基于单片机的矿井瓦斯监测系统-毕业设计论文

I近年来，随着我国经济的快速发展，煤炭的消费量持续增长，特别是近几年，煤炭的价格在不断提升，对煤炭的产量提出了更高的要求。但是，在实际的煤炭生产中，矿难事故不断发生。我国煤炭生产中每年的矿难死亡人数近万人，因此，我们不得不将更多的注意力放到煤炭生产的安全方面。矿难的原因有多种多样，其中由于瓦斯而引起的矿难事故占到了相当大的一部分。本设计就基于AT89S52单片机的矿井瓦斯检测系统的研究。本设计以AT89S52单片机为核心，并结合外围元件甲烷传感器、A/D转换芯片、LCD液晶显示器等组成。设计出实现对甲烷的识别、阈值报警及浓度显示的矿井瓦斯检测系统。它将气体的成分、浓度等有关的信息转换成电信号，从而可以进行检测、监控、报警。目前，人们对气体传感器的测试方法主要停留在人工手动操作，因此开发出一种实用高效的智能化传感器测试装置是极为必要的。本设计利用Protel软件设计电路，运用Keil软件对它编程，利用Proteus仿真来实现其功能。实验证明，本设计不但操作方便，而且还能更好的防御和减少由于瓦斯而引起的矿难事故。关键词：单片机；传感器；甲烷；报警ABSTRACTcoalproduction.However,intheactualproductionofcoal,coalChinakillednearlytenthousandpeople,therefore,wehavetopaymoreattentiontothesafetyofcoalproduction.Minereasonsconsiderableportionof.ThThisdesignusesAT89S52microcontrollerasthecore,converterchip,LCDliquidcrystaldisplayetc..Designofminegasdetectionsystemdisplayandconcentrationofrecognition,andsoontherelatedinformationmonitoring,reportstothepolice;Atpresent,thepeopletoweremadthesensitivesensortherestmethodmainlypausfpracticalhighlyeffectiveintellectualizedsensortestingdeviceisextremelyessential.ThisdesignusingPortalsoftwareitsfunctionbyusingProteussimulation.Experimentsprovethatthisdesignnotonlyconvenientoperation,butalsobetterdefenseanddecreaseduetogasaccidents. I 1.1本设计所研究的背景及意义 1.2国内外的发展状况 1.3本章小结 22矿井瓦斯检测系统的方案设计 32.1本设计的性能指标 32.2转换芯片的选择 32.3显示模块的选择 52.4传感器的选择 92.5总体结构设计 2.6本章小结 3硬件电路设计 3.1单片机最小系统设计 3.1.1AT89S52单片机简介 3.1.2时钟电路设计 3.1.3复位电路设计 3.2电源电路设计 3.3报警电路设计 3.4显示电路设计 3.5甲烷气体采集电路设计 3.6本章小结 214软件设计 4.1主程序设计 4.2模数转换程序设计 4.3声光报警程序设计 244.4液晶显示程序设计 254.5本章小结 265系统仿真及调试 275.2Keil软件介绍 275.3仿真及调试过程 286存在问题及分析 7总结 参考文献 致谢 附录A总原理图 附录B仿真图 附录CPCB图 附录D实物图 46附录E总程序 4811绪论1.1本设计所研究的背景及意义随着我国经济的快速发展，煤炭的消费量持续增长，特别是近几年，煤炭的价格在不断提升，对煤炭的产量提出了更高的要求。但是，在实际的煤炭生产中，矿难事故不断发生。我国煤炭生产中每年的矿难死亡人数近万人，因此，我们不得不将更多的注意力放到煤炭生产的安全方面。