煤礦瓦斯在線監(jiān)測與報警系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計

1、 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計課題：煤礦瓦斯在線監(jiān)測與報警系統(tǒng) 摘 要能源工業(yè)是一個國家經(jīng)濟發(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)。煤礦生產(chǎn)是地下作業(yè)，自然條件和生產(chǎn)條件都復(fù)雜，在采掘過程中出現(xiàn)的瓦斯涌出、煤塵飛揚、自然發(fā)火等都有可能造成嚴重事故。為了防止事故發(fā)生，保障礦工的健康和安全，促進生產(chǎn)發(fā)展，提高煤炭企業(yè)的經(jīng)濟效益，應(yīng)對井下的氣象進行檢測，對可能造成災(zāi)害事故的各種有的害氣體及礦塵進行及時而準確的檢測和嚴格控制，一旦發(fā)生災(zāi)變，必須及時救護遇難人員和處理事故。然而，中國煤炭行業(yè)的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。在這些

2、事故中，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。煤礦生產(chǎn)安全監(jiān)控系統(tǒng)，是目前為止實際通風(fēng)甲烷管理工作中最重要和最有效的自動化手段，已經(jīng)裝備監(jiān)控系統(tǒng)的煤礦的甲烷事故發(fā)生率大為下降，實踐證明，煤礦生產(chǎn)安全監(jiān)控系統(tǒng)對保障煤礦安全生產(chǎn)，提高煤礦生產(chǎn)率，提高煤礦自動化程度以及促進煤礦管理現(xiàn)代化水平，都有著舉足輕重的作用在文章里，我針對瓦斯的特點，設(shè)計出同時監(jiān)測高低濃度的瓦斯系統(tǒng)，全天候不間斷的對井下瓦斯?jié)舛冗M行監(jiān)測。同時采用聲光報警系統(tǒng)，一旦瓦斯超標，系統(tǒng)立即提醒正在井下作業(yè)的工人緊急撤離，避免人員傷亡，并且還運用紅外遙

3、控系統(tǒng)來進行遠程監(jiān)控。設(shè)計這種智能傳感器采用閉環(huán)控制來確保采樣的平穩(wěn)。該傳感器以at87c552單片機為核心，實現(xiàn)對瓦斯的檢測、報警和控制，安全可靠，經(jīng)久耐用，適合各類煤礦瓦斯的監(jiān)控，可以大大降低煤礦事故的發(fā)生，降低企業(yè)成本，提高煤炭開采率，為我國煤炭事業(yè)做出貢獻。關(guān)鍵字 瓦斯監(jiān)測 傳感器 單片機 聲光報警 a/d轉(zhuǎn)換電路 組態(tài)控制1.1 本課題的研究背景和意義 從我國煤炭生產(chǎn)的現(xiàn)狀及我國能源結(jié)構(gòu)規(guī)劃均可看出，在本世紀中葉以前，煤炭仍是支持我國國民經(jīng)濟發(fā)展的主要能源，煤炭生產(chǎn)，作為我國能源工業(yè)的支柱，其地位將是長期的、穩(wěn)定的，但是煤炭工業(yè)的安全生產(chǎn)狀況卻不容樂觀，中小型煤礦的情況尤為嚴重，已經(jīng)

4、直接威脅到整個煤炭工業(yè)的穩(wěn)定生產(chǎn)，給國家財產(chǎn)和人民生命造成了很大的損失，作為“萬惡之首”的甲烷爆炸事故更是重大事故發(fā)生率之首。在去年又接連發(fā)生了多起甲烷爆炸事故，事故的結(jié)果觸目驚心，因此通過強化甲烷管理，提高通風(fēng)、甲烷檢測監(jiān)控水平，已成為中小型煤礦甲烷檢測監(jiān)控的最迫切的任務(wù)之一。 煤礦生產(chǎn)安全監(jiān)控系統(tǒng)，是目前為止實際通風(fēng)甲烷管理工作中最重要和最有效的自動化手段，已經(jīng)裝備監(jiān)控系統(tǒng)的煤礦的甲烷事故發(fā)生率大為下降，實踐證明，煤礦生產(chǎn)安全監(jiān)控系統(tǒng)對保障煤礦安全生產(chǎn)，提高煤礦生產(chǎn)率，提高煤礦自動化程度以及促進煤礦管理現(xiàn)代化水平，都有著舉足輕重的作用。煤礦生產(chǎn)安全監(jiān)控系統(tǒng)雖在國內(nèi)已有生產(chǎn)和應(yīng)用，但還沒有一

5、種真正適合于中小型煤礦使用的產(chǎn)品，我國從八十年代初期開始引進煤礦生產(chǎn)安全監(jiān)控系統(tǒng)，歷經(jīng)了直接引進、消化吸收、仿制配套、自主開發(fā)的過程，但迄今為止的產(chǎn)品大多都是面對大型礦井設(shè)計的，而且自身尚有一些有待解決的問題，如:造價高，系統(tǒng)最基本的配置過于龐大，運行費用大傳感器測量穩(wěn)定性差，調(diào)校頻繁，壽命短 系統(tǒng)安裝、維護復(fù)雜，操作不便，人機界面較差系統(tǒng)設(shè)備可靠性差必須依賴專業(yè)的維護隊伍，對人員技術(shù)，素質(zhì)有較高的要求。國外的監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)理論上講高于國內(nèi)發(fā)展水平，但應(yīng)用于國內(nèi)煤礦尚有一定的局限性，如煤礦管理模式生產(chǎn)方式的不同，價格過高不適于國內(nèi)煤礦現(xiàn)有條件，除在傳感器技術(shù)方面可供借鑒外，其它僅具一定參考價值。

