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1、河北工程大学毕业设计分类号单单位代码码 密 级级 学 号 学生毕业业设计（论论文）题 目基于单片片机的矿矿井瓦斯斯检测系统统设计作 者院 (系)能源工程程学院专 业指导教师师答辩日期期 20113年6月1日1XX 学学 院院毕业设计计（论文文）诚信信责任书书本人郑重重声明：所呈交交的毕业业设计（论论文），是是本人在在导师的的指导下下独立进进行研究究所取得得的成果果。毕业业设计（论论文）中中凡引用用他人已已经发表表或未发发表的成成果、数数据、观观点等，均均已明确确注明出出处。尽尽我所知知，除文文中已经经注明引引用的内内容外，本本论文不不包含任任何其他他个人或或集体已已经公开开发表或或撰写过过的研
2、究究成果。对对本文的的研究做做出重要要贡献的的个人和和集体，均均已在文文中以明明确方式式标明。本人毕业业设计（论论文）与与资料若若有不实实，愿意意承担一一切相关关的法律律责任。论文作者者签名: 年 月 日摘要近年来，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
3、计以以AT889S52单片机机为核心心，并结结合外围围元件甲甲烷传感感器、AA/D转转换芯片片、LCCD液晶晶显示器器等组成成。设计计出实现现对甲烷烷的识别别、阈值值报警及及浓度显显示的矿矿井瓦斯斯检测系系统。它它将气体体的成分分、浓度度等有关关的信息息转换成成电信号号，从而而可以进进行检测测、监控控、报警警。目前前，人们们对气体体传感器器的测试试方法主主要停留留在人工工手动操操作，因因此开发发出一种种实用高高效的智智能化传传感器测测试装置置是极为为必要的的。本设设计利用用Prootell软件设设计电路路，运用用Keiil软件件对它编程程，利用用Prooteuus仿真真来实现现其功能能。实验证
4、证明，本本设计不不但操作作方便，而而且还能能更好的的防御和和减少由由于瓦斯斯而引起起的矿难难事故。关键词：单片机机；传感感器；甲烷；报报警Minee Gas Deteectiion Systtem Baseed oon SSinggle Chipp DesiignABSTTRACCT IIn rreceent yeaars, wiith Chiinas rrapiid eeconnomiic ddeveeloppmennt, coaal cconssumpptioon cconttinuued to groow, esppeciiallly iin rreceent yeaars, cooal
5、 priicess riisinng, hass puut fforwwardd hiigheer rrequuireemennts forr thhe ccoall prroduuctiion. Hoowevver, inn thhe aactuual prooducctioon oof ccoall, ccoall miine acccideentss coontiinuee too occcurr. TThe annnuall cooal prooducctioon iin CChinna kkillled neaarlyy teen tthouusannd ppeopple, thhe
6、reeforre, we havve tto ppay morre aatteentiion to thee saafetty oof ccoall prroduuctiion. Miine reaasonns aare varriedd, wwhicch ccaussed by thee gaas aacciidennts acccounntedd foor aa coonsiiderrablle pporttionn off. TThe dessignn iss baasedd onn thhe rreseearcch oof ccoall miine gass deetecctioon
