煤矿瓦斯微机监测系统设计课件

煤矿瓦斯微机监测系统设计指导老师：专业：机械电子工程姓名：学号：本课题的研究意义降低重大事故发生率，保障矿工安全系统总体结构设计瓦斯信号检测电路放大电路模数转换单片机显示浓度信号输出蜂鸣器报警稳压电源220V三、上位机方案的确定1.上位机功能任意时刻选定下位机查看浓度将查看到的浓度进行保存2.上位机软件界面

确认获取浓度值保存浓度查看数据退出下位机选择打开串口关闭串口CH4浓度100ppm四、通讯协议的确定

1.物理层选定由于要进行远距离传输，所以选择RS-485构建下位机网络2.通讯协议的选定定义：网络间必须遵循的规则和约定约束：单片机的串行通讯已经约定确定：上位机查询时发送地址帧，下位机对接收到得地址帧进行核对，信息匹配则发送数据帧，然后上位机查收；下位机串口通信采用中断方式。五、下位机操作界面设定

当前值LED显示屏复位power零点数据电源指示灯报警灯下位机硬件设计一、控制核心单片机1.单片机选择选择范围：PIC、AVR、51系列选择因素：A/D驱动、两个中断使用、零点修正、LED八位段码管显示选择尺度：在满足性能的情况下，选择最经济的单片机选择结果：AT89S522.AT89S52基本性能与MCS-51单片机兼容8K字节在系统可编程Flash存储器1000次擦写周期全静态操作：0Hz－33MHz三级加密程序存储器32个可编程I／O口线3个16位定时／计数器6个中断源全双工UART串行通道低功耗空闲和掉电模式掉电后中断可唤醒看门狗定时器3.放大电路（1）采用放大电路原因：如图所示，当浓度高于2%时，电路输出45mv，为了满足A/D输入范围，必须采用放大电路对模拟信号进行放大。（2）放大器的选择：INA114（3）选择原因：成本低应用广泛，外接一个普通电阻就可以得到任意增益。（4）INA114基本放大电路：（5）放大电路Rg计算：已知条件：VCC=3V，R0=2000ᾨ，Umax=75mV=0.075V设定条件：G=66公式：Rg=50ku/(G-1)结果：Rg=770ᾨ三、A/D模块电路1.A/D转换器的选择（1）转换原理：计数式、双积分式、逐次逼近式及并行式A/D转换器（2）主流A/D转换器：1）双积分式A/D转换器优点：转换精度高、抗干扰性能好、价格便宜缺点：转换速度较慢2）逐次逼近式优点：速度较快、精度较高缺点：精度和抗干扰性较差（3）选择因素：因为LED要对浓度进行即时显示，所以转换速度要快。（4）选择结果：选用逐次逼近式的PCF8591。2.PCF8591：（1）芯片通信原理：I2C总线（2）I2C总线简介：它是同步通信的一种特殊形式，具有接口线少，控制方式简单，器件封装形式小，通信速率较高等优点，可以只用两个管脚进行通信，最大程度的利用单片机管脚。

四、显示模块1.模块选择：共阳极数码管2.共阳极数码管的字型代码表：字型dpgfedcba段码0110000000C0H1111110010F9H2101001000A4H3101100000B0H41001100199H51001001092H61000001082H7111110000F8H81000000080H91011000090H五、通信模块1.数据传输方式选择：RS485只能半双工2.通信方式选择：串口异步通信工作方式方式13.通信规定：双方波特率为4800b／s，1位起始位，8位数据位，无奇偶校验位，l位停止位，一帧信息为10位4.计算定时器初值：X=256﹣(SMOD+1)fosc／(波特率×384)X=256-2×11.0592×106／(384×4800)X=233=F4H5.串行接口电路设计：六、蜂鸣器报警电路1.蜂鸣器选择：有源蜂鸣器，高电平接通会发声2.电路设计：因为单片机管脚电压不足以驱动蜂鸣器，所以另结5V电压，设置三极管开关第四章系统软件设计一、概述1.语言选择：C语言2.优点：移植性、模块性强3.变量分配：4.总程序模块分配：系统初始化、启动A/D转换、滤波、零点修正、浓度超限判断、LED显示瓦斯浓度、向上位机串口输出信号变量或数组名注释receivebuf[0]用于存放纯净空气中的瓦斯浓度值。receivebuf[1]用于存放实时的瓦斯浓度值。output用于存放经过滤波和零点修正后的瓦斯浓度值。get_ad[12]用于存放实时的瓦斯浓度值，然后进行滤波处理。2.程序流程图初始化开始发送寻址字节（写）0X90check_ACK发送通道控制字0X01check_ACK开始发送寻址字节(读)check_ACK空采样一次check_ACKIN1通道采样结束返回A/D转换check_ACKSDA=1SCL=1应答标志位F0=0SDA=1?F0=1SCL=0返回三、滤波程序1.滤波原因：每次测得的瓦斯浓度值未必准确2.滤波方法：连续测试12组数据，然后在这12组数据中取平均值四、LED显示程序1.LED显示思路：将处理后的数据，从高位到低位转化为共阳极代码。2.LED显示算法：(1)每一次计算都要减去上一次的运算和；(2)然后将差除以最高位的基本单位即可得到该位的大小（例如200的最高位基本单位为100）；

六、上位机通信程序1.语言选择：VB2.插件选择：MSComm3.MSComm特点：类似于单片机中断事件，串口接收到数据则启