6、煤礦瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)的意義不言而喻。以山西省為例，近幾年，特別是2006年以來，山西省煤炭系統(tǒng)在黨和各級政府及安全部門的重視下，全省煤礦信息化工作有了新發(fā)展，取得了新成績。特別是由瓦斯監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)所形成的全省煤礦四級信息網(wǎng)絡(luò)平臺，是計算機網(wǎng)絡(luò)及信息技術(shù)用于瓦斯安全治理的一項創(chuàng)舉，極大的促進了山西煤炭信息化工作。山西省煤炭系統(tǒng)2005年底累計安裝使用瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)3868套。目前，該省國有重點煤礦121座礦井全部安裝了瓦斯監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，并全部聯(lián)網(wǎng)運行，在線運行率達100%。地方煤礦現(xiàn)有2806座礦井全部安裝了瓦斯監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，已連網(wǎng)運行2671座。這些系統(tǒng)的運用，極大的降低了煤礦瓦斯事故。 綜

7、上所述，開發(fā)研制適用于中小型煤礦生產(chǎn)安全監(jiān)控系統(tǒng)的任務(wù)迫在眉睫，而根據(jù)我國煤礦生產(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。沼氣(甲烷ch4的俗稱)礦井在我國煤礦生產(chǎn)礦井中所占比重很大，隨著礦井開采強度和深度的增加，沼氣涌出量也在不斷增加，沼氣積聚可能引起沼氣事故，及時掌握煤礦井下沼氣動態(tài)是一件十分重要的工作。1.2 國內(nèi)外發(fā)展概況及研究方向儀器不斷更新。其類型根據(jù)監(jiān)測對象可分為可燃性氣體監(jiān)測儀，毒性氣體監(jiān)測儀和氧氣監(jiān)測儀等；從儀器結(jié)構(gòu)和方法上分為袖珍式，便攜式和固定式。袖珍式儀器的采樣方法為擴散式，用于在危險環(huán)境中的工作人員隨身攜帶；便攜式

8、儀器采樣方法為泵吸式，用于監(jiān)測人員定期安檢；固定式儀器用于煤礦井下固定地點氣體監(jiān)測。世界各國均有煤礦瓦斯氣體監(jiān)測的系統(tǒng)，如波蘭的dan6400、法國的tf200、德國的minos和英國的senturion-200等，其中全礦井綜合監(jiān)測控制系統(tǒng)有代表性的產(chǎn)品有美國公司生產(chǎn)的msn系統(tǒng)，德國bebro公司的promos系統(tǒng)。但是這兩種系統(tǒng)只是基于井下監(jiān)測，并無數(shù)據(jù)上傳，不能實現(xiàn)智能化監(jiān)控。國外的監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)雖然高于國內(nèi)發(fā)展水平，但應(yīng)用于國內(nèi)煤礦尚有一定的局限性，如煤礦管理模式生產(chǎn)方式的不同，價格過高等。因此，除在傳感器技術(shù)方面可供借鑒外，其它僅具一定的參考價值。我國監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用較晚，8年代初，

9、從波蘭、法國、德國、英國和美國等引進了一批安全監(jiān)測系統(tǒng)，裝備了部分煤礦在引進的同時，通過消化、吸收并結(jié)合我國煤礦的實際情況，先后由重慶煤科院、遼寧撫順煤科院等國內(nèi)知名煤礦科學(xué)研究所研制出kj2、kj4、kj8、kj10、kj13、kj19、kj38、kj66、kj75、kj80、kj92、kj95、kj101等煤礦有害氣體監(jiān)測系統(tǒng)，在我國煤礦己有大量使用，但其中很大一部分儀表的傳輸數(shù)據(jù)是模擬方式，將氣體濃度轉(zhuǎn)化為脈沖量，易受礦井下強電磁設(shè)備干擾，造成監(jiān)測結(jié)果不準確，易出現(xiàn)誤報警等現(xiàn)象。2.1 煤礦瓦斯監(jiān)測與報警系統(tǒng)設(shè)計方案2.1.1 方案的選擇方案一，甲烷進入傳感器后，輸出電參量，該電參量的大

10、小隨著甲烷濃度成正比例的變化。輸出的電參量，一路直接送給電表指示出相應(yīng)的甲烷濃度，另一路由傳感器送到放大開關(guān)線路的輸入端。當(dāng)送給放大開關(guān)線路的電參量超過其動作閥值時，則放大開關(guān)線路動作驅(qū)動三極管導(dǎo)通報警電路。該方案有一定的靈活性和可執(zhí)性，但是電路比較復(fù)雜，智能性差。方案二，通過單片機作為主控單元，并且能夠通過傳感器把模擬信號通過a/d信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，能在短時間內(nèi)連續(xù)檢測出甲烷濃度的變化，針對不同的應(yīng)用場合做出不同的濃度設(shè)定。綜合考慮，由于使用單片機設(shè)計靈活性更強，使用更方便，所以本設(shè)計使用方案二2.1.2 系統(tǒng)的簡介這是一款基于基于單片機的井下瓦斯?jié)舛戎悄軅鞲衅?，該系統(tǒng)以單片機at87c5

11、52為核心，包含甲烷濃度采樣器、把220v的交流電轉(zhuǎn)換成5v的直流電源、紅外遙控系統(tǒng)、存儲器的擴展、lcd顯示器和報警裝置等組成。該傳感器可以有效的監(jiān)測井下低濃及高濃瓦斯，試用范圍非常廣泛。監(jiān)測到的信息傳輸?shù)絾纹瑱C，經(jīng)單片機處理后發(fā)出指令，如果瓦斯超過規(guī)定值，該系統(tǒng)可以立即發(fā)出聲光報警并自動發(fā)出執(zhí)行指令以降低瓦斯?jié)舛?。該系統(tǒng)可有效的降低瓦斯事故發(fā)生率，結(jié)構(gòu)靈活，擴展性強，具有較高的性價比，at87c552的應(yīng)用實現(xiàn)了電子硬件設(shè)計的“軟件化”，大大的提高了系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力，非常實用于各種大小煤礦井下瓦斯的監(jiān)測監(jiān)控，性能優(yōu)良，經(jīng)久耐用，可靠性高。2.1.3 系統(tǒng)原理的介紹 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如