7、ssysttem bassed on AT889S552.Thiss deesiggn uusess ATT89SS52 miccrocconttrolllerr ass thhe ccoree, ccombbineed wwithh peerippherral commponnentt off meethaane sennsorr, AA/D connverrterr chhip, LCCD lliquuid cryystaal ddispplayy ettc. Deesiggn oof mminee gaas ddeteectiion sysstemm diispllay andd coo
8、nceentrratiion of reccognnitiion, onn meethaane alaarm thrreshholdd.Itt thhe ggaseeouss coompoonennt,tthe dennsitty aand so on thee reelatted infformmatiion traansfformmed thee ellecttriccal sinnal,thuus wwas allloweed tto ccarrry oon tthe exaaminnatiion,thee moonittoriing,repportts tto tthe pollice
9、e;Att prreseent,thee peeoplle tto wweree maad tthe sennsittivee seensoor tthe resst mmethhod maiinlyy paausees iis uusinng tthe arttifiiciaal mmanuual wayy too opperaate,devveloops onee kiind of praactiicall hiighlly eeffeectiive inttelllecttuallizeed ssenssor tesstinng ddeviice is exttremmelyy esss
10、enntiaal.TThiss deesiggn uusinng PPorttal sofftwaare cirrcuiit ddesiign, ussingg Kiiel sofftwaare to proograammiing, too acchieeve itss fuuncttionn byy ussingg Prroteeus simmulaatioon. Expperiimennts proove thaatthiss deesiggn nnot onlly cconvveniientt opperaatioon, butt allso bettterr deefennse and
11、d deecreeasee duue tto ggas acccideentss.Key worrds: MCCU; Senssor; Meethaane; Alarrm目 录摘 要IIABSTTRACCTIII1 绪论论11.1本本设计所所研究的的背景及及意义111.2国国内外的的发展状状况11.3 本章小小结22 矿井井瓦斯检检测系统统的方案案设计332.1 本设计计的性能能指标332.2 转换芯芯片的选选择32.3显显示模块块的选择择52.4传传感器的的选择772.5总总体结构构设计992.6 本章小小结93 硬件件电路设设计1113.1单单片机最最小系统统设计1113.1.1ATT89
12、SS52单单片机简简介1113.1.2 时时钟电路路设计1123.1.3 复复位电路路设计1133.2电电源电路路设计1133.3 报警电电路设计计143.4 显示电电路设计计143.5 甲烷气气体采集集电路设设计1553.6 本章小小结184 软件件设计1194.1主主程序设设计194.2模模数转换换程序设设计194.3 声光报报警程序序设计2204.4 液晶显显示程序序设计2214.5 本章小小结225 系统统仿真及及调试2235.1 prooteuus简介介245.2KKeill软件介介绍2445.3仿仿真及调调试过程程256 存在在问题及及分析2277 总结结29参考文献献31致谢33
