基于單片機的礦井環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)

I摘要煤炭是中國的主要能源，確保煤礦的安全生產對中國的能源工業(yè)具有重要意義。以AT89C51單片機為核心設計的采礦環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)主要包括控制模塊，信息收集模塊，顯示模塊，無線傳輸模塊和報警模塊。溫度和濕度傳感器以及甲烷濃度傳感器收集有關地下空氣質量的信息，無線模塊將收集的信息傳輸?shù)娇刂浦行?，單片機通過顯示模塊和警報模塊以及地下環(huán)境對數(shù)據進行處理和判斷，來實時監(jiān)控。這種設計可實現(xiàn)采礦環(huán)境的實時監(jiān)控和無線傳輸。該系統(tǒng)性能穩(wěn)定，價格低廉，操作簡便，適用性強。關鍵詞：礦井監(jiān)測；單片機；報警；無線傳輸IMonitoringsystemBasedonMthesafeproductionofcoalmine.AsystembasedonMCUofAT89C51isdesignedtomonitorEnvironmentalParametersofMine.collectionmodule,displaymodule,wirelessTemperatureandhumiditysensorsandmethaneconceinformationofmine.Wirelessmodulesendstheinformationtothecontrolcenter.TheMCUprocessesthedata.Therealtimemonitoringofundergroundenvironmentofmineisrealizedbydisplaymoduleandalarmmodule.Thedesignrealizedthereal-timedetectionandwirelesstransmissionofmineenvironment.AndthesystemhasthecharacteristicsofstableI 31.1研究背景與發(fā)展現(xiàn)狀 31.2研究主要內容 41.3內容研究的意義 4 52.1總體方案論述 52.2方案一的論述 52.2.1方案一的設計結構圖 2.2.2方案一的設計方法 72.2.3方案一的優(yōu)缺點 72.3方案二的論述 72.3.1方案二的設計結構圖 72.3.2方案二的設計方法 2.3.3方案二的優(yōu)缺點 92.4方案的選擇 9第三章.硬件電路設計與調試 3.1采集模塊 3.1.1DHT21簡介 3.1.2MQ-4簡介 3.13ADC0809簡介 3.2A/D轉換模塊 3.2.1A/D的轉換原理 3.2.2工作原理及內部結構 3.2.3ADC0809與單片機連接電路 3.3單片機最小系統(tǒng)模塊 3.3.2復位電路 3.3.3晶振電路 3.3.4單片機最小系統(tǒng)設計 22 3.6報警及鍵盤控制模塊 3.7電源模塊 3.8實現(xiàn)結果 4.1系統(tǒng)流程分析 4.2溫濕度采集及處理函數(shù) 4.3MQ-4甲烷濃度傳感器檢測流程設計 4.4A/D轉換程序設計 4.5NRF905無線發(fā)送/中繼/接收程序 4.6報警程序與鍵盤控制程序 第五章.總結 5.1問題與處理 5.2展望 致謝 參考文獻 附錄 附錄1電路原理圖 附錄3元器件清單 附錄4源程序代碼 413中國是世界上最大的煤炭生產國之一。煤炭也是中國日常使用的主要能源，占年度能源使用量的70%以上。中國擁有豐富的煤炭資源，而石油和天然氣等資源的匱乏使煤炭長期以來一直是中國的主要能源[1]。近年來，煤礦事故普遍發(fā)生，事故發(fā)生率也不樂觀，確保煤礦安全生產是當務之急。影響煤礦安全生產的因素是復雜多樣的，例如瓦斯爆炸，濕氣滲透事故和頂板事故[2]。氣體濃度高引起的爆炸事故最為嚴重。減少采礦事故的發(fā)生是為了提高煤炭的生產效率[3]。氣體是各種可燃氣體和爆炸性氣體的總稱，其主要成分是甲烷，它是在煤形成過程中產生的，并大量存儲在煤層中。當混合物與空氣混合的比例達到3.5%至16%時，就會在有火焰的情況下爆炸，從而給國家財產和人民的生命和財產造成巨大損失[4]。因此，瓦斯?jié)舛鹊膶崟r檢測與報警以及相應的控制措施對煤礦系統(tǒng)具有非常實際的意義。中國對氣體監(jiān)測和對監(jiān)測技術的研究起步較晚，1958年出現(xiàn)了首個具有催化原理的家用氣體報警器，并使用了鉑線傳感器。1961年，在北京市勞動保護研究所和撫順煤礦安全設備廠共同開展研究工作之后，在1964年，中國研制出第一種達到實際水平的載體催化元素，然后制成了具有該元素的傳感器，AQR-1煤氣表。該監(jiān)控系統(tǒng)除了通過電子計算機技術檢測甲烷濃度外，還可以測量一氧化碳和氫氣的濃度，同時可以監(jiān)測井下設備的運行狀態(tài)。目前，中國的煤礦共有三套主要的瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)，其中之一是1980年代初通過滅火和吸收在英國，法國，美國，波蘭和其他國家部署的安全監(jiān)測系統(tǒng)。