【正文】 //定義數(shù)據(jù)接收函數(shù) { unsigned char i。}}}DHT21開始傳輸數(shù)據(jù)后，梅1bit數(shù)據(jù)都是由一個低電平間隙和一個高電平組成。 //導出溫度，方便后面顯示模塊調(diào)用DHT2xiaoshu=DHTData2%10。=0x7FFF。0x8000) //判斷溫度是否為負值 { flagtemp=1。 DHTData2 |= Wendu_di。 DHTData2 = wendu_gao。U8T_data_H = Wendu_gao。//校驗if(U8temp==U8checkdata_temp) //核對校驗碼 if(1) { DHT1shishu= Wendu_gao。 //讀出8為校驗碼DHT=1。 //讀出溫度低8位COM()。 //讀出溫度高8位COM()。 //讀出濕度低8位COM()。 //讀出濕度高8位COM()。 //等待響應(yīng)COM()。amp。 //等待響應(yīng) U8FLAG=2。amp。 if(!DHT) //判斷DHT21是否響應(yīng)，對應(yīng)上圖“DHT21響應(yīng)信號80us”{ U8FLAG=2。yanshijingque_10us()。這里需要精確延時yanshijingque_10us()。 //拉高主線yanshijingque_10us()。 //單片機拉低，對應(yīng)上圖“主機拉低500us”Delay905(5)。下圖為單片機向DHT21發(fā)送開始信號，DHT21響應(yīng)的工作過程。校驗碼是前32位數(shù)據(jù)之和。通過輸出四十位的高低電平信號來傳輸溫濕度數(shù)據(jù)，每一位響應(yīng)時間在80100微秒左右。DHT21模塊具有三個管腳，分別接5V直流電源，接地以及數(shù)據(jù)輸出口。 //聲光報警程序}}溫濕度采集模塊使用傳感器DHT21。 // 905開始接收數(shù)據(jù) display()。 //單片機對905的配置寄存器進行配置while(1) //無限循環(huán){ SetRxMode()。 //OLED初始化CSH905()。 // 905開始接收數(shù)據(jù) display()。 //在屏幕上顯示發(fā)送成功標志SetRxMode()。 Delay905(500)。 TxBuf[3] = RxBuf[3]。 //將接收到的五組數(shù)據(jù)發(fā)送出去TxBuf[1] = RxBuf[1]。 TxPacket()。 LCD_P8x16Str(98,0,N)。 //這里是對905進行了配置Peizhi905()。 //OLED顯示程序}}中繼系統(tǒng)主程序解析：void main(){ LCD_Init()。 //延時函數(shù)等待發(fā)送完畢LCD_P8x16Str(98,0,S)。 //濕度小數(shù)部分TxBuf[4] = AD_DATA[0]。 //溫度小數(shù)部分TxBuf[2] = DHT1shishu。 //通過905發(fā)送數(shù)據(jù)TxBuf[0] = DHT2shishu。 //從ADC0809讀取模數(shù)轉(zhuǎn)換后的甲烷濃度SetTxMode()。 //在屏幕上顯示尚未發(fā)送標志while(1) //無限循環(huán){ RH()。 //單片機對905的配置寄存器進行配置SetTxMode()。 //OLED清屏CSH905()。 //顯示“正在預熱” delayqidong(600)。 //OLED初始化 init()。由無線模塊發(fā)送到中繼系統(tǒng)再發(fā)送到控制系統(tǒng)，由控制系統(tǒng)單片機進行處理，若超出限額則啟動聲光報警，若未超出限額則返回等待無線模塊接收新的數(shù)據(jù)，重新進行比較。各系統(tǒng)中OLED模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊，NRF905模塊完成初始化。單片機通過主程序的邏輯順序調(diào)用各個其他程序。中繼系統(tǒng)由OLED顯示程序，NRF905接收和發(fā)送程序以及主程序組成。對比項目方案一方案二溫度DHT11精確度1℃；有效量程0~50℃℃；有效量程 40~80℃濕度DHT11精確度1RH%%甲烷濃度MQ4經(jīng)ADC0809轉(zhuǎn)換成8位數(shù)字信號，精確度40ppm；有效量程0~10000ppm顯示屏LCD1602顯示2行16列；需要11個I/O口OLED顯示4行；需要4個I/O口無線傳輸，1Mkbps，短距傳輸NRF905工作在433Mhz，50kbps，傳輸距離長中繼器無延長傳輸距離器件成本以上傳感器各取一件和20元左右以上傳感器各取一件和65元左右程序分為三主體：監(jiān)測系統(tǒng)、中繼系統(tǒng)、控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)目前以NRF905SE模塊進行設(shè)計，可以達到300米的直線可視距離。