12、圖2-1所示瓦斯傳感器at87c552晶振復(fù)位電路報警電路顯示電路電源電路放大電路2.1.4 系統(tǒng)的工作原理在催化元件電源端加上一正電壓，使催化元件開始工作，輸出與瓦斯?jié)舛认鄬?yīng)的電壓信號，送到a/d轉(zhuǎn)換，a/d轉(zhuǎn)換電路將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號送入cpu, cpu對采樣值進行數(shù)值計算，處理后，驅(qū)動顯示器顯示出被測氣體中的瓦斯?jié)舛戎?，若被測氣體中瓦斯?jié)舛瘸^報警電路預(yù)定的數(shù)值時，報警電路即發(fā)出聲、光報警信號。2.2.1瓦斯?jié)舛葯z測儀的分類(1)光干涉式光干涉式是利用光波對空氣和瓦斯折射率不同所產(chǎn)生的光程差，引起干涉條紋移動來實現(xiàn)對不同瓦斯?jié)舛鹊臏y定。其優(yōu)點是準確度高，堅固耐用，校正容易，高低濃度

13、均可測量，還可測量二氧化碳濃度；其缺點是濃度指示不直觀，受氣壓溫度影響嚴重；光學(xué)零件加工復(fù)雜，成本較高和實現(xiàn)自動檢測較困難。(2)熱催化式熱催化式是利用瓦斯在催化元件上的氧化生熱引起其電阻的變化來測定瓦斯?jié)舛?。其?yōu)點是元件和儀器的生產(chǎn)成本低，輸出信號大，對于1%氣樣，電橋輸出可達15mv以上，處理和顯示都比較方便，所以儀器的結(jié)構(gòu)簡單，受背景氣體和溫度變化的影響小，容易實現(xiàn)自動檢測。其缺點是探測元件的壽命較短，不能測高濃度瓦斯，硫化氫及硅蒸氣會引起元件中毒而失效。目前國內(nèi)外檢測瓦斯的儀器廣泛采用這一原理。(3)熱導(dǎo)式熱導(dǎo)式是利用瓦斯與空氣熱導(dǎo)率之差來實現(xiàn)瓦斯?jié)舛鹊臏y定。其優(yōu)點是熱導(dǎo)元件和儀器設(shè)計

14、制作比較簡單，成本低、量程大，可連續(xù)檢測，有利于實現(xiàn)自動遙測，被測氣體不發(fā)生物理化學(xué)變化，讀數(shù)穩(wěn)定，元件壽命長。其缺點是測量低濃度瓦斯時輸出信號小，受氣溫及背景氣體的影響較大。(4)紅外線式紅外線式是利用瓦斯分子能吸收特定波長的紅外線來測定瓦斯?jié)舛?。其?yōu)點是采用這一原理的儀器精度高，選擇性好，不受其它氣體影響，測量范圍寬，可連續(xù)檢測；其缺點是由于有光電轉(zhuǎn)換精密結(jié)構(gòu)，使制造和保養(yǎng)產(chǎn)生困難，而且體積大，成本高，耗電多，因此推廣使用受到一定限制。(5)氣敏半導(dǎo)體式氣敏半導(dǎo)體的種類較多，如氧化錫、氧化鋅等燒結(jié)型金屬氧化物。這一原理是利用氣敏半導(dǎo)體被加熱到200時，其表面能夠吸附瓦斯而改變其電阻值來檢測

15、瓦斯?jié)舛取Ｆ鋬?yōu)點是對微量瓦斯比較敏感，結(jié)構(gòu)簡單、成本低。但當(dāng)濃度大于1%ch4時，其反應(yīng)遲鈍，選擇性和線性均較差，所以很少用于煤礦井下瓦斯?jié)舛鹊臋z測，而多用于可燃氣體的檢漏報警。(6)聲速差式在溫度為22、氣壓為101325pa條件下，聲波在瓦斯中的傳播速度為432m/s，而在清潔空氣中為3m/s。比較這兩種速度就可測定高濃度瓦斯。其優(yōu)點是讀數(shù)不受氣壓影響，對背景氣體、粉塵及氣溫變化很敏感，其缺點是不適合測量低濃度瓦斯，一般只用來檢測礦井抽放瓦斯管道中的瓦斯?jié)舛?。根?jù)設(shè)計要求及各類檢測儀的優(yōu)缺點，本課題設(shè)計采用熱催化式工作原理。2.2.2瓦斯監(jiān)測裝置傳感元件概述傳感元件是被測物理量的敏感原件，

16、是各類傳感器的檢出元件。煤礦監(jiān)測瓦斯?jié)舛茸兓膫鞲性饕幸韵聨追N類型：1）純鉑絲傳感元件純鉑絲傳感元件具有對沼氣濃度變化反應(yīng)靈敏的優(yōu)點外，還具有耐氧化、抗毒性能好的優(yōu)點。但是，鉑絲元件在還原性介質(zhì)中連續(xù)工作時，尤其在高溫條件下工作，很容易被還原出來的氣體所污染，使鉑絲變細和變脆，從而，影響元件電阻與溫度的對應(yīng)關(guān)系，引起儀器出現(xiàn)零點漂移和精度降低，同時，也會大大降低元件使用壽命。因此缺陷影響了該元件的推廣。2）載體催化燃燒式傳感元件載體催化燃燒式傳感元件，屬于氣敏熱效應(yīng)型傳感器。其特點是體積小，結(jié)構(gòu)簡單，功耗低，性能較穩(wěn)定及使用壽命長，目前已成為國內(nèi)外檢測瓦斯的主要傳感元件，特別是我國和英、