它被開發(fā)為適用于煤礦方面。由于當時技術水平低下以及出于維護和其他原因，用于實際情況的監(jiān)視系統(tǒng)已經面臨更新和改革。其次，在1990年代后期，國內主要的科研單位和制造商是用MSNM,WEBGIS,KJF2000等監(jiān)視系統(tǒng)，但整個系統(tǒng)的信息傳輸速率僅為5000bps。第三點是，自21世紀以來，各種氣體監(jiān)測系統(tǒng)制造商已開始以其原始方式因此，按照中國的煤礦生產和管理模式，按照中國有關技術標準的提升進步，產品可靠性和實用性是該項目的核心，而基于單片機的煤礦瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)的研發(fā)和生產是有非常廣闊的實際市場和潛在市場的需求。由于中國檢測技術的日新月異，當前的氣體檢測設備仍然存在許多問題。例如，檢測設備的壽命很短，很容易受到礦山惡劣環(huán)境的影響，這可能會導致檢測設備的運行性能不穩(wěn)定，測試結果不準確，出現(xiàn)誤報的可能性，維護周期短以及成本高[5]。由于單片機具有體積小，驅動塊大，穩(wěn)定性好，成本低的特點，因此，基于單片機的礦井瓦斯探測系統(tǒng)的設計是必不可少的。41.2研究主要內容它是基于單片機的AT89C51作為關鍵控制設備，單片機的采礦環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)可以對采礦環(huán)境進行實時監(jiān)控和警報，及時有效地反映地下環(huán)境指標，并確保安全生產而設計的。有必要收集有關礦井中的溫度，濕度和瓦斯?jié)舛鹊男畔?。如果每個指標低于或高于設置的安全值，則單片機會發(fā)出警報信號并顯示警報指標。安全值可以手動調節(jié)。此外，設計系統(tǒng)必須能夠在復雜環(huán)境中保持有效且及時的監(jiān)視級別，同時仍留意礦山的變化。1.3內容研究的意義安全是一切生產工作的前提條件，對于礦井井下煤炭勘測與挖掘而言，及時發(fā)現(xiàn)井下安全隱患并及時處理、預防安全事故的發(fā)生是保障工作安全的重要手段。礦井井下環(huán)境監(jiān)測是礦井井下安全生產工作的重要內容，及時供應新鮮空氣并及時排出污濁空氣，保障良好的作業(yè)環(huán)境，對于提高工作效率、保護工人安全具有重要意義。對礦井井下的溫度、濕度、瓦斯?jié)舛鹊拳h(huán)境參數(shù)進行實時有效的監(jiān)測，當發(fā)現(xiàn)環(huán)境參數(shù)異常后，及時發(fā)出報警信息并采取有效處理措施，是確保礦井井下工作安全性、避免發(fā)生重大安全事故的必要舉措。5第二章.方案選擇采礦環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)使用單片機AT89C51作為信息處理器和按鍵控制單元。該系統(tǒng)使用溫度和濕度傳感器以及瓷磚濃度傳感器將采集的采礦溫度，濕度和氣體濃度傳輸?shù)絾涡酒⑿陀嬎銠C。單片機將獲取的信息發(fā)送到地面控制中心，并對其進行處理以確定是否超出了限制范圍。當達到警報極限時，單片機指示聲光警報器發(fā)出聲音，并且當達到警報極限時，屏幕將顯示實時溫度，濕度和氣體濃度。整個系統(tǒng)架構圖如圖2.1。與控制模玦調整報警安全值圖2.1系統(tǒng)結構圖2.2方案一的論述2.2.1方案一的設計結構圖系統(tǒng)由數(shù)據采集模塊、A/D轉換模塊、顯示模塊、報警模塊和無線模塊組成。采集模塊：溫濕度傳感器DHT11、甲烷濃度傳感器MQ-4;方案一的系統(tǒng)設計結構圖如圖2.2所示。6單片機無線發(fā)送模塊單片機(控制系統(tǒng))(監(jiān)測系統(tǒng))報警模塊無線傳輸圖2.2方案一設計結構圖7設計系統(tǒng)主要分為兩個部分。在礦井中，溫度和濕度傳感器以及甲烷濃度傳感器收集數(shù)據，然后通過模數(shù)轉換電路將其發(fā)送到單個芯片(監(jiān)視系統(tǒng))以處理收集的數(shù)據，并在礦井下方顯示和處理實時監(jiān)視結果。數(shù)據通過無線電發(fā)射器傳輸?shù)降孛娴目刂浦行?。地面控制中心接收通過無線接收設備處理的實時監(jiān)控數(shù)據。除了通過控制系統(tǒng)實時顯示礦山下方的各種數(shù)據指示器外，還將數(shù)據與設置的安全值進行比較，并且當安全值范圍超過或低于此值時，警報模塊將發(fā)送相應的聲光警報。信息收集模塊主要收集溫度，濕度和甲烷濃度的三個指標，分別由DHT11溫濕度傳感器和MQ-4甲烷濃度傳感器實現(xiàn)。溫濕度傳感器DHT11收集礦井下的空氣的溫度和濕度，并將由單片機處理的一系列數(shù)字信號輸出到單片機。MQ-4檢測甲烷和其他氣體的濃度，輸出模擬信號，通過模數(shù)轉換芯片將其轉換為8位的數(shù)字信號，然后將其輸入到單片機中。單片機將收集到的信號恢復到攝氏溫度，相對濕度和甲烷體積濃度，并在LCD1602顯示屏上顯示，通過射頻芯片NRF2401發(fā)送和接收數(shù)據。方案1的設計思想具有價格便宜且易于實現(xiàn)的優(yōu)點。傳感器DHT11,都是市場上常見且便宜的設備。