矿难的原因有多种多样，其中由于瓦斯而引起的矿难事故占到了相当大的一部分。瓦斯是多种易燃易爆气体的总称，其主要成分是甲烷，它是在成煤过程中形成并大量贮存于煤层中的气体，浓度过高时会导致人缺氧、呼吸困难、窒息等。当它与空气混合的百分比达到3.5%到16%时，遇到明火就会发生爆炸，给国家和人民的生命财产造成巨大的损失。所以，对瓦斯的浓度进行实时的检测和报警以及对其采取相应的控制措施在煤矿系统中有着非常现实的意义。由于我国检测技术应用较晚，所以我国当前对瓦斯的检测设备还存在很多的问题，例如，检测设备的寿命周期短，易受矿井不良坏境的影响并且会导致检测设备的工作性能不稳定、检测结果不准确，容易出现误报警等现象，维护周期短且费用高。考虑到现代单片机的体积小、集成度高、速度快、稳定性好、价格低且应用领域广等特点，所以基于单片机的矿井瓦斯检测系统设计是势在必行的。本设计中是以AT89S52单片机作为硬件电路核心开发出一种操作简单的检测系统来实现对甲烷的识别、浓度监测、阈值报警以及浓度显示，为更好的防御和减少由于瓦斯而引起的矿难事故。AT89S52不仅具有AT89C51的全部功能，而且还增加了高可靠性、安全性的功能。从经济的角度来看，AT89S52不但硬件结构简单，并且价格低、功能强、性价比高，符合我国工业设计制造的要。1.2国内外的发展状况英国的Senturion-200、美国的HIMASS等。国外的监控系统技术理论上讲高于国内的发展水平，但要用于国内的煤矿生产中还有一定的局限性，我们可在技术上借鉴和参考。1815年，当时工业最发达的英国发明了安全灯，它是利用火焰的高度测量瓦斯的浓度。1897年瑞典造出了第一台容积压力式瓦斯浓度测量仪。随着矿井开采深度的增大和检测技术的发展，矿井安全设施也得到了进一步的提高，1927年日本制造出光干涉原理甲烷检定器，此后又逐渐出现热催化、热导原理等各种不同原理的瓦斯检测仪器，其测量精度也越来越高，检测的方式年以后，前苏联、英、法、美、日、德等国家对其进行改进研究，并我国瓦斯监测监控技术的研究工作起步较晚，国内第一台催化原理的瓦斯报警器是1958年出现，采用铂丝元件位传感器。1961年，由北京劳动保护研究所和和抚顺煤矿安全仪器厂协作开展了研究工作，于1964年研制出我国第一个达到实用水平的载体催化元件，接着制成了以这种元件位传感器的AQR-1型瓦斯测量仪。随着电子计算机技术氢气的浓度，同时又可以对井下设备的工作状态进行监控。代表了我稳定性与可靠性、专业技术的服务能力、企业的性质以及生产规模等上世纪80年代初期，引进了一批英、法、美、波兰等国家的安全监控由于当时技术水平低和维护跟不上等原因系统已面临更新改造的机遇；二是20世纪90年代后期，国内各主要科研单位和生产厂家又相等监控系统，但是整个系统的信息传输速率最高只能达到5000bps;三是21世纪以来，各个瓦斯监控系生产和管理模式，依照我国的有关技术标准，其技术的先进性、产品的可靠性和实用性则是本项目的关键所在，而且基于单片机的矿井瓦斯监测系统的研究和开发生产具有十分广泛的现实市场和潜在的市场通过以上，了解了矿井瓦斯检测系统在国内外的发展情况和发展3趋势，对矿井瓦斯检测系统有了一个新的认识，也明确了在研究本设计时需要做哪些方面的研究，知道了研究矿井瓦斯检测系统是很有意义的，增加了更多的热情和动力去完成本设计。2矿井瓦斯检测系统的方案设计2.1本设计的性能指标显示功能：检测到瓦斯时就会显示其浓度。瓦斯浓度监控功能：采用模拟系统，设定阈值为某值，当瓦斯浓度达到这一值时，蜂鸣器响同时灯亮给工作人员信号。复位功能：设备出现故障或者需要调整时，按复位键实现初始化。2.2转换芯片的选择A/D转换器是监测系统中一个非常重要的一个环节，它的种类多、性能各异、引脚功能也各不相同。本设计采用ADCO809,其管脚引脚图如图2-1所示，它的分辨率为八位。ADCO809具有8个通道的模拟输入线(IN0～IN7),可在程序控制下对任意通道进行A/D转换，获得8位二进制数字量(D7～DO)。模拟输入部分有8路多路开关，可由3位地址输入ADDA、ADDB、ADDC的不同组合来选择，ALE为地址锁存信号，高电平有效，锁存这三条地址输入信号。