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04-單片機原理及接口技術課程設計(煤礦瓦斯監(jiān)測儀設計)(參考版)

2025-06-02 18:12本頁面
  

【正文】 參考文獻[1] 梅麗鳳等編著 單片機原理及接口技術 清華大學出版社 [2] 趙晶 主編 Prote199 高級應用 人民郵電出版社, 2022 [3] 于海生 編著 微型計算機控制技術 清華大學出版社 [4] 馬丕梁,蔡成功. 我國煤礦瓦斯綜合治理現狀與發(fā)展戰(zhàn)略【J】.煤炭科學技術, 2022 年 12 期[5] 劉莉娜 劉任慶 . 瓦斯檢測設備現狀與對比研究 【J】現代電子技術 2022年第 15 期[6]肖碩,荊剛 ,李莉娜,陳岱 . 單片機數據通信典型應用大全【M 】. 中國鐵道出版社 ,2022 年 7 月[7] 劉文濤 . 單片機應用開發(fā)實例【M】. 清華大學出版社,2022 年 9 月[8] 王煜東. 傳感器應用電路 400 例【M】. 中國電力出版社,2022 年 8 月 1 日[9] 楊麗娜,張麗榮. 煤礦瓦斯檢測的數據采集與傳輸系統(tǒng)設計【J】.煤礦機械 ,2022 年第 10 期。本科生課程設計(論文)24通過這次設計,學會了如何運用已學的知識來完完整整地設計一個系統(tǒng),使我對單片機的原理及應用有了更深的理解。該設計的子系統(tǒng)包括:數據處理單元、報警單元、顯示單元等。使用單片機AT89C52作為控制芯片,利用甲烷氣體傳感器、信號調理電路、A/D轉換器、無線收發(fā)模塊、顯示電路、報警電路構成系統(tǒng),在各部分的元器件的選擇中本著高性能、低成本的原則,按照設計要求做出選擇。本文所做的工作有:(1) 完成了瓦斯?jié)舛葯z測報警設備的整體構思和設計??梢允箞缶鼫蚀_、更及時,從而促使煤炭企業(yè)加大安全投入,有效遏止礦難事故發(fā)生,有效地保護煤炭資源,又降低了整個行業(yè)的風險程度,加大了煤炭企業(yè)安全生產的壓力,也可以保證良好的經濟效益,保護了從業(yè)人員的安全與利益,也大大減輕了以往煤礦事故發(fā)生后各級政府進行的大量事后工作,使政府從煩亂的事故處理中解脫出來,提高工作效率。它是一種新型的煤礦安全監(jiān)控報警設備。第 6 章 課程設計總結本次設計是以AT89C52單片CPU為核心,采用高精度敏感元件, ADC0809,并采用RS232串口通信協(xié)議實現與上位機的通信交流,是一種電路設計新穎,參數測量準確,操作方便的甲烷濃度報警監(jiān)控儀。串行數據輸入端口 RXD 連接到 MAX232 第一組收發(fā)器的輸出端口 R1 OUT,用于接收 PC 串行輸入的數據。RS232 標準的信號頻率也只能達到 20KHz,最大距離也只有 30m,因為在這個距離內才能安全地連接起來。它和 25 針接頭一樣 DCE(終端電纜)接頭使用公外殼、母連接針,而DTE(計算機)使用母外公連接針。由于當時主要采用電話線串行連接實現距離訪問,這使得 RS232 標準在終端和計算機中被廣泛采用。15 腳背光正極,16 腳背光負極;+5V 電壓,對比度可調內含復位電路;提供各種控制命令,如:清屏、字符閃爍、光標閃爍、顯示移位等多種功能;有 80 字節(jié)顯示數據存儲器 DDRAM;內建有 192 個 5X7 點陣的字型的字符發(fā)生器 CGROM;8 個可由用戶自定義的 5X7 的字符發(fā)生器 CGRAM;4)RS232 接口標準是 EIA 廣泛使用的標準,它有多重不同的版本,例如RS60232C\RS232D\RS232E 等。LCD1602 是指顯示內容為 16X2,即可以顯示兩行,每行 16 個字符液晶模塊(顯示字符和數字)。3)1602 液晶是一種專門用來顯示字母、數字、符號等的點陣型液晶模塊它有若干個 5X7 或者 5X11 等點陣字符位組成,每個點陣字符位都可以顯示一個字符。 9012 是非常見的晶體三極管,在收音機以及各種放大電路中經常看到它,應用范圍很廣,它是 PNP 型小功率三極管,1)集電極發(fā)射極電壓 30V2)集電極基電壓 40V3)射極基極電壓 5V4)集電極電流 5)耗散功率 6)結溫 150℃7)特怔頻率 最小 150MHZ8)放大倍數:D6491 E78112 F96135 G122166 H144220 I190300蜂鳴器的正常工作為 3V,聲音強度為 80dB,發(fā)光二極管的額定電流為5~lOmA。同時根據甲烷濃度特性曲線做出相應的濃度與電壓信號之間的數據對應表,在單片機接收到采集轉換之后的數字電壓信號后,通過查找數據對應表輸出相應甲烷濃度,并通過 LCD1602液晶顯示器顯示出當前甲烷濃度值。