缺點是傳感器精度不高，顯示器的顯示空間有限，無線傳輸距離短。2.3方案二的論述該系統(tǒng)由數(shù)據采集模塊，模擬/數(shù)字轉換模塊，顯示模塊，警報模塊，無線模塊和無線中繼模塊組成。采集模塊：溫濕度傳感器DHT21(又名AMS2301)、甲烷濃度傳感器MQ-4;方案二的設計結構圖如圖2.3所示。8-A/D轉換。A/D轉換模塊單片機單片機(控制系統(tǒng))無線發(fā)送模塊顯示模塊無線傳輸單片機(中繼系統(tǒng))N個中繼單片機(中繼系統(tǒng))無線接收模塊(監(jiān)測系統(tǒng))報警模塊圖2.3方案二設計結構圖9設計系統(tǒng)主要分為三個部分。在我研究的情況下，它類似于計劃1。在單片機(監(jiān)控系統(tǒng))上進行處理，顯示礦井中的實時監(jiān)控結果，并將處理后的數(shù)據通過無線傳輸設備發(fā)送到中繼系統(tǒng)。根據采礦環(huán)境的復雜程度，將N個中繼器設置為中繼無線電信號，直到將無線電控制信號發(fā)送到地面控制中心為止。每個設備都具有與方案1相同的操作模式。溫濕度傳感器被DHT11升級芯片DHT21取代，顯示模塊使用OLED屏幕，無線模塊使用NRF905芯片。第二種解決方案改善了第一種解決方案的缺點。方案2的設計具有較高的溫度和濕度收集精度，顯示模塊的顯示空間更大，并大大增加了無線傳輸距離。添加的中繼系統(tǒng)更好地滿足了復雜采礦環(huán)境中的無線傳輸要求。與選項1相比，選項2的制造成本更高。2.4方案的選擇比較計劃1和計劃2,如下表所示：選項2比選項1更準確和適用。選擇一個無線模塊，NRF2401更適合于室內短距離傳輸。905系列具有NRF905B,NRF905SE,NRF905RD,RFC-30系列等模塊，可以實現(xiàn)從最小100m到最大3000m的線性可見光傳輸距離。因此，選擇方案2來實現(xiàn)該系統(tǒng)的設計。根據不同的復雜采礦環(huán)境，選擇NRF905芯片進行無線傳輸。您也可以選擇其他905模塊。該系統(tǒng)目前采用NRF905SE模塊設計，可以達到300m的線性觀察距離。下表2.1為兩種方案的比較。表2.1兩種方案的詳細比較對比項目方案一方案二溫度濕度甲烷濃度顯示屏中繼器器件成本DHT11精確度1℃;有效量程0~50℃DHT21精確度0.1℃;有效量程-40~80℃DHT11精確度1RH%DHT21精確度0.1RH%MQ-4經ADCO809轉換成8位數(shù)字信號，精確度40ppm;有效量程0~10000ppmLCD1602顯示2行16列；需要11個I/0口NRF2401工作在2.4Ghz,1Mkbps,短距傳輸無以上傳感器各取一件和20元左右OLED顯示4行；需要4個I/0口NRF905工作在433Mhz,50kbps,傳輸距離長延長傳輸距離以上傳感器各取一件和65元左右第三章.硬件電路設計與調試硬件分為三個獨立的部分：采集，繼電器和控制。包括采集模塊，模擬/數(shù)字轉換模塊，最小系統(tǒng)模塊，顯示模塊，無線模塊，警報模塊，鍵盤控制和電源模塊。根據礦山的環(huán)境設計選擇了適合于環(huán)境的數(shù)字溫濕度傳感器和氣體傳感器，數(shù)字溫濕度傳感器為DHT21數(shù)字溫濕度傳感器，氣體傳感器為MQ-4氣體傳感器。其中，DHT21模塊應預熱約1秒，而MQ-4模塊應預熱約30秒。在預熱過程中請勿向傳感器發(fā)送信號。否則，可能會錯誤地讀取數(shù)據。上電后，數(shù)字溫度和濕度傳感器會更改電阻器分辨率，以使電阻器溫度進入連續(xù)轉換溫度模式或單轉換模式。在連續(xù)轉換模式下，數(shù)字溫度傳感器連續(xù)轉換溫度并將結果存儲在溫度寄存器中，讀取溫度寄存器的內容不會影響溫度轉換。在單轉換模式下，數(shù)字溫度傳感器執(zhí)行溫度轉換并將結果存儲在溫度中，此轉換模式適用于對溫度敏感的應用。它還適用于采礦環(huán)境中的監(jiān)視?？梢酝ㄟ^編程設置分辨率寄存器以獲得不同的溫度分辨率，一共有8位，9位，10位，11位或12位的5種分辨率，相應的溫度分辨率為1.0℃,0.5℃,0.25。溫度轉換結果在℃,0.125℃或0.0625℃時的默認分辨率為9位。該采集模塊的溫度和濕度傳感器使用DHT21數(shù)字溫度和濕度傳感器。DHT21數(shù)字溫度和濕度傳感器是組合的溫度和濕度傳感器，具有校準確的數(shù)字信號輸出。該產品采用特殊的數(shù)字模塊采集技術和溫度濕度檢測技術，這使得該產品具有很高的穩(wěn)定性和長期性。該傳感器包括一個電容式濕度感測元件和一個NTC溫度測量元件，并能連接到高性能的8位單片機。因此，該產品具有質量優(yōu)良，響應速度快，抗干擾能力強，性價比高的優(yōu)點。每個DHT21傳感器均在高精度濕度校準室中進行校準。校準系數(shù)以程序的形式存儲在OTP存儲器中，并在處理傳感器內部的檢測信號時調用這些校準系數(shù)。單線串行接口使系統(tǒng)集成變得快速而簡單。超緊湊，極低的功耗以及高達20米或更長的信號傳輸距離是此設計中要求最苛刻的應用來完成的最佳原因。DATA用于通過單總線數(shù)據格式在微處理器和DHT21之間進行通信和同步，并且通信時間約為5毫秒。