因此選用方案二來實現(xiàn)本系統(tǒng)的設(shè)計。NRF2401更適應(yīng)于室內(nèi)短距離傳輸。方案二比方案一更加精確和適用。方案二相比方案一，制造成本高。方案二的設(shè)計思路對于溫濕度的采集精度更高，在顯示模塊顯示空間更大，并且無線傳輸距離大大增長。溫濕度傳感器改采用DHT11的升級芯片DHT21；顯示模塊使用OLED屏幕；無線模塊改使用NRF905芯片。根據(jù)礦井下環(huán)境復雜程度，設(shè)置N個中繼器用來接繼無線信號，直至發(fā)送到地面控制中心。礦井下，與方案一類似。系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集模塊、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊、顯示模塊、報警模塊、無線模塊以及無線中繼模塊組成。傳感器DHT1MQ4，顯示屏LCD1602以及無線模NRF2401都是市面上常見而且價格低廉的器件。單片機將采集到的信號還原攝氏溫度、相對濕度以及甲烷體積濃度，通過LCD1602顯示屏進行顯示，同時通過無線射頻芯片NRF2401發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。溫濕度傳感器DHT11采集到礦井下空氣溫濕度，向單片機輸出一組數(shù)字信號，經(jīng)單片機處理。通過控制系統(tǒng)實時顯示礦井下各項數(shù)據(jù)指標之外，還將數(shù)據(jù)與設(shè)定的安全值進行比較，超出或者低于安全值范圍，報警模塊發(fā)出相應(yīng)的聲光報警。礦井下，溫濕度傳感器和甲烷濃度傳感器進行數(shù)據(jù)采集，之后將采集到的數(shù)據(jù)通過模數(shù)轉(zhuǎn)換電路并送入單片機（監(jiān)測系統(tǒng)）中進行處理，在礦井下顯示實時監(jiān)測的結(jié)果，并將處理后的數(shù)據(jù)通過無線發(fā)射裝置發(fā)送至地面的控制中心。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、顯示模塊、報警模塊和無線模塊組成。系統(tǒng)利用溫濕度傳感器和瓦濃度傳感器將采集到的礦井溫濕度和瓦斯?jié)舛冉?jīng)過處理傳遞給單片機，單片機將得到的信息發(fā)送到地面控制中心進行處理，判斷是否超限，達到報警限度時單片機將發(fā)出指令進行聲音和燈光報警，未達到限度時屏幕實時顯示溫濕度和瓦斯?jié)舛?。在此基礎(chǔ)上，該設(shè)計系統(tǒng)還需要滿足在礦井下復雜環(huán)境中仍能保持有效及時監(jiān)測的能力。要求通過對礦井下溫度、濕度和瓦斯?jié)舛冗M行信息采集，當各項指標低于或高出設(shè)定的安全值時，單片機將發(fā)出報警信號并指示報警的指標。而單片機具有體積小，運行塊、穩(wěn)定、低廉等特點，所以基于單片機的礦井瓦斯檢測系統(tǒng)設(shè)計是勢在必行的。因此，根據(jù)我國的煤礦生產(chǎn)和管理模式，依照我國的有關(guān)技術(shù)標準，其技術(shù)的先進性、產(chǎn)品的可靠性和實用性則是本項目的關(guān)鍵所在，而且基于單片機的礦井瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)的研究和開發(fā)生產(chǎn)具有十分廣泛的現(xiàn)實市場和潛在的市場需求。隨著電子計算機技術(shù)的應(yīng)用，一套監(jiān)測系統(tǒng)除了能檢測出甲烷的濃度外，還可測一氧化碳、氫氣的濃度，同時又可以對井下設(shè)備的工作狀態(tài)進行監(jiān)控。 我國瓦斯監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)的研究工作起步較晚，國內(nèi)第一臺催化原理的瓦斯報警器是1958年出現(xiàn)，采用鉑絲元件位傳感器。%到16%時，遇到明火就會發(fā)生爆炸，給國家和人民的生命財產(chǎn)造成巨大的損失[4]。降低礦難的發(fā)生率就是提高了煤炭的生產(chǎn)效率[3]。影響煤礦安全生產(chǎn)的因素復雜繁多，包含瓦斯爆炸、透水事故、頂板事故等[2]。我國煤炭資源豐富，而石油，天然氣等資源匱乏的資源特點導致了煤炭將在未來的長時間內(nèi)是我國最主要的能源來源[1]。陜西理工學院畢業(yè)設(shè)計 基于單片機的礦井環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計 目 錄 1 1 12. 方案選擇 2 2 2 2 2 3 3 3 4 4 4 5 5 7 MQ4甲烷濃度傳感器以及A/D轉(zhuǎn)換程序 9 NRF905無線發(fā)送/中繼/接收程序 11 OLED顯示程序 14 14 17 17 A/D轉(zhuǎn)換模塊 18 19 OLED顯示模塊 20 NRF905無線模塊 21 21 22 235. 