13、3附录A 总原理理图35附录B 仿真图图37附录CPPCB图图39附录D 实物图图41附录E 总程序序43631 绪论论1.1本本设计所所研究的的背景及及意义随着我国国经济的的快速发发展，煤煤炭的消消费量持持续增长长，特别别是近几几年，煤煤炭的价价格在不不断提升升，对煤煤炭的产产量提出出了更高高的要求求。但是是，在实实际的煤煤炭生产产中，矿矿难事故故不断发发生。我我国煤炭炭生产中中每年的的矿难死死亡人数数近万人人，因此此，我们们不得不不将更多多的注意意力放到到煤炭生生产的安安全方面面。矿难难的原因因有多种种多样，其其中由于于瓦斯而而引起的的矿难事事故占到到了相当当大的一一部分。瓦瓦斯是多多种易
14、燃燃易爆气气体的总总称，其其主要成成分是甲甲烷，它它是在成成煤过程程中形成成并大量量贮存于于煤层中中的气体体，浓度度过高时时会导致致人缺氧氧、呼吸吸困难、窒窒息等。当当它与空空气混合合的百分分比达到到3.55%到116%时时，遇到到明火就就会发生生爆炸，给给国家和和人民的的生命财财产造成成巨大的的损失。所所以，对对瓦斯的的浓度进进行实时时的检测测和报警警以及对对其采取取相应的的控制措措施在煤煤矿系统统中有着着非常现现实的意意义。由于我国国检测技技术应用用较晚，所所以我国国当前对对瓦斯的的检测设设备还存存在很多多的问题题，例如如，检测测设备的的寿命周周期短，易易受矿井井不良坏坏境的影影响并且且会
15、导致致检测设设备的工工作性能能不稳定定、检测测结果不不准确，容容易出现现误报警警等现象象，维护护周期短短且费用用高。考考虑到现现代单片片机的体体积小、集集成度高高、速度度快、稳稳定性好好、价格格低且应应用领域域广等特特点，所所以基于于单片机机的矿井井瓦斯检检测系统统设计是是势在必必行的。本本设计中中是以AAT899S522单片机机作为硬硬件电路路核心开开发出一一种操作作简单的的检测系系统来实实现对甲甲烷的识识别、浓浓度监测测、阈值值报警以以及浓度度显示，为为更好的的防御和和减少由由于瓦斯斯而引起起的矿难难事故。AAT899S522不仅具具有ATT89CC51的的全部功功能，而而且还增增加了高高
16、可靠性性、安全全性的功功能。从从经济的的角度来来看，AAT899S522不但硬硬件结构构简单，并并且价格格低、功功能强、性性价比高高，符合合我国工工业设计计制造的的要11。1.2国国内外的的发展状状况世界各国国均有煤煤矿瓦斯斯监测系系统，如如法国的的TF2200、德德国的MMINOOS、英英国的SSentturiion-2000、美国国的HIIMASSS等。国国外的监监控系统统技术理理论上讲讲高于国国内的发发展水平平，但要要用于国国内的煤煤矿生产产中还有有一定的的局限性性，我们们可在技技术上借借鉴和参参考。118155年，当当时工业业最发达达的英国国发明了了安全灯灯，它是是利用火火焰的高高度测
17、量量瓦斯的的浓度。118977年瑞典典造出了了第一台台容积压压力式瓦瓦斯浓度度测量仪仪。随着着矿井开开采深度度的增大大和检测测技术的的发展，矿矿井安全全设施也也得到了了进一步步的提高高，19927年年日本制制造出光光干涉原原理甲烷烷检定器器，此后后又逐渐渐出现热热催化、热热导原理理等各种种不同原原理的瓦瓦斯检测测仪器，其其测量精精度也越越来越高高，检测测的方式式也从“间断”、“就地”检测发发展到“连续”、“集中自自动”遥测。119611年以后后，前苏苏联、英英、法、美美、日、德德等国家家对其进进行改进进研究，并并从此作作为瓦斯斯检测的的主要工工作方向向。我国瓦斯斯监测监监控技术术的研究究工作起