DHT21模塊具有三個外部引腳，每個引腳都連接到5VDC電源，接地和數(shù)據端口。數(shù)據輸出端口使用單一總線數(shù)據格式與單片機通信，并輸出40位高/低電平信號以傳輸溫度和濕度，每個響應時間約為80-100微秒。DHT21的硬件連接非常簡單，調試過程的困難如下。因為DIHT21的電源電壓為5V。開啟傳感器后，您必須等待Is來克服不穩(wěn)定的情況，因此在此期間無需發(fā)送命令。DHT21程序需要精確的30us延遲，錯誤不能超過2us,延遲或不正確，主程序不能運行一次，并且不顯示性能。DHT21模塊的數(shù)據格式：40位數(shù)據=16位濕度數(shù)據+16位溫度數(shù)據+8位測試代碼，溫度和濕度數(shù)據由高8位數(shù)據和低8位數(shù)據組成，測試代碼為第一位32位數(shù)據的總和。當微控制器將DHT21總線拉低至500us時，DHT21立即響應。下圖顯示了MCU向DHT21發(fā)送啟動信號和DHT21響應的工作過程。80us開始傳送數(shù)據主機至少拉低500us信號線說明：主機信號DHT響應信號80ug主機拉高DHT信號圖3.1DHT21響應單片機開始信號的工作過程DHT21開始數(shù)據傳輸后，每個1位數(shù)據由低電平間隔和較高電平組成。當最后的1位傳輸完成時，一條總線將總共40位的數(shù)據拉回至50us,然后釋放并匯總為高電平。圖3.2DHT21發(fā)送數(shù)據的工作過程DHT21數(shù)字溫濕度傳感器的電路圖如下圖所示。VCC3.1.2MQ-4簡介MQ-4氣體傳感器對甲烷和天然氣高度敏感。對于乙醇，煙霧敏感性非常低，能快速響應恢復特性。使用壽命長，穩(wěn)定性好，驅動電路簡單。MQ-4氣體傳感器模塊具有4個外部引腳，每個引腳都連接到5VDC電源，地，TTL輸出和模擬信號輸出。該模塊具有內置比較器，并且可以通過調節(jié)MQ-4模塊中的滑動可變電阻器來更改預設比較值。當超過設定的安全值時，TTL輸出引腳將輸出為高電平。在本設計中，不使用此功能，MQ-4的模擬信號輸出引腳連接到A/D轉換電路。MQ-4氣體傳感器適用于檢測易燃氣體，例如甲烷，氫氣，一氧化碳和煙霧。每種氣體具有不同的靈敏度特性。MQ-4傳感器檢測到不同濃度的氣體并輸出不同的電壓D0～D7引腳連接到微控制器的I/O端口，以輸出數(shù)字信號。START開始轉換，高水平是有效的。EOC可以檢查用于查詢微控制器轉換狀態(tài)的芯片的轉換狀態(tài)。OE引腳向微控制器發(fā)送讀取數(shù)據請求。500Khz脈沖的時鐘信號輸入到CLK引腳，每個單片機讀取了轉換后的數(shù)字信號后，根據MQ-4氣體傳感器對甲烷氣體的敏感性降低了甲烷氣體的濃度。下圖是靈敏度特性曲線。圖3.4MQ-4氣體傳感器靈敏特性可以看出，純凈空氣中甲烷氣體的濃度約為1000ppm。根據特性曲線，我們認為微控制器讀取的數(shù)字信號乘以等于40的空氣中實際甲烷濃度。VCCGNDVCCGNDN0←MQ-4氣體傳感器的電路圖如下所示。VCCGNDVCCGNDN0←MQMQ-43.2A/D轉換模塊3.2.1A/D的轉換原理A/D轉換器功能(1)模擬信號輸入。輸入的模擬信號包括進氣流量，空氣溫度，發(fā)動機冷卻液溫度，發(fā)動機負載(速度),電源電壓等。閉環(huán)調節(jié)控制系統(tǒng)還具有從氧氣傳感器(0x)輸入的剩余氧氣電壓信號。這些信號由相應的處理電路處理，然后由A/D轉換器轉換，然后以數(shù)字量以上所有信號已轉換為相應的電壓信號，因為它們反映了經過傳感器和處理電路后的物理量，例如流量，壓力和溫度。通常，緩慢變化的連續(xù)信號必須先轉換為數(shù)字量，然后再輸入ECU進行處理。例如，如果空氣流量計的輸出是從0到5V的電壓信號，則它處于A/D轉換器設置的范圍，則無需進行電壓轉換就可以直接輸入到A/D轉換器。在這些工作條件下，變化幅度很大，有時會超出A/D轉換器的設置范圍，因此必須在進入A/D轉換器之前執(zhí)行電壓轉換。在A/D轉換器中，其模擬量隨時間線性變化的鋸齒形電壓波被轉換為脈沖方波，脈沖計數(shù)是物理量的值。大部分轉換部件是ADC-0809芯片，它具有8通道多路開關和微機兼容的控制邏輯功能。傳感器監(jiān)視的數(shù)據經過模數(shù)轉換后輸入到單片機。這里使用ADCO809模數(shù)轉換芯片。該芯片可以將0～5V模擬信號轉換為8位數(shù)字信號。3.2.2工作原理及內部結構ADC0809芯片具有8個通道和28個外部引腳。在這種設計中，MQ-4信號輸入到IN0,D0至D7連接到微控制器的P3端口。其余5個信號引腳分別連接到微控制器的I/O端口。ADC0809需要模擬輸入。信號單極，ADC0809的電壓范圍為0-5V,因此可以將0～5V模擬信號轉換為8位數(shù)字信號。如果信號太小，則必須放大信號，并且在轉換過程中輸入模擬量的數(shù)量不應改變。如果模擬量變化太快，則需要在輸入之前保留樣品和電路。調試過程的困難在于CLK引腳必須輸入5KHz的正脈沖信號。每個脈沖完成轉換。傳入和傳出的脈沖信號不正確或頻率太低而無法減慢轉換過程。