基于51单片机瓦斯浓度检测.doc

目录 摘要 - 1 - 1 选题背景 - 2 - 1.1设计要求 - 2 - 1.2指导思想 - 2 - 2 方案论证 - 3 - 2.1 器件选型 - 3 - 2.1.1单片机选择 - 3 - 2.1.2传感器选择 - 3 - 2.1.3 A/D转换器的选择 - 4 - 2.1.4 显示器的选择 - 4 - 2.1.4 存储器的选择 - 5 - 2.2 设计原理 - 5 - 3 过程论述 - 6 - 3.1系统硬件设计 - 6 - 3.1.1最小系统及采样电路 - 6 - 3.1.2驱动部分电路 - 7 - 3.1.3数模转换电路 - 8 - 4 结果分析 - 10 - 4.1瓦斯浓度采集灵敏度计算 - 10 - 4.2 A/D转换器 - 10 - 4.2.1 A/D转换器分辨率计算 - 10 - 4.2.2 A/D转换器外围电路参数计算 - 11 - 5 结论与总结 - 13 - 6 设计心得体会 - 14 -  摘要 瓦斯等可燃危险气体的浓度检测一直是煤矿安全生产重要前提。随着超大规模数字集成电路、单片机技术的飞速发展，利用单片机及其它外围芯片实现对瓦斯的监测成为一种可能，并且成为一种发展趋势。它具有体积小、操作简单、携带方便、功能较齐全等优点，而且性能价格比也很高，应用前景非常广泛。因此此次设计整体上是基于AT89C51单片机来实现煤矿瓦斯浓度监测报警。在这里我们运用到的气敏传感器是MQ-4，它是用来检测外部瓦斯的浓度（其检测到的浓度值为模拟量），并将检测到的模拟信号转化为电压信号输出出来。然后再将电压信号输入到ADC0809进行A/D转换变换成数字信号，并在51单片机的控制下将其输入，然后在内部软件编程下进行数值变换处理。在单片机进行完数据处理后就将其结果输出显示，从而显示出瓦斯气体的浓度，其中显示部分我们采用双位的LED数码管，用于显示瓦斯浓度值。若实际瓦斯浓度超限，则在单片机的控制下进行报警，并控制风机运转，实现自动进行瓦斯浓度控制。 关键词：瓦斯浓度控制 瓦斯浓度传感器 单片机  1 选题背景 近些年来，虽然国家采取了很多有利措施来确保煤矿安全生产，但煤矿生产事故还是不断地发生，特别是煤矿瓦斯爆炸，使国家和人民蒙受了巨大的损失。现今虽已有现代化的瓦斯综合检测装置应用于矿井中，但由于矿井结构错综复杂，往往存在瓦斯检测盲区，留下安全隐患。综上所述，瓦斯浓度监测监控器所要实现的功能包括根据所选的瓦斯传感器来设定瓦斯浓度预警值，采集瓦斯浓度并进行浓度显示及处理。当实际浓度超限时进行声光报警并同时控制排风扇进行排风以降低浓度含量。所以开发设计出一种操作简单的瓦斯监测监控器，对有效的预防和减少瓦斯爆炸具有非常现实的意义。 1.1设计要求 瓦斯传感器将瓦斯气体浓度转换成相应大小的模拟信号，信号经过信号放大电路和A／D转换电路进行放大、转换，然后送入主控制器单片机中进行数据处理。当瓦斯浓度正常时，电动机缓慢正转，双色灯的显示绿灯。当瓦斯浓度超过警戒值时，警报器报警，风机加速正转，超过危险值时，风机再减速停止，然后反向转动，双色灯显示红灯。当瓦斯浓度恢复正常时，电动机反向缓慢减速，停止，然后再缓慢正转，双色灯显示绿灯。 1.2指导思想 瓦斯检测系统以主控制器单片机为主要核心，配置瓦斯传感器电路、A／D转换电路、浓度显示电路、风机运行电路与串口电路等几大功能模块。其主控电路主要用来整合系统各功能电路，完成数据的采集和处理，并发出报警指令。本设计所处理的信息量和复杂程度不是太大，采用8位单片机AT89C51足以满足本设计的要求。它是一款低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有4 kB系统可编程Flash存储器，128字节RAM，5个中断源，2个16位的可编程定时器／计数器，32个IO口，看门狗定时器等资源。 2 方案论证 2.1 器件选型 2.1.1单片机选择 AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪速存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。MQ-4气体传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡（SnO2）。当传感器所处环境中存在可燃气体时，传感器的电导率随空气中可燃气体浓度的增加而增大。使