梁芳芳

遼寧錦州渤海大學(xué)工學(xué)院

基于單片機的氧氣濃度檢測系統(tǒng)設(shè)計

梁芳芳

遼寧錦州渤海大學(xué)工學(xué)院

檢測礦井下面的氣象情況對于保障煤炭企業(yè)的效益具有很大的意義，在一定程度上對礦工的生命安全起到了很大的保障。對所有可能存在的危險因素進行控制與檢測，當(dāng)出現(xiàn)意外事故的時候，需要借用相應(yīng)的設(shè)備以及儀器進行處理。本文設(shè)計了一種基于基于單片機的氧氣濃度檢測系統(tǒng)設(shè)計。

單片機 氧氣濃度 礦井

1 氧氣濃度檢測的意義

煤炭的來源主要是通過地下挖掘，我國很多煤礦的類型是瓦斯礦井，根據(jù)相關(guān)條令的規(guī)定，在展開工作之前，必須要確保礦井中的氧氣濃度是20%以上的，空氣的主要成分包括N2，CO2，以及O2等，將空氣中的O2含量增高，這對于人們的身體健康，以及舒適度而言具有很大的作用，O2在空氣中所占據(jù)的比例數(shù)是20%，如果增大氧氣濃度到40%至70%之間，另外再增加一些CO2氣體，在一定程度上能大大地提高人的感官體驗。作為地下形式活動的煤礦行業(yè)，自身的生產(chǎn)條件以及自然條件都具有很復(fù)雜的因素，所以挖掘過程中很容易出現(xiàn)瓦斯泄露以及煤氣外泄的隱患，這對于工業(yè)的生產(chǎn)以及工人的生命安全而言都是沒有保障的，所以為了保證每況產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟效益可以持續(xù)發(fā)展，在煤礦挖掘的過程中就必須要對氧氣濃度進行檢測，如果出現(xiàn)有毒氣體或者是氣體的濃度不符合規(guī)定，那么就必須要對氣體的濃度進行重新處理，最終達到減少突發(fā)的意外事故。當(dāng)有事故發(fā)生的時候，采用必要的檢測儀器以及設(shè)備進行及時處理，

在現(xiàn)今的煤礦行業(yè)中，礦井濃度的檢測是一個必不缺少的重要環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)模式的氧氣濃度報警設(shè)備具有測量精度不精確的缺點，而且礦井下面的氧氣濃度無法得到有效地控制，所以針對這個不足之處，本文進行了基于單片機的氧氣濃度監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計。

2 基于單片機的氧氣濃度監(jiān)測系統(tǒng)的硬件設(shè)計

2.1 總體框架設(shè)計

本文設(shè)計的總體框架具體上包括的部分有單片機、A/D轉(zhuǎn)換電路、顯示電路、晶振電路、報警電路等?？傮w結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

2.2 系統(tǒng)原理

在氧氣檢測的調(diào)理單元主要實現(xiàn)的是采集、放大信號，處理信號，最終將電壓信號輸出來，并且該信號時容易檢測的。處理單元實現(xiàn)的部分是處理并顯示調(diào)理單元中的A/D轉(zhuǎn)換。網(wǎng)絡(luò)傳輸單元部分完成的是通過有線傳輸?shù)姆绞綄⒋谳敵鲛D(zhuǎn)為網(wǎng)口輸出?，F(xiàn)場顯示單元部分需要實現(xiàn)的是顯示出處理單元中的數(shù)據(jù)。

2.3 A/D轉(zhuǎn)換電路

本文所選擇的A/D轉(zhuǎn)換電路是ADC0809，該轉(zhuǎn)換器是8位，并且?guī)в?路多路開關(guān)，同時和CMOS組建。作為逐次逼近的A/D轉(zhuǎn)換器，能夠?qū)崿F(xiàn)與單片機之間的接口。ADC0809轉(zhuǎn)換器的組成部分包括了地址鎖存，三態(tài)輸出鎖存、譯碼器，8路模擬開關(guān)等。多路開關(guān)中的通道可以選擇8個，模擬量可以以分時的形式輸入，轉(zhuǎn)換中用A/D轉(zhuǎn)換器，三態(tài)輸出鎖存主要是當(dāng)鎖存以后進行A/D信號的轉(zhuǎn)換，如果OE輸出地電平是高電平，那么三態(tài)輸出鎖存中的數(shù)據(jù)在轉(zhuǎn)換完了以后才能夠被取走。ADC0809引腳圖如圖2所示。

圖2 ADC0809引腳圖

作為地址鎖存輸入線ALE的高電平是有效的，如果ALE的電平是高的時候，譯碼器就會對A，B，C端的地址進行重新的鎖存處理，對地址信號譯碼以后通過ADC0809轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換通道模擬量。地址輸入線用A，B，C表示。