ADC0809IN3ININ3IN2N0ABCALED7IN5IN5IN6P25ADDCSP25ADDCSN7GNDGNDP33D3P21CLKVCCGNDP31DIP30P37P35P34P30D6D5D5VCCGNDVCCGNDD0Vref-GNDD2P32圖3.6ADC0809電路原理圖圖3.7ADCO809外部引腳圖ADC0809共有28個外部引腳，D7-D0為8位數(shù)字量輸出引腳，INO-IN7位8位模擬量輸入引腳，VCC為+5V工作電壓引腳，GND為地引腳，ST為A/D轉換啟動信號輸入引腳，ALE為地址鎖存允許信號輸入引腳，EOC為轉換結束信號輸出引腳，OE為輸出允許控制引腳，CLK為時鐘信號輸入引腳，A、B、C為地址輸入引腳。ST為轉換啟動信號輸入引腳，當ST為上升沿時，ADC0809內的所有寄存器清零，當ST為下降沿時，進行A/D轉換。在A/D轉換期間，ST引腳應當保持低電平。EOC為轉換結束信號輸出引腳，當EOC為高電平時，表明A/D轉換結束，當EOC為低電平時，表明A/D轉換仍在進行。OE為輸出允許控制引腳，用于控制輸出鎖存器向單片機輸出轉換得到的數(shù)據，當OE為1時，輸出轉換得到的數(shù)據，當OE為0時，輸出數(shù)據線呈現(xiàn)高阻狀態(tài)。ADC0809的內部結構如下圖所示，由8路模擬開關、地址鎖存與譯碼器、A/D轉換器和三態(tài)輸出鎖存器組成，8路模擬開關可以選通8個模擬通道，允許8路模擬量分時輸入，通過A/D轉換器進行轉換，三態(tài)輸出鎖存器鎖存A/D轉換后的數(shù)字量。三態(tài)三態(tài)輸出鎖存器轉換器址存譯路模擬量開關D1D2D3D4DsD6D?mD2DBIN4ND6D7地鎖與碼器ABCALE8路A/DVREF(+)VREK-EocCZK8圖3.8ADCO809內部結構原理圖3.2.3ADC0809與單片機連接電路ADC0809與單片機AT89C51的電路連接如下圖所示，P2.2-P2.0控制ADC0809的A、B、C地址輸入引腳，P0.0-P0.7控制ADC0809的數(shù)字量輸出引腳，P2.5控制ADC0809的地址鎖存允許信號輸入引腳，P2.7控制AD時鐘脈沖輸入引腳，P2.6控制ADC0809重FJDFNU#方圖3.9ADCO809與單片機AT89C51的電路連接圖3.3單片機最小系統(tǒng)模塊AT89C51是低電壓，高性能CMOS8位微處理器，具有4K字節(jié)的閃存可編程可擦寫只讀存儲器(FPEROM-FalROM可編程和可擦寫只讀存儲器),通常稱為微控制器。它具有以下標準功能：8K字節(jié)的閃存，可以在不像計算機硬盤一樣供電的情況下長時端口線各8位，包括256字節(jié)的RAM,PO端口，P1端口，P23個16位定時器/計數(shù)器，使用定時器/計數(shù)器功能，以編程方式設置定時器/計數(shù)器的初始值，達到指定值后即可進入中斷程序并執(zhí)行相應的操作2級中斷結構和6個中斷源，包括三個16位定時器/計數(shù)器。其他中斷源的工作模式與定時器/計數(shù)器的工作模式相似，不同之處在于中斷觸發(fā)條件與全雙工串行端口，片上晶體振蕩器和時鐘電路不同。AT89C51微控制器共有40個引腳，下圖顯示了AT89C51微控制器：EA端口是輸入端口，用于訪問外部程序存儲器控制信號，并且為低電平有效。當EA端口為低電平時，MCU執(zhí)行程序，直接從外部程序存儲器執(zhí)行指令，而不執(zhí)行內部程序存儲器的指令；如果EA端口為高電平，則MCU執(zhí)行程序并直接從內部程序存儲器執(zhí)行指令。在本主題中，不需要外部存儲器，而是直接執(zhí)行仿真，用微控制器記錄程序，因此該引腳直接連接到高電平。端口PO-P2是三組8位雙向I/O端口，端口I3不僅可以用作雙向I/O端口，還可以用作特殊功能端口，例如中斷，定時，讀/寫操作控制等。AT89C51圖3.10AT89C51單片機引腳圖單片機每次啟動都需要復位操作，目的是使單片機的各元件恢復初始狀態(tài)，單片機的復位方式分為手動復位和上電復位兩種。手動復位需要在單片機的復位輸入引腳上添加高電平，如下圖所示，在RST與電源VCC之間連接有按鈕，當手動按下按鈕后，VCC的電壓直接加在RST端，使得單片機復位。圖3.11AT89C51單片機手動復位電路圖上電復位需要在單片機的復位輸入引腳與電源VCC之間連接電容并下接電阻接地，當單片機系統(tǒng)接電后，電源VCC經過電容會在RST端施加短暫高電平信號，該信號隨著電源VCC對電容的充電而逐漸衰弱，RST端的高電平信號的持續(xù)時間與電容的充電時間相關，為了保證系統(tǒng)可靠上電復位，需要確保RST端的高電平信號維持足夠長的時間，上電復位的電路圖如下圖所示。圖3.12AT89C51單片機上電復位電路圖復位電路由串聯(lián)電阻的電容器組成，并具有不能改變電容器電壓的特性，平持續(xù)，時間電路的RC值由RST確定，典型的51單片機在RST引腳的拉電阻，可省去外部電阻并將外部電容器減小至1μF。上電復位的操作過例如，晶體頻率為10MHz,開始時間為1ms。晶振頻率為1MHz,起始內部電路的限制，該負電壓不會損壞器件。同樣，在復位期間，端口引腳處于隨機狀態(tài)，并且在復位之后，系統(tǒng)將端口設置為完全“1”狀態(tài)。如GND圖3.14AT89C51單片機晶振電路圖圖中的C1和C2為起振電容，電容值通常選值為10pF-40pF,如果沒有進行特殊說明，電容值的選擇能夠滿足起振條件即可，如果有進行特殊說明，就需要在單片機數(shù)據手冊的指導下進行電容選擇。