主体部分是采用逐次逼近式的A/D转换启动ADC0809内部的A/D转换，当转换完成，输出信号EOC有效，OE为输出允许信号端，高电平有效，打开输出三态缓冲器，把转换后的结果送本设计所采用的CMOS单片型逐次逼近式的A/D转换器为ADC0809,它由以下的电路所组成，即8路模拟开关、比较器、地址锁存器和译码器、8位开关树型D/A转换器、三态输出锁存器、逐次逼近寄存器等。所以，该A/D转换器能处理8路模拟量的输入，并且还有三态输出得能A、B、C三位地址信号被锁存，译码选通对应模拟通道。在使用时，该EOC:转换结束信号输出端，正在转换时为低电平，作为启动信号反馈接到START端，但在刚加电时需由外电路第一次启CLK:时钟信号输入端。要求时钟频率不超过640kHz;VCC:工作时电压为+5V;(1)8路8位A/D转换器，分辨率为8位；(2)具有转换起停的控制端口；(4)单电源供电，供电电压为+5V;(5)模拟输入的电压范围是0～+5V,不需要满刻度与零点校准；(6)工作温度的范围是-40℃~+85℃;(9)可锁存三态输出，能与8位微处理器接口；5图2-1ADC0809管脚图ADCO809的工作过程是：当模拟量送至某一输入通道INO后，CPU将ADDA引脚上。然后输入3位地址，并使ALE=1,将地址存入地址锁存器上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动A/D转换，然后变成高电平，指示A/D转换的结束，此时结果数据已存入了锁存器，该信号可以用作中断申请。转换结束，OE输入高电平，EOC可作为中断请求信号，转换结束后，可通过执行IN指令，设法在输出允许OE脚上形成一个正脉冲信号，使得输出三态门打开，转换结果的数字量就会输2.3显示模块的选择本设计应该选择比较熟悉的LCD1062。液晶显示器(LCD),采用LCD1602可以显示文字，也可以显示数据。在课程设计中经常用到它，因此，大家对液晶显示器并不陌生。在基于单片机矿井瓦斯检测系统中采用液晶显示器作为显示器件具有质量高、重量轻、数字式接口、理想显示器件，如在计算器、万用表、电子表及很多家用电子产品中都可以看到，其不仅廉价，而且显示的内容丰富美观，很好的取代了接接图2-21602LCD外形图液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，通过电压对显示区域进的HD44780集成电路作为控制器。HD44780是集驱动器与控制器于一示的基本原理。带背i明4数据/命令选择数据5读/写选择数据6E使能信号数据77数据A背光源正极8数据K背光源负极接正电源，为5V。第3脚：VO是液晶显示器对比度调整的端口，使用时可以通过一个10K的滑动变阻器来调整对比度。第4脚：RS为寄存器的选择端口，当为高电平时就选择数据寄存器、当为低电平时就选择指令寄存器。为读写信号端，当为高电平时进行读操作，当为低电平时进行写操作。当RS和R/W同时为低电平的时候就可写入指令或显示地址，当R/W为高电平RS为低电平的时候就可读忙信号，当R/W为低电平RS为高电平的时候就可写入数据。第6脚：E端口是使能端，当E端口从高电平跳变为低电平的时候，液晶显示模块就会执行命令。第7～14脚：D0～D7是8位的双向数据线。第15脚：背光源正极。第16脚：背光源负极。1602液晶模块内部的控制器总共有11条控制指令，如表2-2所示：表2-21602LCD的指令说明序号指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1DO1清显示00000000012光标返回000000001*3置输入模式00000001S4显示开/关控制0000001DCB5光标或字符移位000001(L**6置功能00001DLNF**7置字符发生存贮器地址0001字符发生存贮器地址8置数据存贮器地址001显示数据存贮器地址9读忙标志或地址01BF计数器地址10写数到CGRAM或DDRAM)10要写的数据内容11从CGRAM或DDRAM读数11读出的数据内容1602液晶模块是通过指令编程来实现读写操作、屏幕以及光标的操作。