18、起步较晚晚，国内内第一台台催化原原理的瓦瓦斯报警警器是119588年出现现，采用用铂丝元元件位传传感器。119611年，由由北京劳劳动保护护研究所所和和抚抚顺煤矿矿安全仪仪器厂协协作开展展了研究究工作，于于19664年研研制出我我国第一一个达到到实用水水平的载载体催化化元件，接接着制成成了以这这种元件件位传感感器的AAQR-1型瓦瓦斯测量量仪。随随着电子子计算机机技术的的应用，一一套监测测系统除除了能检检测出甲甲烷的浓浓度外，还还可测一一氧化碳碳、氢气气的浓度度，同时时又可以以对井下下设备的的工作状状态进行行监控。代代表了我我国煤矿矿瓦斯监监控技术术水平的的系统有有以下系系统：KKJ900NB
19、系系统、KKJ1001N系系统、KKJ3333系统统、KJJ95NN系统等等，其技技术水平平主要表表现在软软硬件的的功能、稳稳定性与与可靠性性、专业业技术的的服务能能力、企企业的性性质以及及生产规规模等方方面。目目前主要要有三类类瓦斯检检测系统统在我国国矿井中中正在被被运行：一是上上世纪880年代代初期，引引进了一一批英、法法、美、波波兰等国国家的安安全监控控系统，并并通过消消化和吸吸收研制制出适用用于我国国煤矿实实际情况况的监控控系统，由由于当时时技术水水平低和和维护跟跟不上等等原因系系统已面面临更新新改造的的机遇；二是220世纪纪90年年代后期期，国内内各主要要科研单单位和生生产厂家家又相
20、继继推出了了MSNNM、WWEBGGIS、KKJF220000等监控控系统，但但是整个个系统的的信息传传输速率率最高只只能达到到50000bpps；三三是211世纪以以来，各各个瓦斯斯监控系系统生产产厂家都都在原有有基础上上推出了了升级系系统22。因此，根根据我国国的煤矿矿生产和和管理模模式，依依照我国国的有关关技术标标准，其其技术的的先进性性、产品品的可靠靠性和实实用性则则是本项项目的关关键所在在，而且且基于单单片机的的矿井瓦瓦斯监测测系统的的研究和和开发生生产具有有十分广广泛的现现实市场场和潜在在的市场场需求。1.3 本章小小结通过以上上，了解解了矿井井瓦斯检检测系统统在国内内外的发发展情
21、况况和发展展趋势，对对矿井瓦瓦斯检测测系统有有了一个个新的认识识，也明明确了在在研究本本设计时时需要做做哪些方方面的研研究，知知道了研研究矿井井瓦斯检检测系统统是很有有意义的的，增加加了更多多的热情情和动力力去完成成本设计计。2 矿井井瓦斯检检测系统统的方案案设计2.1 本设计计的性能能指标显示功能能：检测测到瓦斯斯时就会会显示其其浓度。瓦斯浓度度监控功功能：采采用模拟拟系统，设设定阈值值为某值，当当瓦斯浓浓度达到到这一值值时，蜂蜂鸣器响响同时灯灯亮给工作作人员信信号。复位功能能：设备备出现故故障或者者需要调调整时，按按复位键键实现初初始化。2.2 转换芯芯片的选选择A/D转转换器是是监测系系
22、统中一一个非常常重要的的一个环环节，它它的种类类多、性性能各异异、引脚脚功能也也各不相相同。本本设计采采用ADDC08809，其其管脚引引脚图如如图2-1所示示，它的的分辨率率为八位位。ADDC08809具具有8个个通道的的模拟输输入线(IN00INN7)，可可在程序序控制下下对任意意通道进进行A/D转换换，获得得8位二二进制数数字量(D7D0)。模拟拟输入部部分有88路多路路开关，可可由3位位地址输输入ADDDA、AADDBB、ADDDC的的不同组组合来选选择，AALE为为地址锁锁存信号号，高电电平有效效，锁存存这三条条地址输输入信号号。主体体部分是是采用逐逐次逼近近式的AA/D转转换电路路
23、，由CCLK控控制的内内部电路路的工作作,STTARTT为启动动命令，高高电平有有效，启启动ADDC08809内内部的AA/D转转换，当当转换完完成，输输出信号号EOCC有效，OOE为输输出允许许信号端端，高电电平有效效，打开开输出三三态缓冲冲器,把把转换后后的结果果送DBB。本设计所所采用的的CMOOS单片片型逐次次逼近式式的A/D转换换器为AADC008099，它由由以下的的电路所所组成，即即8路模模拟开关关、比较较器、地地址锁存存器和译译码器、88位开关关树型DD/A转转换器、三三态输出出锁存器器、逐次次逼近寄寄存器等等。所以以，该AA/D转转换器能能处理88路模拟拟量的输输入，并并且还