晶體振蕩器它對應于一個兩端網絡，其中電容器和電阻器并聯(lián)連接，電容器串聯(lián)。在電氣工程中，該網絡有兩個諧振點，分為高頻和低頻，其中低頻是串聯(lián)諧振。高頻是并聯(lián)諧振。由于晶體本身的特性，這兩個頻率之間的距離非常接近；在這個非常窄的頻率范圍內，晶體等于電感。如果晶體的兩端并聯(lián)到適當?shù)碾娙萜?，則形成并聯(lián)諧振電路。該并聯(lián)諧振電路被添加到負反饋電路以形成正弦波振蕩電路。晶體的頻率范圍因電感而非常窄，因此，即使其他部分的參數(shù)發(fā)生顯著變化，該振蕩器的頻率也不會改變，不會有很大的變化。有源晶體振蕩器的典型用法：1腳懸空，2腳接地，3腳連接到輸出，4腳連接到電有源晶體振蕩器不需要DSP的內部振蕩器，信號質量好，相對穩(wěn)定，并且連接方法相對簡單(主要是使用由電容器和電感器組成的PI濾波器網絡的良好電源)為了進行濾波，輸出可以使用一個小的電阻器來對信號進行濾波，而無需任何復雜的配置電路；與無源晶體相比，有源晶體的缺點是信號電平是固定的，您必須自主選擇?；钚跃w由正確的晶體組成，之所以可以將晶體晶片用作振蕩器是基于壓電效應：向晶片的兩極施加電場會導致晶體的機械變形。當對石英晶片施加交流電壓時，晶體產生機械振動，同時，機械應變振動也產生交流電場，該交流電場的電壓非常弱，但是振動頻率非常穩(wěn)定。當所施加的交流電壓的頻率等于晶片的固有頻率(由晶片的尺寸和形狀確定)時，機械振動的幅度將迅速增加，這種現(xiàn)象稱為“壓電共振”。壓電諧振狀態(tài)的建立和維持必須通過振蕩器電路來實現(xiàn)。圖3.11是由串聯(lián)振蕩器，晶體管T1和T2以及晶體XT和電容器C2組成LC電路的兩級放大器。在該電路中，石英晶體與電感相同，C2是可變電容器，并且可以調節(jié)電容，以使電路處于諧振狀態(tài)。振蕩器的電源電壓為5V,輸出波形為方波。3.3.4單片機最小系統(tǒng)設計單片機通過將12M晶體振蕩器與18和19引腳連接來工作。復位功能是通過將9引腳復位電路連接到高電平來實現(xiàn)的。下面顯示了用于單片機的最小系統(tǒng)的示意圖。U1P1024P14P1556P16789P30P32P3334P35P367P1.0P1.2P1.5RST/VPDTXD/P3.1XTAL2XTAL1GNDVCCP0.2ALE/!PROG P2.5 AT89C51VCCP00P04 P24VCCR2VCC±c3RST4腳Q6R1VCCGNDOLED是指在電場驅動下，通過載流子注入和復合導致發(fā)光的現(xiàn)象。其原理是用ITO玻璃透明電極和金屬電極分別作為器件的陽極和陰極，在一定電壓驅動下，電子和空穴分別從陰極和陽極注入到電子和空穴傳輸層，然后分別遷移到發(fā)光層，相遇形成激子使發(fā)光分子激發(fā)，后者經過輻射后發(fā)出可見光。輻射光可從ITO一側觀察到，金屬電極膜同時也起了反射層的作用。OLED顯示模塊發(fā)光的過程如下，OLED設備的電池或電源會在OLED兩端施加電壓，電流從陰極流向陽極，并經過有機層(電流指電子的流動),陰極向有機分子發(fā)射層輸出電子，陽極吸收從有機分子傳導層傳來的電子。(這可以視為陽極向傳導層輸出空穴，兩者效果相等，在發(fā)射層和傳導層的交界處，電子會與空穴結合，電子遇到空穴時，會填充空穴，它會落入缺失電子的原子中的某個能級),這一過程發(fā)生時，電子會以光子的形式釋放能量，則OLED發(fā)光，光的顏色取決于發(fā)射層有機物分子的類型，生產商會在同一片OLED上放置幾種有機薄膜，這樣就能構成彩色顯示器，光的亮度或強度取決于施加電流的大小，電流越大，光的亮度就越高，OLED的工作原理圖如下圖所示。OLED是一種自發(fā)光材料，不需要光，具有寬視角，均勻的圖像質量，快速的響應速度和易于著色的特性，并且可以通過簡單的驅動電路實現(xiàn)發(fā)光，制造工藝簡單，可以進④行制造，它是一種符合輕，薄，短原則的柔性面板，其適用范圍屬于中小型面板。④OLEDOLED發(fā)光原理ITLEMI圖3.160LED工作原理圖OLED的內部結構圖如下圖所示，底基層通常為透明塑料、玻璃或金屬箔，底基層用來支撐整個OLED,陽極在電流流過設備時消除電子(增加電子“空穴”),有機層由有機物分子或有機聚合物構成。導電層由有機塑料分子構成，這些分子傳輸由陽極而來的“空穴”,可采用聚苯胺作為OLED的導電聚合物，發(fā)射層由有機塑料分子(不同于導電層)構成，這些分子傳輸從陰極而來的電子；發(fā)光過程在這一層進行，陰極的作用是當設備內有電流流通時，陰極會將電子注入電路。結構陰極(有機分子或聚合物)導電層(有機分子或聚合物)陽極底基圖3.170LED內部結構圖OLED屏幕的引腳結構如下圖所示，OLED屏幕有6個外部引腳，除了連接電源和地外，存儲了4個引腳以與微控制器通信。RES引腳為復位引腳，可以實現(xiàn)硬件復位1時，表示讀寫數(shù)據，D0-D1引腳為數(shù)據讀寫引腳。