(说明：1为高电平、0为低电平)指令1:清显示，指令码是01H,光标复位到的地址为00H位置。指令2:光标复位，光标返回到的地址为00H。指令3:光标与显示模式设置I/D:光标的移动方向是高电平时右S:屏幕上的所有字符是否向左或右移动，其中高指令4:显示开关控制。D:控制整体显示的开和关，当高电平时为开显示，低电平时为关显示C:控制光标的开和关，当高电平时有光标，低电平时无光标B:控制光标是否闪烁，当高电平时闪烁，低9指令5:光标或者显示移位S/C:当高电平的时候移动显示的字符，低电平的时候移动光标。指令6:功能设置命令DL:当高电平的时候为4位总线，低电平的时候为8位总线N:当低电平的时候为单行显示，高电平的时候为双行显示F:当低电平的时候显示的是5x7的点阵字符，高电平的时候显示的是5x10的点阵字符。指令7:字符发生器RAM地址设置。指令9:读忙信号与光标地址BF:为忙标志位，当高电平的时候表示忙，这时模块不可以接收命令或数据，当低电平的时候则表示不指令10:写数据。指令11:读数据。2.4传感器的选择瓦斯浓度检测仪的分类有红外线式、光干涉式、声速差式、气敏半导体式、热导式、热催化式。(1)红外线式红外线式是利用瓦斯的气体分子能吸收一定波长的红外线来检测瓦斯浓度的。它的优点是精度高、选择性好、不受其它气体的影响，不但测量范围大而且还可以连续检测；缺点是仪器的制造和保养困难，体积大，成本高，功率大，因此广泛使用会受到一定的限制。(2)光干涉式光干涉式是利用光波对空气和瓦斯气体的折射率不同所产生的光程差，引起干涉条纹移动来实现对不同瓦斯浓度的检测。它的优点是精度高，不但耐用而且还容易校正；缺点是不能直观的显示瓦斯浓度值，容易受气压和温度的影响，制造和维修成本较高、实现自动检测在温度为22℃、气压为101325Pa条件下，声波在瓦斯中的传播速度为432m/s,而在清洁空气中为3m/s。通过这一特点来比较这两种速度就可检测出高浓度瓦斯。它的优点是读数不但不受气压影响，而且还对背景气体、粉尘及气温变化很敏感；缺点是很难测出低浓度的瓦气敏半导体的种类较多，例如氧化锌、氧化锡等烧结型金属氧化物。其原理是利用气敏半导体被加热到200℃时，它表面能够吸附瓦斯气体而改变其电阻值来检测瓦斯浓度的。其优点是对微量瓦斯比较敏感，结构简单、成本低。但当浓度较高时，反应就会变慢，选择性和线性也差，因此它几乎不用于矿井瓦斯浓度的检测。热导式是利用瓦斯与空气热导率之差来实现瓦斯浓度的检测。它的优点是热导元件和仪器设计制作比较简单，成本低、量程大，可连热催化式是利用瓦斯在催化元件上的氧化生热引起其电阻的变化来检测瓦斯浓度的。它的优点是元件和仪器的生产成本低，输出信号大，仪器的结构简单，受温度变化的影响小，容易实现自动检测；缺点是元件的寿命较短。目前国内外检测瓦斯的仪器广泛采用这一原理因此要进行—项相对具体的测量工作时，必须要考虑采用哪一种原理的传感器，采用的时候需要考虑到多方面的因素，之后才能确定。由于测量同一物理量时，也可选用多种原理的传感器。在选用合适的传感器时，要考虑被测量的特点以及所选传感器的使用条件，例如传感器量程的大小；传感器的体积要适用被测位置；是采用接触式还是传感器。本论文的整个设计的系统可分为复位电路、时钟电路、AD转换电路、显示电路、报警电路、单片机这六个部分。为了更好地说明本设计的体系结构，特别地用一个构件图来说明。如下图所示。复位电路显示电路AT89S52报警电路图2-3总体构件图2.6本章小结本章对本设计所需要的硬件做了明确地选择，通过比较同一类型中的各个器件，选择出了它们当中最适合本设计要求使用的器件，在对各个器件作选择的同时，对各个器件的原理、结构、优势等都有了一个新的了解和认识，为本设计进一步的研究作了很好的基础。3硬件电路设计3.1单片机最小系统设计随着计算机技术的发展，单片机因具有集成度高、体积小、速度快、价格低等特点而在许多领域应用，以致在这些领域中的技术水平和自动化程度大幅度提高。在众多的单片机生产商中，较为著名INTEL公司所生产MCS-51系列单片机有着广泛的应用。