總結(jié) 24 24 24致謝 25參考文獻 26附錄1電路原理圖 27附錄2電路實物圖 28附錄3元器件清單 29附錄4源程序代碼 30附錄5外文翻譯中英文對照 54我國是世界上煤炭產(chǎn)量最高的國家。煤炭是我國使用的主要能源，每年煤炭占全年能源的使用量七成以上。近幾年以來煤礦事故屢見不鮮，事故率仍不容樂觀，保障煤礦安全生產(chǎn)對我過煤礦生產(chǎn)事業(yè)具有迫切需求。而瓦斯?jié)舛冗^高導致的爆炸事故危害最為嚴重。瓦斯是多種易燃易爆氣體的總稱，其主要成分是甲烷，它是在成煤過程中形成并大量貯存于煤層中的氣體，濃度過高時會導致人缺氧、呼吸困難、窒息等。所以，對瓦斯的濃度進行實時的檢測和報警以及對其采取相應(yīng)的控制措施在煤礦系統(tǒng)中有著非常現(xiàn)實的意義。1961年，由北京勞動保護研究所和和撫順煤礦安全儀器廠協(xié)作開展了研究工作，于1964年研制出我國第一個達到實用水平的載體催化元件，接著制成了以這種元件位傳感器的AQR1型瓦斯測量儀。當前我國礦井正在運行的瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)主要有三類：一是20世紀80年代初，從英、法、美、波蘭等國家引進的一批安全監(jiān)控系統(tǒng)，并通過消化和吸收研制出適用于我國煤礦實際情況的監(jiān)控系統(tǒng)，由于當時技術(shù)水平低和維護跟不上等原因系統(tǒng)已面臨更新改造的機遇；二是20世紀90年代后期，國內(nèi)各主要科研單位和生產(chǎn)廠家又相繼推出了MSNM、WEBGIS、KJF2000等監(jiān)控系統(tǒng)，但是整個系統(tǒng)的信息傳輸速率最高只能達到5000bps；三是21世紀以來，各個瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家都在原有基礎(chǔ)上推出了升級系統(tǒng)[5]。由于我國檢測技術(shù)應(yīng)用較晚，所以我國當前對瓦斯的檢測設(shè)備還存在很多的問題，例如，檢測設(shè)備的壽命周期短，易受礦井不良壞境的影響并且會導致檢測設(shè)備的工作性能不穩(wěn)定、檢測結(jié)果不準確，容易出現(xiàn)誤報警等現(xiàn)象，維護周期短且費用高[5]。利用單片機AT89C51作為核心控制器件，設(shè)計一種基于單片機的礦井環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)礦井環(huán)境的實時監(jiān)測與報警，及時有效的反映礦井下環(huán)境指標，保障安全生產(chǎn)。安全值可以人為調(diào)整。2. 方案選擇礦井環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)利用單片機AT89C51作為信息處理器和核心控制器件。單片機：STC89C52RC；采集模塊：溫濕度傳感器DHT1甲烷濃度傳感器MQ4；A/D轉(zhuǎn)換模塊：ADC0809；顯示模塊：LCD1602；無線模塊：NRF2401。 方案一設(shè)計結(jié)構(gòu)圖設(shè)計系統(tǒng)主要分為兩大部分。地面控制中心通過無線接收裝置收到處理后的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)。信息采集模塊主要采集溫度、濕度以及甲烷濃度三個指標，分別通過DHT11溫濕度傳感器、MQ4甲烷濃度傳感器實現(xiàn)。MQ4通過對甲烷等氣體的濃度感應(yīng)輸出模擬信號，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換成8位數(shù)字信號輸入單片機。方案一的設(shè)計思路具有廉價、易于實現(xiàn)的優(yōu)點。缺點在于傳感器精度不高，顯示屏顯示空間有限，無線傳輸距離較短。單片機：STC89C52RC；采集模塊：溫濕度傳感器DHT21(又名AMS2301)、甲烷濃度傳感器MQ4；A/D轉(zhuǎn)換模塊：ADC0809；顯示模塊：OLED；無線模塊：NRF905；無線中繼模塊：NRF905。設(shè)計系統(tǒng)主要分為三大部分。單片機（監(jiān)測系統(tǒng)）中進行處理，在礦井下顯示實時監(jiān)測的結(jié)果，并將處理后的數(shù)據(jù)通過無線發(fā)射裝置發(fā)送至中繼系統(tǒng)。各器件的工作方式同方案一。方案二針對方案一的缺點進行了改進。增加的中繼系統(tǒng)更加符合復雜礦井環(huán)境下的無線傳輸要求。將方案一與方案二進行如下對比。在無線模塊的選擇上。905系列具有NRF905B、NRF905SE、NRF905RD、RFC30系列等模塊，可以達到最低100米，最遠3000米的直線可視傳輸距離。這里選用NRF905芯片進行無線傳輸，根據(jù)不同的復雜礦井環(huán)境，可以選擇不同的905模塊。監(jiān)測系統(tǒng)由OLED顯示程序，DHT