 待機 單片機與 PTR2020的通信速率可約定為 9600bit/s,單片機選用 12MHz的晶振。 PWR=1時,正常工作狀態(tài), PWR=0時,待機微功耗狀態(tài) 7 TXEN 發(fā)射接收控制。 R?1 0 KR?1 0 KV C C1CS2DO3DI4P W R6T X IN7GND5P T R 2 0 0 0 圖 PTR2020模塊引腳圖 PTR2020模塊的 引腳功能說明如下表 。這里不管 AD574A 是處在啟動、轉換和輸出結果,使能 20 端 CE 都必須為 1,因此將 AT89C51 的寫控制線和讀控制線通過與非門 74LS00 與 AD574A 的使能端 CE 相連。 28 STS 工作狀態(tài)指示信號端,當 STS=1 時,表示轉換器正處于轉換狀態(tài),當 STS=0 時,聲明 A/D 轉換結束,通過此信號可以判別 A/D 轉換器的工作狀態(tài),作為單片機的中斷或查詢信號之用 E A / V p p31P 0. 732P 0. 633P 0. 534P 0. 435P 0. 336P 0. 237P 0. 138P 0. 039WR16RD17P 2. 021P R O G / A L E30P 2. 122GND20R S T9P 3. 1 ( T X D )11X A L T 218V C C40X T A L 119A T 89 C 5 1D718D617D514D413D38D27D14D03G11OE1Q02Q15Q26Q39Q412Q515Q616Q7177 4L S 3 73Y3A1B27 4L S 0 0GNDR21 00R51 00 kR31 00 KR41 00Vl1b i p o f f12AG9V E E11B I N10B O U T81 0V i n132 0V i n14DG151 2/ 82CS3A04R / C5D B 1 127D B 1 026D B 925D B 824D B 723D B 622D B 521D B 420D B 319D B 218D B 117D B 016CE6S T S28V c c7A D 5 74 AGND+ 5V 1 5 v+ 15 vR?1 0K 圖 AD574A與單片機連接圖 圖 是 AT89C51 單片機與 AD574A 的接口電路,其中還使用 了三態(tài)鎖存器 74LS373 和 74LS00 與非門電路,邏輯控制信號由 AT89C51 的數據口 P0 發(fā)出,并由三態(tài)鎖存器 74LS373 鎖存到輸出端 Q0、 Q1 和 Q2 上, Q0、 Q Q2分別連接到 AD574A 的 CS、 A0 和 R/C 端,用于控制 AD574A 的工作過程。 10 BIN 基準電源電壓輸入端 11 VEE 負電源輸入端,輸入 15V 電源 19 12 bipoff 正電源輸入端,輸入 +15V 電源 13 10Vin 10V 量程模擬電壓輸入端 14 20Vin 20V 量程模擬電壓輸入端 15 DG 數字地端 16~ 27 DB0DB11 12 條數據總線。只有 CS 和 CE 同時有效, AD574A才能工作 7 Vcc 正電源輸入端,輸入 +15V 電源。當為低電 平時,啟動 A/ D 轉換;當為高電平時,將轉換結果讀出。 R?1KR?1KVl1b ip o f f12AG9V E E11B IN10B O U T81 0 V i n132 0 V i n14DG151 2 / 82CS3A04R /C5D B 1 127D B 1 026D B 925D B 824D B 723D B 622D B 521D B 420D B 319D B 218D B 117D B 016CE6S T S28V c c7A D 5 7 4 A 圖 AD574A 管腳圖 表 AD574A 管腳功能圖 管腳序號 名稱 功能 1 VL +5V 電源輸入端 2 12/8 數據模式選擇端, 為高電平時,輸出數據為 12 位;當為 低電平時,數據是作為兩個 8 位字輸出 3 CS 片選端 低電平有效 4 Ao 轉換位數控制信號。10V 兩檔四種 (5) 電源電壓: 177。1LBS (3) 轉換速率: 25us (4) 模擬電壓輸入范圍: 0—10V 和 0—20V, 0—177。其主要功能特性如下: (1) 分辨率: 12 位 (2) 非線性誤差:小于 177。整個電路的輸出 電壓與瓦斯傳感器電阻之間的運算關系 如式 。因此,輸入 A/D轉換器 17 的電壓范圍是 4~ 。加熱時,加熱電路串入 51Ω電阻,以限制通過傳感器的電流。信號采集及調理電路圖如圖 9所示。 +9VL11 0 0 u HVD1I N 4 0 0 7V i n1GND2+ 5 V3I C 1LM 7 8 0 5+C11 0 0 0 u F+ C31 0 0 u FC20 . 1 u FC40 . 1 u FR11K+ 5 VVD2LE DGND 圖 手持部分的電源設計 數據采集與信號 調理電路部分設計 根據 MQ214數據手冊規(guī)定,加熱電壓為 +6V,瓦斯測量單元的工作是周期性的加熱 30s后進行測量,然后經過 45s進行恢復,因此電路具有 “6V電壓加熱 ”和 “自然恢復 ”2種狀態(tài)。 表 南