24、有有三态输输出得能能力，不不仅能连连接各种种微处理理器，还还能单独独工作。其其输入输输出与TTTL兼兼容。ADC008099芯片采采用了双双列直插插式的封封装，拥拥有288条引脚脚，各引引脚功能能说明如如下： IN0IN77：8路路模拟量量的输入入端口；D0DD7：88位数字字量的输输出端口口；ADDAA、ADDDB、AADDCC：3位位地址的的输入线线，作为为选通88路模拟拟输入中中的一路路。ALE：地址锁锁存允许许信号输输入端，上上升沿有有效,当当此信号号有效时时，A、B、C三位地地址信号号被锁存存，译码码选通对对应模拟拟通道。在在使用时时，该信信号常和和STAART信信号连在在一起，以以
25、便同时时锁存通通道地址址和启动动A/DD转换； STARRT：启启动信号号输入端端，负跳跳变有效效； EOC：转换结结束信号号输出端端，正在在转换时时为低电电平，转转换结束束时为高高电平；该信号号可作为为被CPPU查询询的状态态信号，也也可作为为对CPPU的中中断请求求信号。在在需要对对某个模模拟量不不断采样样、转换换的情况况下，EEOC也也可作为为启动信信号反馈馈接到SSTARRT端，但但在刚加加电时需需由外电电路第一一次启动动；OE：输输出允许许控制端端，输入入高电平平有效，用用以打开开三态数数据输出出锁存器器在中断断工作方方式下，该该信号往往往是CCPU发发出的中中断请求求响应信信号；C
26、LK：时钟信信号输入入端。要要求时钟钟频率不不超过6640kkHz；REF（+）、RREF（-）：基基准电压压输入端端,它们们决定了了输入模模拟电压压的最大大值和最最小值； VCC：工作时时电压为为5VV；GND：接地。ADC008099引脚图图如图22-1所所示,它它的主要要特性有有：(1) 8路88位A/D转换换器，分分辨率为为8位；(2) 具有转转换起停停的控制制端口；(3) 转换时时间大约约是1000s；(4) 单电源源供电，供供电电压压为55V；(5) 模拟输输入的电电压范围围是05VV，不需需要满刻刻度与零零点校准准；(6) 工作温温度的范范围是-40885；(7) 低功耗耗，大约
27、约是155mW；(8) 输出与与TTLL兼容；(9) 可锁存存三态输输出，能能与8位位微处理理器接口口；图2-11ADCC08009管脚脚图ADC008099的工作作过程是是：当模模拟量送送至某一一输入通通道INN0后，CCPU将将标识该该通道编编码的三三位地址址信号经经数据线线或地址址线输入入到ADDDC、AADDBB、ADDDA引引脚上。然然后输入入3位地地址，并并使ALLE=11，将地地址存入入地址锁锁存器中中。STTARTT上升沿沿将逐次次逼近寄寄存器复复位。下下降沿启启动 AA/D转转换，然然后EOOC输出出信号变变低，进进行指示示转换，直直到完成成A/DD转换。转转换开始始,EOO
28、C变成成高电平平，指示示A/DD转换的的结束，此此时结果果数据已已存入了了锁存器器，该信信号可以以用作中中断申请请。转换换结束,OE输输入高电电平，EEOC可可作为中中断请求求信号, 转换换结束后后，可通通过执行行IN指指令，设设法在输输出允许许OE脚脚上形成成一个正正脉冲信信号，使使得输出出三态门门打开，转转换结果果的数字字量就会会输出到到数据总总线上3。2.3显显示模块块的选择择本设计应应该选择择比较熟熟悉的LLCD110622。液晶晶显示器器（LCCD）,采用LLCD116022可以显显示文字字，也可可以显示示数据。在在课程设设计中经经常用到到它，因因此，大大家对液液晶显示示器并不不陌生
29、。在在基于单片片机矿井井瓦斯检检测系统统中采用液液晶显示示器作为为显示器件件具有质量量高、重量轻轻、数字式式接口、体积小小、功耗耗低等优优点，因因此，LLCD逐逐渐的成成为各种种便携式式电子产产品的理理想显示示器件，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LED数码管。1602型LCD外形图如下图所示：图2-22 16602LLCD外外形图液晶显示示的原理理是利用用液晶的的物理特特性，通通过电压压对显示示区域进进行控制制，只要要输入所所需的控控制电压压，就可可以显示示出字符符来。LLCD能能够显示示字符的的关键在在于其控控制器，