通过考量控制系统的目标、可靠性、性价比、功能、精度以及速度来选择单片机的型号，根据本设计的情况，单片机的型号选择可从两方面考虑：一是要具有较高的性价比；二是要具有较强的抗干扰能力。本设计采用生产的AT89S52单片机作为监测系统的核心器件，它是AT89S系列单片机的一种，具有AT89C52系列单片机的全部功能。此外，与AT89C52相比，AT89S52新增加了许多功能，这将使单片机在工作过程中具备了更高的稳定性和更强的电磁抗干扰能力。首先，看门狗电路增加到了AT89S52的内部，这使得用户应用系统更加坚固，同时也提高了系统的可靠性：其次，拥有特殊双数据指针的AT89S52使其数据操作更加的快最后，AT89S52支持ISP(In—SystemProgramming)在线下载的功能。换应用系统中的AT89C51/52,但是软件和硬件则均不需要作任何的修改。AT89S52之所以能够避免由于外部芯片扩展过多或者传感器输入信号过多而引起的信号失真、电磁干扰等现象的发生，是因为该单片机增加了高可靠性、安全性等功能，因此它在检测甲烷气体时能够满足监控、信息传送等要求。同时，从经济适用性的角度来看，AT89S52不单片机外形图如图3-1所示，其特点如下：(1)兼容MCS—51单片机；(3)256字节片内部RAM;(4)工作的电压为4.0V～6.0V;(7)32个可编程I/0端口口；(8)3个16位定时/计数器；(10)上电复位标志；(12)低功耗支持Idle和Power-down模式；(15)双数据指针l⁷];U?U?PiOTPLITD12P13D14P15VeP0QPo1PO3P04P05DoP31/TXDP3.2.TNTQD33.NID3.4.TOXTAL2XTAL1EANPPALEPRP27D25P24P22P21559323图3-1AT89S52外形图3.1.2时钟电路设计时钟电路在各种指令的微操作在时间上有严格的次序，这种微操本系统中采用了内部时钟方式，为了尽量降低功耗的原则。单片机必须需要时钟的驱动才能正常工作。单片机内部有时钟振荡电路，因此只需外接一个振荡源就能产生一定周期的时钟信号从而到达单片机内部的各个单元，决定单片机的工作频率。时钟电路由石英晶振体、C3,C4电容和片内与非门组成了三点式振荡器。这里选用C3、C4的电容均为30pF,石英晶振的工作频率为12MHz,一方面可以满足系统在设计时的机器周期的需要；另一方面，在进行串行口通讯的时候能够提供精确的通讯波特率[8]。时钟电路图如图3-2提供精确的通讯波特率[8]。时钟电路图如图3-2所示：XTAL1P3.6/WRP3.7RDXTAL2Gnd图3-2时钟电路3.1.3复位电路设计复位电路在单片机工作中是必不可少的部件之一，单片机工作时必须处于一种确定的状态。由于端口线电平和输入输出状态的不确定可能会导致外围设备误动作，以至于严重事故的发生；内部一些控制寄存器(专用寄存器)的内容不确定也可能会导致定时器溢出、程序尚未开始就要中断及串口乱传向外设发送数据。本设计所设计的复位电路如图3-3所示，开关未按下时，在上电的瞬间，由于电容上的电压不能突变，电容处于充电(导通)状态，慢慢下降I⁹]。选择合理的充电常数，就能保证在开关按下时是RST端有两个机器周期以上的高电平从而使AT89S52内部复位。U1U1ATO9E52P15P15P17134568STARFCLCTRRST/VPDEX图3-3复位电路3.2电源电路设计任何电路都离不开电源部分，单片机也不例外。在本设计中是以AT89S52单片机为核心所设计的，它工作时需要用电源电路来驱动，电源电路如图3-4所示，其中J1是供电电源插座，引脚1接+5V,引脚2图3-4电源电路3.3报警电路设计单片机本身I/0的驱动能力并不高，所以对蜂鸣器的驱动需要加入一个PNP三极管，这样能够使蜂鸣器发出的声音更加响亮，起到更好的报警作用。报警电路如图3-5所示，当瓦斯浓度达到设定值时，蜂鸣器图3-5报警电路3.4显示电路设计LCD是一个慢显示器件，所以在写每一条指令前一定要先读LCD的忙碌状态。如果LCD正忙于处理其他指令，就等待；如果不忙，在执行写指令。为此，1602型LCD专门设了一个忙碌标志位BF,该位连接在8位双向数据的D7为上。