17、日、美諸國應(yīng)用尤為廣泛。3）熱導(dǎo)式傳感元件此類傳感元件不適于低濃度瓦斯的檢測。4）聲波傳感元件聲波及超聲波傳感器，廣泛應(yīng)用于水下探測，地震檢測等方面。煤礦也可利用聲波傳感器進行瓦斯及其它參數(shù)的檢測。但其敏感性不強，分辨率較差，只適用于高濃度瓦斯變化的檢測。5）氣敏半導(dǎo)體傳感元件氣敏半導(dǎo)體傳感元件由某些金屬氧化物制成。它可以定量或定性的檢測各種還原性氣體，可燃性氣體。氣敏半導(dǎo)體傳感器制造簡單，使用方便，但需要兩組電源，耗電量大，且對被吸附氣體的選擇性較差。6）紅外激光譜吸收原理傳感元件紅外激光測試瓦斯含量選擇性能好，靈敏度高，其存在的技術(shù)問題是激光器電源電壓高，設(shè)備結(jié)構(gòu)和制造工藝比較復(fù)雜。我國目

18、前的瓦斯檢測裝置幾乎全部采用熱催化原理檢測瓦斯。熱催化原理有一定的局限性，但是卻具有價格低廉的特點，易于煤礦量大面廣的使用，使用載體催化元件檢測占據(jù)了礦井瓦斯和多種易燃易爆氣體檢測領(lǐng)域的首位。其工作原理是利用可燃氣體在催化劑的作用下進行無煙燃燒，產(chǎn)生熱量，使元件電阻溫度升高而發(fā)生變化，測知瓦斯的濃度。這種傳感器的優(yōu)點是精度較高，輸出信號較大（1% ch4時，輸出電壓可達2025mv），且不受其它可燃氣和灰塵存在的影響。由于在實際煤礦井下工作中，應(yīng)用比較普遍的是載體催化燃燒式檢測儀器。所以在設(shè)計中我們對其工作原理進行介紹，也選用此種工作原理的傳感器。2.2.3瓦斯傳感器檢測范圍的選擇不同的瓦斯傳

19、感元件有不同的瓦斯?jié)舛葯z測范圍，在選擇元件時要結(jié)合實際煤礦生產(chǎn)過程相關(guān)規(guī)程對瓦斯?jié)舛鹊囊?。煤礦安全規(guī)程對井下各點瓦斯?jié)舛鹊囊?guī)定如下： 1）礦井總回風(fēng)巷或一翼回風(fēng)巷風(fēng)流中瓦斯?jié)舛瘸^0.75，礦總工程師必須立即查明原因，進行處理，并報告礦務(wù)局總工程師。2）采區(qū)回風(fēng)巷、采掘工作面回風(fēng)巷風(fēng)流中瓦斯?jié)舛瘸^1%時，必須停止工作，撤出人員，并由礦總工程師負責(zé)采取措施，進行處理。3）綜合機械化、水采和煤層厚度小于0.8米的保護層的采煤工作面，經(jīng)抽放瓦斯和增加風(fēng)量已達到最高允許風(fēng)速后，其回風(fēng)巷風(fēng)流中瓦斯?jié)舛热圆荒芙档偷?1%以下時，經(jīng)礦務(wù)局局長批準，瓦斯?jié)舛茸罡卟坏贸^1.5，并應(yīng)符合下列要求：工作面的風(fēng)

20、流控制必須可靠；通風(fēng)巷必須保持設(shè)計斷面；必須制定安全措施，配有專職瓦斯檢查員并安設(shè)瓦斯自動檢測報警斷電裝置。4）采掘工作面風(fēng)流中瓦斯?jié)舛冗_到1%時，必須停止用電鉆打眼；放炮地點附近20米以內(nèi)風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛冗_到1%時，嚴禁放炮。采掘工作面風(fēng)流中瓦斯?jié)舛冗_到1.5時，必須停止工作，撤出人員，切斷電源，進行處理；電動機或其開關(guān)地點附近20米以內(nèi)風(fēng)流中瓦斯?jié)舛冗_到1.5時，必須停止運轉(zhuǎn)，撤出人員，切斷電源，進行處理。5）采掘工作面內(nèi)，體積大于0.5立方米的空間，局部積聚瓦斯?jié)舛冗_到2%時，附近20米內(nèi)，必須停止工作，撤出人員，切斷電源，進行處理。6）綜合機械化采掘工作面，應(yīng)在采煤機和掘進機上安設(shè)機載

21、式斷電儀，當(dāng)其附近瓦斯?jié)舛冗_到1%時報警，達到1.5時必須停止工作，切斷采煤機和掘進機的電源。結(jié)合以上規(guī)程與現(xiàn)有瓦斯傳感器檢測范圍，我們可以設(shè)計檢測范0%4%的煤礦瓦斯監(jiān)測預(yù)報裝置，是完全滿足煤礦安全規(guī)程的要求的。要進行個具體的測量工作，首先要考慮采用何種傳感器，而這需要分析多方面的因素之后才能確定。因為，即使是測量同一物理量，也有多種原理的傳感器可供選用，哪一種原理的傳感器更為合適，則需要根據(jù)被測量的特點和傳感器的使用條件考慮以下一些具體問題：1)量程的大?。?)被測位置對傳感器體積的要求；3)測量方式為接觸式還是非接觸式；4)信號的引出方法，有線或是非接觸測量；5)傳感器的來源，國產(chǎn)還是進