30、目目前大部部分点阵阵式LCCD都使使用日立立公司的的HD4447880集成成电路作作为控制制器。HHD4447800是集驱驱动器与与控制器器于一体体，专用用于字符符显示的的的液晶晶显示控控制驱动动集成电电路，这这便是LCCD显示示的基本本原理。本设计所所采用的的液晶显显示器为为16002LCCD，其其具有116脚（带带背光）接接口，各各引脚接接口的说明如如表2-1所示示:表2-11 16602LLCD各各引脚接接口的说说明编号符号引脚说明明编号符号引脚说明明1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极极10D3数据3VO液晶显示示偏压11D4数据4RS数据/命命令选择择12D5数据5R/W读/写选
31、选择13D6数据6E使能信号号14D7数据7D0数据15A背光源正正极8D1数据16K背光源负负极第1脚：VSSS为电源源地。第2脚：VDDD接正电电源，为为5V。第3脚：VO是是液晶显显示器对对比度调调整的端口，使用用时可以以通过一一个100K的滑滑动变阻阻器来调调整对比比度。第4脚：RS为为寄存器器的选择端口口，当为高电电平时就就选择数数据寄存存器、当当为低电电平时就就选择指指令寄存存器。第5脚：R/WW为读写写信号端端，当为高电电平时进进行读操操作，当当为低电电平时进进行写操操作。当当RS和和R/WW同时为低电电平的时候就可写写入指令令或显示示地址，当当R/WW为高电电平RSS为低电电平
32、的时候就可读读忙信号号，当RR/W为为低电平平RS为为高电平平的时候就可写写入数据据。第6脚：E端口口是使能能端，当当E端口口从高电电平跳变变为低电平平的时候，液晶晶显示模块块就会执行行命令。第7114脚：D0D7是是8位的双向数数据线。第15脚脚：背光光源正极极。第16脚脚：背光光源负极极4。16022液晶模模块内部部的控制制器总共有111条控控制指令令，如表表2-22所示：表2-22 16602LLCD的的指令说说明序号指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清显示00000000012光标返回回000000001*3置输入模模式00000001I/DS4显示开/关控制制00000
33、01DCB5光标或字字符移位位000001S/CR/L*6置功能00001DLNF*7置字符发发生存贮贮器地址址0001字符发生生存贮器器地址8置数据存存贮器地地址001显示数据据存贮器器地址9读忙标志志或地址址01BF计数器地地址10写数到CCGRAAM或DDDRAAM）10要写的数数据内容容11从CGRRAM或或DDRRAM读读数11读出的数数据内容容16022液晶模模块是通通过指令令编程来来实现读读写操作作、屏幕幕以及光标标的操作作。（说说明：11为高电电平、00为低电电平）指令1：清显示示，指令令码是01HH,光标标复位到到的地址为00HH位置。指令2：光标复复位，光光标返回回到的地址
34、为00HH。指令3：光标与与显示模模式设置置 I/D：光光标的移动方方向是高电平平时右移，低低电平时时左移。S:屏屏幕上的的所有字符符是否向左或右右移动，其其中高电电平为有效，低低电平则则无效。指令4：显示开开关控制制。 DD：控制制整体显显示的开开和关，当高电平平时为开显显示，低低电平时时为关显显示 CC：控制制光标的的开和关，当高电平平时有光标标，低电电平时无光标标 B：控制光光标是否否闪烁，当高电平时闪烁，低电平时则不闪烁。指令5：光标或或者显示移移位 SS/C：当高电平平的时候移动显显示的字字符，低低电平的的时候移动光光标。指令6：功能设设置命令令 DLL：当高电平平的时候为4位位总线