2.4 晶振電路

在很多的微操作中，晶振電路起到了很大的作用，并且在時間方面要求很嚴格，時間上的順序關(guān)系稱為是時序，單片機中的時鐘信號的作用是作為各種微操作的時間基準(zhǔn)。時鐘89C51產(chǎn)生的方式具體可以分為內(nèi)部時鐘以及外部時鐘。內(nèi)部時鐘方式指的是將晶振電路以及振蕩器連接在單片機的外部，從而形成時鐘脈沖信號。外部時鐘方式指的是在單片機中加入外部已經(jīng)存在的時鐘信號。這個方式的應(yīng)用場合通常是多片89C51單片機，通常為了保證單片機能夠同步運行，需要設(shè)置外部信號的電平是高電平，并且保持的時間是在20ms以上，同時頻率是在12MHz以下。基于CRMOS單片機而言，在XTAL1端口出需用引入外部時鐘信號。本文設(shè)計中選擇了內(nèi)部時鐘方式，目的是為了節(jié)約功能的耗損。

2.5 報警電路

AT89C51的單片機中包含了一個震蕩電路，將石英晶體外接到XTAL1和XTAL2的引腳處，就會自動形成自激振蕩器，并且最終形成時鐘脈沖信號。單片機系統(tǒng)中，通常用數(shù)碼管或者是指示燈對工作狀態(tài)進行說明，從而讓工作人員可以進一步熟悉系統(tǒng)的運作。當(dāng)系統(tǒng)處于緊急狀態(tài)下，例如當(dāng)出現(xiàn)錯誤的狀態(tài)時，就需要引起重大的重視，并且采取相應(yīng)的措施，加強警覺，啟動報警電路。報警信號的類型通常有三種，分別是鳴音，閃光以及語音報警等。鳴音報警指的是通過發(fā)出具有一定聲音的警報，通過引起人們聽覺上的重視，從而引起注意。閃光報警指的是通過指示燈的閃動，從而實現(xiàn)警報人們。語音警報一方面能夠?qū)崿F(xiàn)報警，另一方面還能夠?qū)崿F(xiàn)給出相應(yīng)的報警信息，相比于鳴音，閃光報警，語音警報所投入的硬件成本比較低，設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單。

單頻報警電路實現(xiàn)起來很容易，然而一般會選擇壓電蜂鳴器作為發(fā)音的部件。將3到15v的電壓增加到蜂鳴器中的時候，會產(chǎn)生頻率為3KHz的音響。選擇電流值為10mA作為驅(qū)動電流，在壓電蜂鳴器的端口中連接上三極管以及電阻。在三極管的基極端連接P1.0，如果P1.0的電平是高電平的時候，表示三極管是導(dǎo)通的，從而蜂鳴器就會停止發(fā)出聲音。

2.6 靜態(tài)顯示電路

本文設(shè)計的74LS1238的譯碼器的組成是由3線—8線組成的，并且包括了與非門的組成。74LS138功能表如表1所示。該作為74系列同時也是TTL系列的譯碼器，譯碼器中的輸入端有3個，分別是A0，A1，A2，輸出端一共有8個，分別是Y0到Y(jié)7。

3 軟件設(shè)計

3.1 軟件設(shè)計結(jié)構(gòu)

本文的軟件設(shè)計結(jié)構(gòu)具體包括了主程序設(shè)計、功能模塊設(shè)計等。其中的功能呢模塊部分具體的有時鐘，鍵盤以及A/D電路轉(zhuǎn)換。系統(tǒng)的軟件設(shè)計結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計結(jié)構(gòu)圖

表1 74LS138功能表

3.2 主程序模塊設(shè)計

主程序模塊部分的功能具體包括了數(shù)據(jù)的存儲，時間的調(diào)整以及時間的調(diào)試等。主程序模塊設(shè)計圖如圖4所示。

圖4 主程序流程圖

3.3 按鍵模塊設(shè)計

當(dāng)按下按鍵的時候，就會出現(xiàn)一個控制按鈕，按鍵按鈕觸發(fā)的操作是，向系統(tǒng)發(fā)送相應(yīng)的指令進行操作，接著就會和MCU實現(xiàn)通信，并且將結(jié)果顯示在液晶上面。

結(jié)論：本文主要設(shè)計的基于單片機的氧氣濃度檢測系統(tǒng)外觀小，易攜帶，使用便捷，本文的設(shè)計主要包括了軟件設(shè)計以及硬件設(shè)計，硬件設(shè)計中包括了時鐘顯示電路，軟件設(shè)計包括了主程序模塊流程以及按鍵模塊等。

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