22、口，還是自行研制，價格能否承受。熱催化原理又稱催化燃燒原理。利用該原理的甲烷測定器是當(dāng)前國內(nèi)測量低濃度甲烷的檢測儀器中采用最廣泛的一種，而且還在不斷的提高和發(fā)展。其基本原理是根據(jù)甲烷在一定的溫度條件下氧化燃燒，且在一定的濃度范圍內(nèi)，不同濃度的甲烷在燃燒過程中要釋放出熱量不同的特性，來達到測定甲烷濃度的目的在考慮上述問題之后我們選擇mq-5傳感器圖2.3圖2.4mq-5氣敏元結(jié)構(gòu)形如圖2.3所示(結(jié)構(gòu)a或b),由微型al2o3陶瓷管、sno2敏感層,測量電極加熱器構(gòu)成敏感元固定塑料或不銹鋼制成腔體，加熱器氣敏元提供必工作條。封裝好氣敏元有6只針狀管腳，其4個于信號出，2個于提供加熱電流設(shè)計mq-

23、5接線如圖2.4所示，實際測量，以按照其等效電路計算相應(yīng)校數(shù)值，其ro表示測量氣體腔體等效電阻，rl接載電阻，調(diào)整輸出模擬量電壓范圍，具體數(shù)值應(yīng)根據(jù)a/d轉(zhuǎn)換器輸入范圍確定輸入范圍05v， rl調(diào)整至該范圍，保證測量量程足夠。表2.5 甲烷濃度測試計算 濃度（ppm）計算值100500800100020003000500010000rs/r00.90.70.550.50.40.350.280.2rs(k)4.683.6362.85842.59562.07721.8181.45441.040442.5832.8953.1813.2913.5323.6684.5834.96顯示讀數(shù)=1321481

24、62168180187234253其：rl5k；ro=5.2k； rl載電阻；ro敏感體電阻；rs 表示傳感器在不同濃度氣體中的電阻值 ro 表示傳感器在1000ppm 氫氣中的電阻值圖中所有測試都是在標準試驗條件下完成的。圖2.6 mq-5特性曲線mq-5 可燃氣體檢測用特點： 應(yīng)用在較寬的濃度范圍內(nèi)對可燃氣體有良好的靈敏度。家庭用氣體泄漏報警器對丁烷、丙烷、甲烷的靈敏度較高 工業(yè)用可燃氣體報警器長壽命、低成本 便攜式氣體檢測器簡單的驅(qū)動電路即可 mq-5氣體傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫(sno2)。當(dāng)傳感器所處的環(huán)境中存在可燃氣體時，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中可燃氣

25、體濃度的增加而增大。使用簡單的電路即可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對應(yīng)的輸出信號。 mq-5傳感器對丁烷、丙烷、甲烷的靈敏度高，對甲烷和丙烷可較好的兼顧。這種傳感器可檢測多種可燃氣體，是一款適合多種應(yīng)用的低成本傳感器。圖2.6是傳感器典型的靈敏度特性曲線。圖中縱坐標為傳感器的電阻比（rs/ro），橫坐標為氣體濃度。 rs 表示傳感器在不同濃度氣體中的電阻值 ro 表示傳感器在1000ppm氫氣中的電阻值圖中所有測試都是在標準試驗條件下完成的。傳感器的基本測試電路：該傳感器需要施加2 個電壓，加熱器電壓（vh）和測試電壓（vc）。其中vh用于為傳感器提供特定的工作溫度。vc 則是用于測定與

26、傳感器串聯(lián)的負載電阻（rl）上的電壓（vrl）。這種傳感器具有輕微的極性，vc 需用直流電源。在滿足傳感器電性能要求的前提下，vc 和vh 可以共用同一個電源電路。為更好利用傳感器的性能，所以需要選擇恰當(dāng)?shù)膔l值。 規(guī)格： a. 標準工作條件符號 參數(shù)名稱 技術(shù)條件 備注 vc 回路電壓 24v dc vh 加熱電壓 5.0v0.2v ac or dc rl負載電阻可調(diào)rh加熱電阻 313室溫ph加熱功耗 900mw b.環(huán)境條件符號 參數(shù)名稱 技術(shù)條件 備注 tao 使用溫度 -1050 tas 儲存溫度 -2070 r 相對濕度小95 r o2 氧氣濃度 21(標準條件) 氧氣濃度會影響靈

27、敏度特性 最小值大于 c.靈敏度特性 符號 參數(shù)名稱 技術(shù)參數(shù) 備注 r敏感體表面電阻 2k-20k (2000ppm c3h8 ) 適用范圍： 300-10000ppm 甲烷，丙烷，丁烷，氫氣 (r1000ppm/ r500ppm h2) 濃度斜率 0.6 標準工作條件 溫度202 vc:5.0v0.1v 相對濕度： 655 vh: 5.0v0.1v 預(yù)熱時間 不少于48小時 敏感體功耗（ps）值可用下式計算： 傳感器電阻（rs），可用下式計算： ps=vc2rs/(rs+rl)2 rs=(vc/vrl-1)rl d.靈敏度調(diào)整： mq-5型氣敏元件對不同種類，不同濃度的氣體有不同的電阻值。

28、因此，在使用此類型氣敏元件時，靈敏度的調(diào)整是很重要的。 第二章 系統(tǒng)功能介紹1單片機at89s51經(jīng)綜合分析選用單片機at89s51適合。at89s51是一種低功耗高性能的8位單片機，片內(nèi)帶有一個4kb的flash在線可編擦除只讀存儲器，它采用了cmos工藝和atmel公司的高密度非易失性存儲器技術(shù)，而且其輸出引腳和指令系統(tǒng)和51系列單片機兼容。片內(nèi)的存儲器允許在線重新編程或用常規(guī)的非易失性存儲器編程器來編程。同時已具有三級程序存儲器保密的性能。在眾多的51系列單片機中，要算atmel公司的at89s51更實用，因為它不僅和mcu-51系列單片機指令、管腳完全兼容，而且它將通用cpu和在線可編