本科生課程設計(論文)19第五章 系統(tǒng)分析與設計 系統(tǒng)原理圖圖 信號采集處理電路圖 聲光報警電路本科生課程設計(論文)20 圖 液晶顯示電路圖 串行口通信電路 系統(tǒng)原理綜述1)信號的采集是整個實驗至關重要的一步,信號采集處理的準確與否直接關系到整個實驗的成功與否,在此選擇采用傳感器與 20k 的電阻串聯(lián),采集分壓信號作為檢測氣體的濃度反應信號,在電路的兩端施加五伏電壓,因此采集的電本科生課程設計(論文)21壓信號在 05v 之間,符合 ADC0809 的轉換電壓要求。6) 由于實驗條件的有限對于傳感器信號采集部分數據的標定只能是在普通實驗室環(huán)境下實驗標定。4) 對于聲光報警電路的檢測調試則是直接在輸入端接入低電平觀察燈亮,并且蜂鳴器正常工作發(fā)出警報,轉為高電平燈滅蜂鳴器停止鳴叫,證明聲光報警電路能正常工作。由于是自己制版所以只能重新做 PCB 板。2) 檢測信號采集時,用萬用表檢測采集信號線未能正常采集到電壓信號。本科生課程設計(論文)18調試首先從單片機最小系統(tǒng)開始,然后依次調試外圍電路。加電后檢查各插件上引腳的電位,一般先檢查 VCC 與 GND 之間電位,若在5V~ 之間是屬于正常的。在保證安裝無誤后,可用替換方法排除錯誤。2)排除元器件失效造成這類錯誤的原因一般有兩個:一個是元器件買來時就已壞了;另一個是由于安裝錯誤,造成器件燒壞。應特別注意電源系統(tǒng)檢查,以防止電源短路和極性錯誤,并重點檢查系統(tǒng)總線(地址總線、數據總線和控制總線)是否存在相互之間短路或與其它信號線路短路。主要包括錯線、開路和短路。4)檢測焊接電路是否出現虛短虛斷情況。2)因為采用 PCB 制版所以檢查 protel 鏈接,PCB 鏈接圖是不是與 protus 仿真原理圖鏈接一致。調試的結構圖如圖 。當甲烷濃度超過設定的報警點時,儀器會發(fā)出聲光報警信號。 【14】 【16】采集到的電壓信號經過 A/D 轉換后,變成數字信號,經單片機處理后,由顯示電路顯示甲烷濃度值,并經 RS232 通信串口實現與上位機的信息通信。這種傳感器具有輕微的極性,VC 需用直流電源。其中 VH 用于為傳感器提供特定的工作溫度。儀器將電源設備送來的穩(wěn)定 5v 電壓源,供整機電路使用。 ADC0809 是 8 位逐次逼近型 A/D 轉換器,精確度約為 20mv。在 AT89C52 片內存儲器中,80HFFH 共 128 個字節(jié)為特殊功能寄存器(SFE) 。多路開關可選通 8 個模擬通道,允許 8 路模擬量分時輸入時,共用 A/D 轉換器進行轉換。ADC0809 是 8 位逐次逼近型 A/D 轉換器。ULSB3)可鎖存三態(tài)輸出,能與 8 位微處理器接口4)輸出與 TTL 兼容5)不必進行零點和滿度調整6)單電源供電,供電電壓為+5V7)轉換速率取決于芯片的時鐘頻率,時鐘頻率范圍是:10~1280KHZ,當時鐘頻率為 500KHZ 時,對應的轉換時間為 125uSICL7109 雙積分式 A/D 轉換器1)12 位二進制形式輸出,并帶有極性和溢出位;2)與 TTL 兼容,具有三態(tài)控制輸出;3)具有通用控制信號端,能用來方便地監(jiān)視和控制轉換時間;4)片內有振蕩器,只需外接晶體或 RC 器件;5)具有通用異步收發(fā)器(UART)數據交換制式,可通過簡單的并行或串行接口與微機相接;6)真正的差分輸入和差分基準電壓;7)最大運行速度為每秒轉換 30 次;8)所有輸入都具有防止靜電的保護措施;9)雙電源供電;10)輸入阻抗為 1012Ω;11)功耗為 20mw;在選用 A/D 轉換之前,主要應根據使用的場合的具體要求,按照轉換速度、精度、價格、功能以及接口條件來決定選擇何種類型。同時隨著分辨路增高芯片的成本也會隨之倍增。轉換速度是轉換時間的倒數。可見,A/D 轉換器的位數越多,其分辨率越高,但轉換速度就越慢。如 8 位ADC 滿量程為 5V,則它能分辨的最小電壓為 p=5000mV/256≈20mV,既模擬電壓小于 20mV,ADC 就不能轉換了。與一般測量儀表的分辨率表達方式不同,A/D 轉換器不采用可分辨的輸入模擬電壓相對值表示,例如本次設計我們采用的 A/D 轉換器 ADC0809 的分辨率為8 位,即該轉換器的輸出數據可以用 個二進制數進行量化,其分辨率為 1LSB。 瓦斯檢測接口電路設計 A/D 轉換器選擇A/D 轉換器是
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