最初設計的監(jiān)視系統(tǒng)的OLED屏幕顯示監(jiān)視數(shù)據和無線傳輸狀態(tài)，中繼系統(tǒng)顯示接收和發(fā)送的數(shù)據及無線狀態(tài)，控制系統(tǒng)VSS(5)VSS(16)VSS(21)VDDVSS(5)VSS(16)VSS(21)VDD(4)VDD(17)VDD_IV2(31)(右上方的R表示接收狀態(tài)，而S表示VCCD0D1圖3.18OLED引腳結構圖3.5NRF905無線模塊(加工作原理圖內部結構圖)號發(fā)送模式。在信號發(fā)送模式中，當微處理器有數(shù)據需要發(fā)送時，會通過數(shù)據接口將接收設備的地址和需要發(fā)送的數(shù)據傳送至NRF905芯片，NRF905芯片的信號發(fā)送模式被激發(fā)后，會發(fā)送接收到的數(shù)據。在信號接收模式中，NRF905芯片會不斷監(jiān)測是否有地址與數(shù)據傳送至端口，當接收到匹配的地址后，NRF905芯片的信號接收模式被激發(fā)，開始接收數(shù)據，直到所有數(shù)據接收完畢，NRF905的內部結構圖如下圖所示。M1SO(10)Wos1(11)CsN(13)TRX_CE(1)FR_FTX_EN(32)A()DK(8)uRCLx(3)文項E配置寄存器解調處理地址外理GFSK濾被中賴因中賴因低噪聲放大器頻率合成器xc1(L4)VEDPA(19)AN1(20)ANT(21)IREF(23)-4-圖3.19NRF905芯片內部結構圖NRF905芯片的引腳結構如下圖所示，NRF905模塊具有14個外部引腳，其中有10個NRF905外部引腳連接MCU進行通信。TX引腳為工作模式選擇輸入引腳，當該引腳為1時，NRF905芯片為信號發(fā)送模式；當該引腳為0時，NRF905芯片為信號接收模式。TRXNRF905引腳為工作模式使能輸入引腳，該引腳為高電平時，使能NRF905芯片進入工作模式。PWR引腳為工作狀態(tài)選擇引腳，NRF905芯片除了信號發(fā)送工作模式、信號接收工作模式外，還有關機模式和空閑模式。CLK引腳為時鐘輸出引腳，可以輸出時鐘信號。CD引腳為輸出引腳，可以進行載波檢測。AM引腳為輸出引腳，可以進行地址匹配。DR引腳為輸出引腳，可以判斷接收/發(fā)送的數(shù)據是否已經準備完畢。MISO引腳為輸出引腳，可以進行SPI輸出。MOSI引腳為輸入引腳，可以進行SPI輸入。SCK為輸入引腳，可以輸入SPI時鐘信號。CSN為輸入引腳，可以進行SPI片選，使低電平信號有效。NRF905芯片具有強大的抗干擾功能，適用于工業(yè)控制場合，它在433Mhz頻段引腳配置芯片掉電模式(低功耗)、待機模式、RX(接收)模式和TX(發(fā)送)模式。5通過Spi接口調整狀態(tài)寄存器、射頻配置寄存器、發(fā)送地址寄存器、發(fā)送數(shù)據寄存器和接收數(shù)據寄存器。該系統(tǒng)已經過測試，因為兩個905芯片之間的通信時間非常短，所以我們無需使用中繼系統(tǒng)。如果使用中繼系統(tǒng)，則需要運行中繼系統(tǒng)的程序，因此存在大約2000ms的延遲。RF90單芯片無線收發(fā)器工作在433868/915MHZ的ISM頻段，由完全集成的頻率調制器、帶解調器的接收器、功率放大器、晶體振蕩器和穩(wěn)壓器ShockBurst組成。操作模式的特征是：通過SPI接口可以輕松配置自動生成前同步碼和CRC,電流消耗非常低。當發(fā)射功率為+10dBm時，發(fā)射電流為30mA,接收電流為12.5mA。它可以輕松實現(xiàn)節(jié)電并促進采礦環(huán)境中各種變化的反應。在調試過程中發(fā)生了以下問題：(1)整個電路系統(tǒng)由5V直流電源供電，而905模塊必須由3.3V直流電源供電。因此，3.3V穩(wěn)壓器模塊采用AMS1117芯片設計。(2)在NRF905配置期間，載波頻率FRF=422.4+CH_NOd/10*(1+HFREQ_PLLd)MHZ。測試中模塊硬件必須正確配置參數(shù)。NRF905可設置為在430Mhz和930Mhz之間運行。但是，模塊硬件僅適用于430Mhz左右的參數(shù)，參數(shù)不合適會影響通信距離。3579PWRDRGNDGNDVCCAM2468【圖3.20NRF905引腳結構圖3.6報警及鍵盤控制模塊NRF905芯片的引腳結構如下圖所示，NRF905模塊具有14個外部引腳，其中10個外部引腳連接MCU進行通信。TX引腳為工作模式選擇輸入引腳，當該引腳為1時，NRF905芯片為信號發(fā)送模式；當該引腳為0時，NRF905芯片為信號接收模式。TRX引腳為工入SPI時鐘信號。CSN為輸入引腳，可以進行SPI片選，使低電平信號有效。NRF905通過TRXCE和TXEN引腳配置芯片掉電模式(低功耗)、待機模式、RX(接收)模式和TX(發(fā)送)模式。5通過Spi接口調整狀態(tài)寄存器、射頻配置寄存器、發(fā)送地該系統(tǒng)已經過測試，因為兩個905芯片之間的通信時間非常短，所以我們無需使用中繼系統(tǒng)就可以忽略。如果使用中繼系統(tǒng)，則需要運行中繼系統(tǒng)的程序，存在大約2000ms發(fā)射功率為+10dBm時發(fā)射電流為30mA,接收電流為12.5mA。它可以輕松實現(xiàn)節(jié)電并(1)整個電路系統(tǒng)由5V直流電源供電，而905模塊必須由3.3V直流電源供電。