如果BF为低电平“0”,表示LCD不忙；如果BF为高电平“1”,则表示LCD处于忙碌状态，需要等待。假定1602型LCD的8位双数据线(DO~D7)是通过单片机的PO口进行数据传递的，那么只要检测PO口的P07引脚电平(D7连P07)就可以知道忙碌标志位BF的状态。1602LCD液晶显示器引脚接口如图3-6所示：图3-6显示电路3.5甲烷气体采集电路设计瓦斯浓度测试部分电路是由气体传感器MQ-4组成的，其作用是将瓦斯气体的体积分数转化成对应的模拟电压信号并输出来。MQ-4气敏元件的结构和外形如图3-7所示，由微型AL203陶瓷管、Sn02敏感层、测量电极和加热器构成，然后将其固定在塑料或不锈钢制成的腔体内，制作好的检测元件有6只引脚，其中的4个用于信号取出，剩余2个用于提供加热电流。3结构图3-7MQ-4的结构和外形外形表3-1MQ-4标准的工作条件符号参数名称技术条件备注回路电压加热电压负载电阻可调加热电阻室温P加热功耗表3-2MQ-4的环境条件符号参数名称技术条件备注使用温度-10℃-50℃储存温度-20℃-70℃相对湿度小于95%RH氧气浓度21%(标准条件)氧气浓度会影响灵敏度最小值大于表3-3MQ-4的灵敏度特性符号参数名称技术参数备注敏感体表面电阻适用范围：甲烷，天然气a浓度斜率标准工作条件温度：20℃±2℃Vc:5.0V±相对湿度：65%+5%Vh:5.0V+预热时间不少于24小时MQ-4图3-8MQ-4型气敏元件的灵敏度特性MQ-4的标准工作条件如表3-1所示，工作的环境如表3-2所示，灵敏度特性如表3-3、图3-8所示。其中：温度为20℃、相对湿度为65%、氧气浓度为21%RL=20kΩRs是指元件在不同气体，不同浓度下的电阻值。R0是指元件在洁净空气中的电阻值，因此MQ-4型甲烷传感器对不同种类，不同浓度的气体有不同的电阻值。所以在使用该传感器时，灵敏度的调整是必要的。本设计采用5000ppm甲烷校准传感器进行校准。其校准过程如下：在测试条件下对传感器进行校准时，要进行硬件部分电路的调试。在调节确定MQ-4的可调负载电阻值时，以空气中甲烷浓度值为5000ppm时作为校准，此时观察显示部分电路，又因为要求显示的瓦斯浓度精度要求优于5%,即准确显示的范围为5000ppm(1±5%)也就是4750ppm~5250ppm的范围内，若不在该范围内则说明甲烷传感器的灵敏度不够高，需要进行调节。灵敏度的调整需要依靠调节负载电阻来实现的，调节负载电阻尽可能的使显示的瓦斯浓度值与实际相符合，这样传感器的灵敏度就确定下来了，此时的传感器就可以用来监测实际中不同当模拟量送至某一输入通道INO后，CPU将标识该通道编码的三位入3位地址，并使ALE=1,将地址存入地址锁存器中。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动A/D转换，之后EOC输出信号变低，进换，此时结果数据已存入了锁存器，这个信号就可以用作中断申请。可作为中断请求信号，转换结束后，可通过执行IN指令，设法在输出允许OE脚上形成一个正脉冲，使输出三态门打开，并将转换结果的数字量输出到数据总线上。其接口电路图如下图所示：图3-9甲烷气体采集电路设计3.6本章小结本章主要的任务就是对硬件电路的设计，并且对设计所需要的各个电路分别作了独立的分析，同时也画出了各个电路的电路图，电路图是在Protel中画出的，在画图的的过程中，进一步掌握和巩固了对Protel的使用。掌握了硬件后，对下一步的软件编程作好了铺垫。4软件设计基于前面的设计，绘制出本设计的总流程图如图4-1所示，其总程序见附录E。主程序开始初始化变量MQ-4采集信号AD转换浓度是否过达到设定值Y声光报警←结束图4-1主流程图4.2模数转换程序设计模数转换模块的主要功能就是将经放大器放大的模拟电压信号转化为单片机能够处理的数字信号，并传送给单片机。ADCO809转换的流程图如图4-2所示，其控制程序见附录E。转换信号读取2字节数据图4-2模数转换流程图中，与之前设置的浓度报警的上限值进行比较，如果检测的结果是浓度度没有达到设定值，那么系统继续进行检测，如果达到设定值，则发光报警，给工作人员以提醒。