35、，低低电平的的时候为8位位总线 N：当当低电平平的时候为单行行显示，高高电平的的时候为双行行显示 F: 当低电平平的时候显示的是是5x77的点阵阵字符，高高电平的的时候显示的是是5x110的点点阵字符符。指令7：字符发发生器RRAM地地址设置置。指令8：DDRRAM地地址设置置。指令9：读忙信信号与光标地地址 BBF：为为忙标志志位，当当高电平平的时候候表示忙忙，这时模块块不可以以接收命命令或数数据，当当低电平平的时候候则表示示不忙。指令100：写数数据。指令111：读数数据55。2.4传传感器的的选择瓦斯浓度度检测仪仪的分类类有红外外线式、光干涉式、声速差式、气敏半导体式、热导式、热催化式。
36、(1)红红外线式式红外线式式是利用用瓦斯的的气体分分子能吸吸收一定定波长的的红外线线来检测测瓦斯浓浓度的。它它的优点点是精度度高、选选择性好好、不受受其它气气体的影影响，不不但测量量范围大大而且还还可以连连续检测测；缺点点是仪器器的制造造和保养养困难，体体积大，成成本高，功功率大，因因此广泛泛使用会会受到一一定的限限制。(2)光光干涉式式光干涉式式是利用用光波对对空气和和瓦斯气气体的折折射率不不同所产产生的光光程差，引引起干涉涉条纹移移动来实实现对不不同瓦斯斯浓度的的检测。它它的优点点是精度度高，不不但耐用用而且还还容易校校正；缺缺点是不不能直观观的显示示瓦斯浓浓度值，容容易受气气压和温温度的
37、影影响，制制造和维维修成本本较高、实实现自动动检测比比较困难难。(3)声声速差式式在温度为为22、气压压为10013225Paa条件下下，声波波在瓦斯斯中的传传播速度度为4332m/s，而而在清洁洁空气中中为3mm/s。通通过这一一特点来来比较这这两种速速度就可可检测出出高浓度度瓦斯。它它的优点点是读数数不但不不受气压压影响，而而且还对对背景气气体、粉粉尘及气气温变化化很敏感感；缺点点是很难难测出低低浓度的的瓦斯气气体，一一般只用用来检测测矿井抽抽放瓦斯斯管道中中的瓦斯斯浓度。(4)气气敏半导导体式气敏半导导体的种种类较多多，例如如氧化锌锌、氧化化锡等烧烧结型金金属氧化化物。其其原理是是利用气
38、气敏半导导体被加加热到2200时，它它表面能能够吸附附瓦斯气气体而改改变其电电阻值来来检测瓦瓦斯浓度度的。其其优点是是对微量量瓦斯比比较敏感感，结构构简单、成成本低。但但当浓度度较高时时，反应应就会变变慢，选选择性和和线性也也差，因因此它几几乎不用用于矿井井瓦斯浓浓度的检检测。 (5)热导式式热导式是是利用瓦瓦斯与空空气热导导率之差差来实现现瓦斯浓浓度的检检测。它它的优点点是热导导元件和和仪器设设计制作作比较简简单，成成本低、量量程大，可可连续检检测，读读数稳定定，器件件寿命长长；缺点点是瓦斯斯浓度较较低时输输出信号号小，受受气温影影响比较较大。(6)热热催化式式热催化式式是利用用瓦斯在在催化
39、元元件上的的氧化生生热引起起其电阻阻的变化化来检测测瓦斯浓浓度的。它它的优点点是元件件和仪器器的生产产成本低低，输出出信号大大，仪器器的结构构简单，受受温度变变化的影影响小，容容易实现现自动检检测；缺缺点是元元件的寿寿命较短短。目前前国内外外检测瓦瓦斯的仪仪器广泛泛采用这这一原理理6。因此要进进行项相对对具体的的测量工工作时，必必须要考考虑采用用哪一种种原理的的传感器器，采用用的时候候需要考考虑到多多方面的的因素，之之后才能能确定。由由于测量量同一物物理量时时，也可可选用多多种原理理的传感感器。在在选用合合适的传传感器时时，要考考虑被测测量的特特点以及及所选传传感器的的使用条条件，例例如传感感
40、器量程程的大小小；传感感器的体体积要适适用被测测位置；是采用用接触式式还是非非接触式式测量方方式等。对对于上述述问题的的分析之之后，本本设计决决定采用用MQ-4传感感器。2.5总总体结构构设计本论文的的整个设设计的系系统可分分为复位位电路、时时钟电路路、ADD转换电电路、显显示电路路、报警警电路、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。显示电路AT89S52报警电路复位电路时钟电路AD转换电路图2-33 总体体构件图图2.6 本章小小结本章对本本设计所所需要的的硬件做做了明确确地选择择，通过过比较同同一类型型中的各各个器件件，选择择出了它它们当中