29、程flash集成在一個芯片上。這種單片機對開發(fā)設(shè)備的要求很低，開發(fā)時間也大大縮短。 1.1 at89s51的引腳說明at89s51是一個低功耗高性能單片機，40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（i/o）端口，同時內(nèi)含2個外中斷口，2個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，at89s51可以按照常規(guī)方法進行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和flash存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。圖2-1 at89s51引腳圖vcc(40腳)：供電電壓。gnd(20腳)：接地。p0口(32腳39腳)：p0口為一個8位漏級開路雙向i/o口，每腳可吸收8tt

30、l門電流。當(dāng)p1口的管腳第一次寫“1”時，被定義為高阻輸入。p0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在fiash編程時，p0 口作為原碼輸入口，當(dāng)fiash進行校驗時，p0輸出原碼，此時p0外部必須被拉高。p1口(1腳8腳)：p1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向i/o口，p1口緩沖器能接收輸出4ttl門電流。p1口管腳寫入“1”后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，p1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在flash編程和校驗時，p1口作為第八位地址接收。 p2口(21腳28腳)：p2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口，p2口緩沖器可接收，輸出

31、4個ttl門電流，當(dāng)p2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，p2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。p2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，p2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，p2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。p2口在flash編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 p3口(10腳17腳)：p3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向i/o口，可接收輸出4個ttl門電流。當(dāng)p3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低

32、電平，p3口將輸出電流（ill）這是由于上拉的緣故。 p3口也可作為at89s51的一些特殊功能口，p3口管腳備選功能如下表所示：表2-1 p3口第二功能引 腳第 2 功 能p3.0rxd（串行口輸入端）p3.1txd（串行口輸出端）p3.2/int0（外部中斷0請求輸入端，低電平有效）p3.3/int1（外部中斷1請求輸入端，低電平有效）p3.4t0（定時器/計數(shù)器0計數(shù)脈沖輸入端）p3.5 t1（定時器/計數(shù)器1計數(shù)脈沖輸入端）p3.6/wr（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通信號輸出端，低電平有效）p3.7 /rd（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通信號輸出端，低電平有效）p3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制

33、信號。rst（9腳）：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持rst腳兩個機器周期的高電平時間。 ale/prog（30腳）：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在flash編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ale端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ale脈沖。如想禁止ale的輸出可在sfr8eh地址上置0。此時， ale只有在執(zhí)行movx，movc指令是ale才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ale禁止，置位無效

34、。/psen（29腳）：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/psen有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/psen信號將不出現(xiàn)。 /ea/vpp（31腳）：當(dāng)/ea保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000h- ffffh），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/ea將內(nèi)部鎖定為reset；當(dāng)/ea端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在flash編程期間，此引腳也用于施加12v編程電源（vpp）。xtal1（19腳）：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。xtal2（18腳）：來自反向振蕩器的輸出。1.2單片機的i/o口擴展器件

35、由于單片機本身只有4個8位并行輸入輸出i/o接口，1個串行i/o接口，非常有限，所以當(dāng)i/o口不能滿足設(shè)計需求時則需要我們進行i/o口的擴展。其擴展方法為根據(jù)需要在串行口上外接1個或多個移位寄存器。由電路原理圖我們可以看到此次我們單片機89s51的i/o口分配如下：p0口：a/d轉(zhuǎn)換器icl7109轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)的輸入接口p1口：其中p1.0接+5v的直流蜂鳴器當(dāng)p1.0=0時蜂鳴器蜂鳴p1.1接發(fā)光二極管led,當(dāng)p1.1=1時發(fā)光二極管發(fā)光，其和蜂鳴器結(jié)合就是我們所要實現(xiàn)的聲光報警。p1.2接排風(fēng)扇的繼電器部分p1.3p1.6作為數(shù)碼管顯示部分的位選p1.7作為7109的片選p2口我們僅用了

36、p2.6和p2.7作為7109的數(shù)據(jù)選通端p3：p3.0（rxd）和p3.1（txd）用于i/o口的擴展所以很顯然我們要對單片機進行擴展i/o口，下圖所示為用串行口擴展i/o口的電路： rxd txd 單片機dsadsb 74ls164cpq0 q7圖2-2 i/o口擴展電路其中芯片74ls164為帶清零端的串行輸入/并行輸出移位寄存器（8位），其管腳圖和功能表如下圖2-3 74ls164的管腳圖表2-2 74ls164功能表 輸 入 輸 出clk a b l l l l h l qa0 qb0 qh0 h h h h qan qgn h l l qan qgn h l l qan qgnh=

37、高電平 l=低電平 =任意 =電平上升在使用時將a,b并接作為數(shù)據(jù)的串行輸人端,clk作為時鐘端。串行輸入時，先將數(shù)據(jù)在a,b端準備好，在clk端產(chǎn)一上升沿，則一位數(shù)據(jù)移至最低位qa;再將下一位數(shù)據(jù)準備好后，在clk端產(chǎn)生下一上升沿，則下一位數(shù)據(jù)移至次低位qb,其余位順次從低位到高位移動，這種時序符合串行器件特性，即把164當(dāng)成一典型串行外設(shè)，可以用普通i/o口模擬其時序?qū)?shù)據(jù)移入。1.3濃度測試部分電路 mq-5瓦斯?jié)舛葴y試部分電路是由氣體傳感器mq-5組成的，其作用為將瓦斯氣體的體積分數(shù)轉(zhuǎn)化成對應(yīng)的模擬電壓信號并輸出出來。1.3.1 mq-5的結(jié)構(gòu)外形mq-5氣敏元件的結(jié)構(gòu)和外形如圖3-1