声光报警的程序流程如图4-3所示，它的控制程序见附录E。报警程序入口浓度是否达到设定值Y声光报警N正常显示图4-3声光报警流程图4.4液晶显示程序设计LCD模块在本系统中主要起着浓度显示功能，采用直接访问方式。液晶显示的操作流程图见图4-5所示，其显示程序见附录E。初始化(写模式初始化(写模式设置指令)读状态(忙碌检测)将数据(ASCII码)写入点阵图4-5液晶显示的操作流程图4.5本章小结5系统仿真及调试ProteusISIS是英国Labcenterelectronics公司开发的电路分设计以及自动布线来实现一个完整的电子设计系统。它不仅可以在Window操作系统上运行，而且还可以分析和仿真各种模拟器件、集成(1)实现了SPICE电路与单片机仿真相结合。(2)它具有模拟电路仿真、数字电路仿真，可以对基于单片机的RS232终端等动态模型进行仿真。(3)可以用鼠标来操作元器件的模型控制设计，并能够从界面上观察到过程，提供有多种多样的虚拟仪器，如电压计、逻辑分析仪、信号发生器、电流计，示波器等，这些虚拟仪器变的让电路图及仿真显示的非常直观，如同在实际中操作一样。(4)能够让多种型号的单片机系统进行仿真。诸如型号为：68000、以周边各种外围芯片等。(5)具有软件的调试功能。其主要用于硬件仿真系统中，如设置断点、全速、单步等，与此同时还能够观察到变量以及寄存器的当前状态。而且它还支持第三方软件的编译及调试环境，如KeilC51。(7)在Proteus仿真系统中可以任何时候通过按下空格键对电路进行仿真，加快了从编辑到仿真的速度，还可快速、方便的绘制出单5.2Keil软件介绍单片机开发中不仅要硬件外，还要软件。KeilC51软件目前是开发MCS-51系列单片机最为流行的软件，它是美国KeilSoftware公司所真厂商全面支持Keil软件，为Keil软件主要提供了C编译器、A51完整的开发方案，全Windows界面，用一个集成开环境(uVision)将这些部分结合在一起。KeilC51软件具有丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。开发人员可用IDE本身或其它编辑器编辑C或汇编源文件ti³]。然后分别由C51及C51编译器编译生成目标文件(.obj)。目标文件可由LIB51创建生成库文件，也可以与库文件一起经L51连接，件，以供调试器dScope51或tScope51使用进行源代码级调试，也可解KeilC51生成的目标代码，多数语句生成的代码很紧凑，容易理解t⁴]。在一些大型软件开发中运用它便能体现出高级语言的优势。第一步，新建工程。打开Protues见面后，单击“File”后再点击“NewDesign”第二步，就在Protues里面建好了一个工程；第三步，添加所需器件。单击“Library”后点击“PickDevice”后，在对话框左上角有“Keyword”,讲所需的元器件的型号输入就可以找到，然后点击确定，由于元件库里没有MQ-4甲烷传感器，所以选P20P20488888888+5V题2/AN554/A5/AP2.1/o词LM016L多曼罗足应6/AFOC图5-1仿真结果5.4本章小结本章的主要目的就是对程序进行仿真，通过仿真图来代替现实中的实际情况，仿真的成功说明电路图是正确的，下载到单片机的程序也是正确的。从上可以看出，利用Protues对单片机系统进行仿真可以简化调试工作，同时还节省了制作电路板的时间，提高了产品的开发效率，降低了生产成本。6存在问题及分析(1)对AT89S52单片机的工作原理和结构不熟悉。通过观看相关视频以及查询资料进行学习，同时向老师求助，现已弄明白。(2)对软件的程序的编译环境和仿真不是很懂。通过老师和同学的指导，并多次重复练习如何操作，现已熟练掌握。(3)在Prote199SE里面画电路图存在一定的问题。多次练习画电路图，现已经能够找到相关元器件，画图工具也已能够熟练应用。(4)动手搭建硬件模型还不太熟练。曾多次在实验室里琢磨，现在已经搭建好，实物图见附录D。(5)运用C语言编写程序还存在一定的问题。查阅相关资料学习后，将自己所编写的程序向同学探讨后再仔细琢磨，现在已经正确。