41、中最适合合本设计计要求使使用的器器件，在在对各个个器件作作选择的的同时，对对各个器器件的原原理、结结构、优优势等都都有了一一个新的的了解和和认识，为为本设计计进一步步的研究究作了很很好的基基础。3 硬件件电路设设计3.1单单片机最最小系统统设计3.1.1 AAT89S52单片机机简介随着计算算机技术术的发展展，单片片机因具具有集成成度高、体体积小、速速度快、价价格低等等特点而而在许多多领域应应用，以以致在这这些领域域中的技技术水平平和自动动化程度度大幅度度提高。在在众多的的单片机机生产商商中，较较为著名名INTTEL公公司所生生产MCCS-551系列列单片机机有着广广泛的应应用。通通过考量量控
42、制系系统的目目标、可可靠性、性性价比、功功能、精精度以及及速度来来选择单单片机的的型号，根根据本设设计的情情况，单单片机的的型号选选择可从从两方面面考虑：一是要要具有较较高的性性价比；二是要要具有较较强的抗抗干扰能能力。本本设计采采用ATTMELL公司生生产的AAT899S522单片机机作为监监测系统统的核心心器件，它它是ATT89SS系列单单片机的的一种，具具有ATT89CC52系系列单片片机的全全部功能能。此外外，与AAT899C522相比，AAT899S522新增加加了许多多功能，这这将使单单片机在在工作过过程中具具备了更更高的稳稳定性和和更强的的电磁抗抗干扰能能力。首首先，看看门狗电电
43、路增加加到了AAT899S522的内部部，这使使得用户户应用系系统更加加坚固，同同时也提提高了系系统的可可靠性：其次，拥拥有特殊殊双数据据指针的的AT889S552使其其数据操操作更加加的快捷捷与方便便；再次次，ATT89SS52运运行速度度变得更更高，最最高晶振振可达到到33MMHZ；最后，AT89S52支持ISP(InSystem Programming)在线下载的功能。AT89S52中ISP共有4个引脚：RST、MOSI、MISO和SCK。使用者能直接替换应用系统中的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
44、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不仅硬件结构相对简单，而且价格又低、功能也强、性价比较高。AT89S52单片机外形图如图3-1所示，其特点如下：（1)兼兼容MCCS一5l单片片机；（2)88字节FLLASHH存贮器器支持在在系统编编程ISSPl0000次次擦写周周期；（3)2256字字节片内内部RAAM；（4)工工作的电电压为44.0V6.00V；（5)全全静态时时钟是00Hz33MMHz；（6)二二级程序序加密；（7)332个可可编程II
45、/O端口口口；（8)33个16位定定时/计计数器；（9)66个中断断源；（10)上电复复位标志志；（11)完全的的双工UUARTT串行口口；（12)低功耗耗支持IIdlee和Powwer-dowwn模式式；（13)Powerrdowwn模式式支持中中断唤醒醒；（14)看门狗狗定时器器；（15)双数据据指针7；图3-11 ATT89SS52外形图图3.1.2 时时钟电路路设计时钟电路路在各种种指令的的微操作作在时间间上有严严格的次次序，这这种微操操作的时时间次序序称作时时序， AT889S52的时时钟产生生方式有有两种，一一种是内内部时钟钟方式，一一种是外外部时钟钟方式。本系统中中采用了了内部时时钟方式式，为了了尽量降降低功耗耗的原则则。单片片机必须须需要时时钟的驱驱动才能能正常工工作。单单片机内内部有时时钟振荡荡电路，因因此只需需外接一一个振荡荡源就能能产生一一定周期期的时钟钟信号从从而到达达单片机机内部的的各个单单元，决决定单片片机的工工作频率率。时钟钟电路由由石英晶晶振体、C3，C4电容和片内与与非门组组成了三三点式振振荡器。这这里选用用C3、CC4的电电容均为为30ppF，石石英晶振振的工作作频率为为12MMHz，一一方面可可以满足足系统在在设计时时的机器器周期的的需要；另一方方面，在在进行串串行口通通讯的时时候能够够提供