38、所示，由微型al2o3陶瓷管、sno2 敏感層,測量電極和加熱器構(gòu)成的敏感元件固定在塑料或不銹鋼制成的腔體內(nèi)，加熱器為氣敏元件提供了必要的工作條件。封裝好的氣敏元件有6只針狀管腳，其中4個用于信號取出，2個用于提供加熱電流。 結(jié)構(gòu) 外形圖3-1 mq-5的結(jié)構(gòu)和外形其中部件材料1氣體敏感層二氧化錫2電極金（au）3測量電極引線鉑（pt）4加熱器鎳鉻合金（nicr）5陶瓷管三氧化二鋁6防爆網(wǎng)100目雙層不銹鋼(sub316)7卡環(huán)鍍鎳銅材（nicu）8基座膠木9針狀管腳鍍鎳銅材（nicu）1.3.2 mq-5標準工作條件mq-5的標準工作條件見表3-1：表3-1 mq-4的標準工作條件符號參數(shù)名

39、稱技術(shù)條件備注vc回路電壓15vac or dcvh加熱電壓5.0v0.2vac or dcrl負載電阻可調(diào)rh加熱電阻313室溫ph加熱功耗900mw3.3 mq-5的環(huán)境條件mq-5的環(huán)境條件見表3-2：表3-2 mq-5的環(huán)境條件符號參數(shù)名稱技術(shù)條件備注tao使用溫度-10-50tas儲存溫度-20-70rh相對濕度小于 95%rho2氧氣濃度21%(標準條件)氧氣濃度會影響靈敏度最小值大于2%3.4 mq-5的測試電路及靈敏度調(diào)節(jié)（1）測試電路我們設(shè)計的mq-5測試電路如圖3-2所示，其中可調(diào)節(jié)電阻r3是用來調(diào)整傳感器的靈敏度的。圖3-2 測試電路（2）靈敏度調(diào)節(jié)在對mq-5的靈敏度進

40、行調(diào)節(jié)之前首先要就要了解其靈敏度特性。具體的靈敏度特性見表3-3及圖3-3表3-3 mq-5的靈敏度特性符號參數(shù)名稱技術(shù)參數(shù)備注rs敏感體表面電阻1060（5000ppmch4）適用范圍：30010000ppm甲烷，天然氣(1000ppm/5000ppmch4)濃度斜率0.6標準工作條件溫度：202 vc:5.0v0.1v相對濕度：65%5% vh:5.0v0.1v預(yù)熱時間不少于24小時圖3-3 mq-5型氣敏元件的靈敏度特性 其中：溫度為20、相對濕度為65%、氧氣濃度為21% rl=20k rs是指元件在不同氣體，不同濃度下的電阻值。r0是指元件在潔凈空氣中的電阻值。 由上可得mq-5型氣

41、敏元件對不同種類，不同濃度的氣體有不同的電阻值。 因此，在使用此類型氣敏元件時，靈敏度的調(diào)整是很重要的。在這里我們用5000ppm甲烷校準傳感器進行校準。其校準過程如下：在測試條件下對傳感器進行校準時，我們進行硬件部分電路的調(diào)試。在調(diào)節(jié)確定mq-5的可調(diào)負載電阻值時，以空氣中甲烷濃度值為5000ppm時作為校準，此時觀察顯示部分電路，又因為要求顯示的瓦斯?jié)舛染纫髢?yōu)于5%，即準確顯示的范圍為5000ppm（15%）也就是4750ppm5250ppm的范圍內(nèi)，若不在該范圍內(nèi)則說明甲烷傳感器的靈敏度不夠高，需要進行調(diào)節(jié)。而靈敏度的調(diào)節(jié)是依靠調(diào)節(jié)負載電阻rl來實現(xiàn)的。我們調(diào)節(jié)rl使顯示的瓦斯?jié)舛戎?/p>

42、盡可能與實際相符合。這樣確定下來的rl的阻值，換言之傳感器的靈敏度也就確定下來了，此時我們已經(jīng)完成了甲烷傳感器的校準。校準后的傳感器就可以用來監(jiān)測實際中各個不同的瓦斯?jié)舛攘?。第三?a/d轉(zhuǎn)換電路icl7109 3.1 icl7109芯片簡介圖4-1 icl7109的管腳圖由icl7109的引腳圖可見其采用40腳封裝，其中各個引腳的功能意義如下：1腳：gnd，邏輯地。2腳：status，工作狀態(tài)輸出端。該信號為“1”時表示正在轉(zhuǎn)換，為“0”時表示轉(zhuǎn)換完畢。3腳：pol，極性輸出端。為“1”時表示正信號輸入，為“0”時表示負信號輸入。4腳：or，超量程輸出端。為“1”時表示溢出，為“0”時表示正

43、常。 516腳：12位二進制數(shù)據(jù)輸出端。 17腳：test，自身功能檢測端。 18腳：，低8位數(shù)據(jù)輸出選通端，低電平有效。 19腳：（為低），高4位及極性位、溢出位選通端，低電平有效。 20腳：/，片選端，低電平有效，并同時配合21腳mode信號工作。 2l腳：mode，工作方式選擇端。低電平時轉(zhuǎn)換器為直接輸出方式，此時可在片選和字節(jié)使能的控制下直接讀取數(shù)據(jù)；高電平脈沖時轉(zhuǎn)換器處于uart方式，并在輸出兩個字節(jié)的數(shù)據(jù)后返回到直接輸出方式。當(dāng)輸入高電平時，轉(zhuǎn)換器將在信號交換方式的每一轉(zhuǎn)換周期的結(jié)尾輸出數(shù)據(jù)。 22、23腳：oscin、oscout，時鐘輸入、輸出端。 24腳：oscset，時鐘振