(6)在搭建硬件的时候不会读有色环电阻的值。在网上查阅相关资料后，现在已经掌握了读有色环电阻值得技巧。7总结本设计是基于单片机的矿井瓦斯检测系统设计，主要运用了公司的AT89S52单片机作为控制核心来设计实时监测瓦斯浓度，同时辅助的用到了瓦斯浓度监测、瓦斯浓度采集、A/D转换电路、液晶显示电路、等几个重要组成部分。在这个过程中，瓦斯浓度的检测采集电路比较难，是在去图书馆查阅了资料及向老师和同学请教以后才明白它们的工作原理。随后在构建出硬件后便着手于软件编程，这个过程是一个比较长也比较难的过程，在仿真的过程中不仅不断地对程序进行优化，也有反过来修改硬件原理图的时候，在参阅了很多资料后还是没有彻底弄懂，虽然达到了瓦斯浓度监测的目的，但在这次毕业设计中，这始终是一点不足，当然虽然如此，但在此次设计中学习到的知识和通过学习及解决问题的过程我们学到了一种永不放弃精神的精神是可贵的。毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，更是对自己能力的一种提高。通过这次毕业设计使我明白了自己原来所学的知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次毕业设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。在这次毕业设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮助我的同学，最后终于做完了才有种如释重负的感觉。此外，还得出一个结论：知识必须通过应用才能实现其价值!有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以只有到了真正会用的时通过此次设计使我对单片机的知识有了更深理解。到此我的毕业设计也快要接近尾声了，设计完之后感觉自己的思维方式更加完善，考虑问题的方法也在不知不觉中有了很大的提高。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成参考文献[1]倪涛.基于单片机的矿井瓦斯检测报警系统[J].煤矿机[3]吴建国.[5]于志赣，刘国平，张旭斌.液晶LCD1602模块的应用[J].机电技[9]王天福.基于AT89S52单片机的煤矿瓦斯监测系统的研制[D].江苏[10]苏文静，文小玲，米琥.可燃气体报警器的设计[J].电工电[14]杜树春.基于Proteus和KeilC51的单片机设计与仿真[M].北京[15]殷士勇.Keil和Proteus在单片机实验教学中的应用[J].重庆工商大学学报(自然科学版),2009,(05):14-21.致谢经过两个多月的努力，在XX老师和同学的帮助下终于完成了本设计。在完成设计的过程中遇到了很多的困难与挫折，但是通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，最终都被一一克服了。本设计次又一次的给我指导，让我一次次的克服困难，最后顺利的完成了毕他们所写到的知识对我有很大的帮助，使我进一步理解本设计所要研究的内容，为我能够顺利的完成设计打好了基础。同时，还要感谢所有帮助过我的同学，如果没有他们的帮助我也很难完成本设计。我现在学到的知识很有限，如果有什么不足之处请老师给我指导附录A总原理图qulinUniversity+5V46%RV2NPNLS1XTAL130pFXTAL29■RSTPSEN31■P101■p112P1.0P1.1P123P1.2P134P1.3P145P1.4P156P1.5qulinUniversity+5V46%RV2NPNLS1XTAL130pFXTAL29■RSTPSEN31■P101■p112P1.0P1.1P123P1.2P134P1.3P145P1.4P156P1.5P167P1.6P178P1.730pFAT89C51LED-REDSOUNDER附录B仿真图9CLOCKSTARTSTART003003OUT1OUT2CLOCKSTARTSTART003003OUT1OUT2OUT4P13OUT5P12OUT6