单片机在红外瓦斯检测仪中的应用.docVIP

提 要 瓦斯是造成煤矿事故的主要原因之一，我国煤矿事故中瓦斯爆炸造成的伤亡和损失占所有重大事故的50%以上，对国家财产和矿工的生命安全构成巨大的威胁，成为了实现安全生产的最大障碍。所以开发和研究新型精确的瓦斯检测设备成为当务之急。在众多类型的瓦斯检测仪中红外瓦斯检测仪因其灵敏度高、稳定性和选择性好成为了未来实用瓦斯检测器中的佼佼者。 在此工业测控中的许多方面都要有智能检测装置参与完成数据的采集、处理和储存，而单片机具有性能高、速度快、价格低、体积小、可靠稳定、使用方便灵活等优点，所以在红外瓦斯检测仪中有极其重要的作用。 本篇论文就是完成红外瓦斯检测仪的单片机部分，其中分为硬件和软件的设计。硬件设计包括器件的选择、布线及制作电路板。软件部分采用模块化设计，分为主程序和各个子程序。设计总体就是以单片机（AT89C51）为核心，结合相关的元器件（共阳极LED数码显示器、ADC0832、温度传感器等），再配以相应的软件，达到实现红外瓦斯检测仪中甲烷数据处理、显示、自动报警和消除温度干扰的目的。 由于本人水平有限，缺点和不妥之处在所难免，希望大家批评指正。 目录 一 题目 - 1 - 二 红外瓦斯检测仪的原理 - 2 - 2.1 红外瓦斯检测仪的检测原理 - 2 - 2.2 单片机部分的结构 - 3 - 三 硬件电路的设计 - 3 - 3.1 单片机系统 - 3 - 3.1.1 单片机的发展 - 3 - 3.1.2 单片机类型的选择 - 7 - 3.1.3 单片机核心电路的设计 - 11 - 3.2 A/D模数转换电路 - 12 - 3.2.1 A/D转换器的选择 - 12 - 3.2.2 A/D模数转换电路的设计 - 13 - 3.3 报警系统的组成与接口电路 - 14 - 3.4 LED显示电路 - 15 - 3.4.1 LED显示电路的组成 - 15 - 3.4.1 显示电路的连接 - 17 - 3.5 抗温度干扰电路 - 18 - 3.5.l 温度传感器的选择 - 19 - 3.5.2 电路的连接 - 20 - 3.6 其他电路 - 21 - 3.6.1 按键接口电路 - 21 - 3.6.2 EEPROM与单片机的连接 - 22 - 本章小结 - 24 - 四 软件的设计 - 25 - 4.1 主程序设计 - 25 - 4.2 键盘接口子程序 - 26 - 4.3 串行存储芯片读写子程序 - 29 - 4.4 数据读取程序设计 - 30 - 4.4.1 A/D模数转换子程序 - 31 - 4.4.2 温度数据读取子程序 - 32 - 4.4.3 瓦斯数据的修正 - 40 - 4.4.4 LED显示子程序 - 40 - 4.5 警报子程序 - 42 - 4.6 单片机自动复位 - 42 - 本章小结 - 44 - 五 附录 - 45 - 5.1 附录 一 - 45 - 5.2 附录 二 - 48 - 5.3 附录 三 - 52 - 参考文献 - 56 - 致谢 - 58 - 一 题目 设计目的: (1)巩固、加深和扩大单片机应用的知识面，提高综合及灵活运用所学知识解决工业控制的能力； (2)培养针对课题需要，选择和查阅有关手册、图表及文献资料的自学能力，提高组成系统、编程、调试的动手能力； (3)通过对课题设计方案的分析、选择、比较，熟悉单片机应用系统开发、研制的过程和软硬件设计的方法、内容及步骤； (4)掌握、、与七段码显示译码器的使用 (2)运用单片机软件针对温度影响进行补偿，减小外在因素对检测数据的干扰； (3)对瓦斯浓度进行显示； (4)对瓦斯危险浓度自动报警； (5)对系统进行自动校准复位； 二 红外瓦斯检测仪的原理 2.1 红外瓦斯检测仪的检测原理 不同的气体对红外光有着不同的吸收光谱，某种气体的特征光谱吸收强度与该气体的浓度有关，利用这一原理可以测量甲烷的浓度。 当一束特定的红外光经过含甲烷的气室后，由于甲烷气体的吸收，红外探测器接受到的光信号减弱，通过对减弱信号进行比较，转换为电信号，通过放大电路的放大，把放大的电信号经A/D转换，由单片机进行运算、处理，最后完成甲烷浓度的显示，当检测的甲烷浓度高于设定的警报值时，仪器发出光声报警。[1] 红外瓦斯检测的控制结构与功能框图如下： 图2-1 2.2 单片机部分的结构 图2-1红框内所示的就是本仪器的单片机部分。其主要组成有：单片机，A/D转换器，温度传感器，报警电路，显示电路，按键电路及存储电路。其中各个电路的具体组成将在第2章说明。 三 硬件电路的设计 3.1 单片机系统 3.1.1 单片机的发展 单片机的发展历史: 如果将8位单片机的推出作为起点，那么单片机的发展历史大致可分为以下几个阶段:?（1）第一阶段（1976-1978）：单片机的