44、蕩器方式選擇端，高電平時采用rc振蕩器工作方式，低電平時采用品體振蕩器工作方式。 25腳：bufout，時鐘緩沖器輸出端。 26腳：，轉(zhuǎn)換控制端。高電平時，每經(jīng)8192個時鐘完成一次轉(zhuǎn)換；低電平時，轉(zhuǎn)換器將立即結(jié)束消除積分階段并跳至自動調(diào)零階段，從而縮短了消除積分階段，提高了轉(zhuǎn)換速度。 27腳：send，與外設(shè)進行數(shù)據(jù)交換控制端。 28、40腳：v-、v+，電源負與電源正端。 29腳：refout，基準電壓輸出端，一般為+2.8v，經(jīng)電阻分壓輸出。 30腳：buf，緩沖放大器輸出端，接積分電阻。 31腳：az，自零電容端，接自零電容。 32腳：int，積分器輸出端，接積分電容。 33腳：com

45、，模擬公共端。 34、35腳：inlo、inhi，差分輸入低端與高端。36、39腳：ref in+、ref in-，基準電壓輸入正端與負端37、38腳：refcap+、refcap-，基準電容輸入端。3.2 a/d轉(zhuǎn)換部分電路a/d轉(zhuǎn)換部分電路是由a/d轉(zhuǎn)換器icl7109構(gòu)成的，其主要作用是將氣體傳感器mq-4所得到的模擬電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量（該模擬電壓信號與瓦斯氣體的體積分數(shù)相對應(yīng)），便于輸入到單片機中進行數(shù)據(jù)處理。圖4-2 a/d轉(zhuǎn)換電路前面我們已經(jīng)分析過氣體傳感器mq-4完全符合此次設(shè)計的要求，所以在這里mq-4的作用就是將氣體瓦斯的濃度轉(zhuǎn)換成與之相對應(yīng)的模擬電壓信號。我們需要將該模擬

46、信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，只有這樣才能經(jīng)過單片機進行處理。在這里我們經(jīng)過a/d轉(zhuǎn)換器icl7109將其進行轉(zhuǎn)換。icl7109為12位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，數(shù)據(jù)可分為低8位和高4位分時傳送給單片機，由我們的電路圖我們可以看出工作方式選擇端mode我們直接接地了，也就是說現(xiàn)在轉(zhuǎn)換器的工作方式為直接輸出方式，在該工作方式下我們可以在片選和字節(jié)使能的控制下直接讀取數(shù)據(jù)。而且工作狀態(tài)輸出端status與單片機的int1直接相連，這樣完成一次轉(zhuǎn)換便能向單片機發(fā)出一個中斷信號，表明數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換已完成，單片機此時可以接收數(shù)據(jù)。具體的數(shù)據(jù)傳輸過程是由7109的片選及低8位數(shù)據(jù)輸出選通端（低電平有效）和高4位數(shù)據(jù)輸出選通端（也是低

47、電平有效）配合來完成，同時也兼作極性位、溢出位選通端（主要用于判斷傳輸數(shù)據(jù)的正誤），我們將，分別接至單片機的p2.6和p2.7，同時將7109的片選端接至p1.7容易得知當(dāng)p1.7為低（也就是說此時7109被選中可以進行數(shù)據(jù)的傳輸）且p2.6為低時低8位數(shù)據(jù)進行傳輸，而當(dāng)p2.7為低時高4位數(shù)據(jù)進行傳輸。第四章 數(shù)據(jù)顯示電路4.1 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3-3所示。ag和dp為8個發(fā)光二極管，其中ag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

48、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5-1 led引腳圖各段碼位的對應(yīng)關(guān)系如下表：表5-1 段碼位與顯示位對應(yīng)關(guān)系表段碼位d7d6d5d4d3d2d1d0顯示段dpgfedcba字型和對應(yīng)的共陰極段碼如下表： dec 47h查出顯示碼送p2口并調(diào)用顯示延時2ms選通個位,顯示碼表地址送dptr從70h取出顯示碼送累加器a顯示延時計數(shù)器47h等0么？ dec 47h查出顯示碼送p2口并調(diào)用顯示延時2ms選通個位,顯示碼表地址送dptr從70h取出顯示碼送累加器a顯示延時計數(shù)器47h等0么？表5-2 十六進制數(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03fh96fh10

49、6ha77h25bhb7ch34fhc39h466hd5eh56dhe79h67dhf71h707h空白00h87fhp73h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4.2 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

50、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顯示器的公共端進行控制，位控信號的數(shù)目與顯示器的位數(shù)相同。圖5-2 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p1.3p1.6。這種設(shè)計是為了采用動態(tài)顯示方式。聲光報警電路是由蜂鳴器和發(fā)光二極管組成的，用p1.0和p1.1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

51、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3-7所示。圖6-2聲光報警電路第五章 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。5.1 主程序單片機系統(tǒng)上電后，首先要對系統(tǒng)進行初始化，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

52、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)舛鹊倪M行檢測，將瓦斯?jié)舛戎档倪M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。開 始初始化調(diào)顯示子程序圖5-1 主程序流程圖第五章 數(shù)據(jù)顯示電路5.1 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3-3所

53、示。ag和dp為8個發(fā)光二極管，其中ag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5-1 led引腳圖各段碼位的對應(yīng)關(guān)系如下表：表5-1 段碼位與顯示位對應(yīng)關(guān)系表段碼位d7d6d5d4d3d2d1d0顯示段dpgfedcba字型和對應(yīng)的共陰極段碼如下表： dec 47h查出顯示碼送p2口并調(diào)用顯示延時2ms選通個位,顯示碼表地址送dptr從70h取出顯示碼送累加器a顯示延時計數(shù)器47h等0么？ dec 47h查出顯示碼送p2口并調(diào)用顯示延時2ms選通個位,顯示碼表地址送dptr從70h取出顯示碼送累加器a顯示延時計數(shù)器47h等0么？表5-2 十六進制數(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03fh96fh106ha77h25bhb7ch34fhc39h466hd5eh56dhe79h67dhf71h707h空白00h87fhp73h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5.2 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?/p>