因此，3.3V穩(wěn)壓器模塊采用AMS1117芯片設計。(2)在NRF905配置期間，載波頻率FRF=422.4+CH_NOd/10*(1+HFREQ_PLLd)MHZ。測試中模塊硬件必須正確配置參數(shù)。NRF905可以設置為在430Mhz和930Mhz圖3.21報警電路原理圖圖3.22鍵控電路原理圖三個LED從上至下指示溫度警報、濕度警報和甲烷濃度警報。在采礦環(huán)境中，所有超過蜂鳴器限值的指示器都會發(fā)出警報。三個電路板的主體設計由5VDC電源供電，需使用具有內置5V穩(wěn)壓器電路的220V至5V電源適配器。電路中的NRF905模塊需要采用3.3V供電，因此選擇了3.3VDC穩(wěn)壓器模塊。7085芯片是應用最廣泛的穩(wěn)壓芯片，通過簡單的電路連接即可輸出直流穩(wěn)壓電源，7805芯片僅有三個引腳，引腳1是輸入端口，可以接收待穩(wěn)定電壓；引腳2為公共端口，即公共地；引腳3為輸出端口，可以發(fā)出+5V直流電壓。AMS117芯片屬于正向低壓降穩(wěn)壓器，其輸出電壓主要有1.5V、1.8V、2.5V、3.0V、3.3V等，AMS117芯片也僅有三個引腳，引腳1為公共端口，即公共地；引腳2為輸出端口，可以輸出低壓降電壓；引腳3為輸入端口，可以接收工作電壓。本文所設計的單片機系統(tǒng)同時需要5V電壓和3.3V電壓，所以需要7805芯片與AMS117芯片配合，7805芯片與AMS117芯片構成的電源電路連接如下圖所示。圖3.23電源模塊原理圖3.8實現(xiàn)結果最終設計結果：該設計可以實時測量并顯示大氣溫度、濕度和甲烷濃度。該設計優(yōu)點：無線傳輸距離長、穿透性能強。操作方便、簡單。第一章.系統(tǒng)軟件設計該程序主要分為三個部分：監(jiān)視系統(tǒng)、繼電器系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。序、NRF905無線傳輸程序和主程序組成。中繼系統(tǒng)由OLED控制系統(tǒng)由OLED發(fā)送/接收程序和主程序組成。接收程序、警報程序、鍵盤控制程序和主程序組成。4.1系統(tǒng)流程分析微控制器是通過主程序中的邏輯順序來相互調用程序。首先，對單芯片計算機進行初始化。在每個系統(tǒng)中，先初始化OLED模塊、A/D轉換模塊和NRF905模塊，然后通過DHT21收集溫度和濕度信號，MQ-4再輸出模擬信號通過ADC0809將自身轉換為單個芯片，OLED在單個芯片處理后顯示溫度、濕度和甲烷濃度，通過無線模塊發(fā)送到中繼系統(tǒng)后，再將其發(fā)送到控制系統(tǒng)，由控制系統(tǒng)中的單片機進行處理，并在超出限制時觸發(fā)聲音和視覺警報。程序流程如下。開始開始單片機(中繼)初始化各模塊初始化無線接收While(1)是結束單片機(控制)初始化單片機(監(jiān)控)初始化讀取溫濕度和甲烷濃度各模塊初始化各模塊初始化無線接收圖4.1主程序流程圖4.2溫濕度采集及處理函數(shù)溫濕度采集及處理模塊的流程如下圖所示，完成初始化以后，溫濕度傳感器開始工作并采集相應的數(shù)據，采集到的數(shù)據需要通過數(shù)據傳輸通道傳送至微處理器，數(shù)據在傳送至微處理器后還需進行運算，并轉換為顯示模塊能夠識別的數(shù)據形式。在此過程中可以循環(huán)檢測鍵盤模塊是否發(fā)生按鍵控制，即溫度報警上下限和濕度報警上下限是否發(fā)生調整，據此判斷溫濕度傳感器檢測到的數(shù)據是否達到報警要求。初始化采集數(shù)據循環(huán)顯示各通道掃描鍵盤單通道顯示圖4.2溫濕度采集及處理流程圖4.3MQ-4甲烷濃度傳感器檢測流程設計MQ-4甲烷濃度傳感器與A/D轉換的流程如下圖所示，完成初始化以后，MQ-4甲烷濃度傳感器的工作流程與溫濕度傳感器的工作流程類似，MQ-4甲烷濃度傳感器采集到的數(shù)據需要通過數(shù)據傳輸通道傳送至微處理器，數(shù)據在傳送至微處理器后還需進行運算，并轉換為顯示模塊能夠識別的數(shù)據形式。在此過程中可以循環(huán)檢測鍵盤模塊是否發(fā)生按鍵控制，即氣體濃度報警上下限是否發(fā)生調整，據此判斷氣體傳感器檢測到的數(shù)據是否達到報警要求。圖4.3MQ-4甲烷濃度傳感器檢測流程圖4.4A/D轉換程序設計A/D轉換的流程如下圖所示，完成初始化以后，傳感器檢測到的數(shù)據為模擬量，微處理器接收的數(shù)據為數(shù)字量，因此需要進行A/D轉換，A/D轉換芯片開始工作，讀取需要轉換的數(shù)據并進行處理，將轉換得到的數(shù)據傳送至微處理器。 題束圖4.4A/D轉換流程圖NRF905無線發(fā)送/中繼/接收程序的流程如下圖所示，NRF905通過SPI接口接收到數(shù)據，可以設置其TX-EN引腳為高電平來激活其信號發(fā)送模式，以此完成數(shù)據包的發(fā)送；可以設置其TX-EN引腳為低電平、TRX-CE引腳為高電平來激活其信號接收模式，當NRF905接收到頻率相同的載波時，其載波檢測CD變?yōu)楦唠娖?，在接收到有效地址后，其地址匹配AM變?yōu)楦唠娖?，以此完成?shù)據包的接收。4.5OLED顯示程序并設置屏幕顯示字體庫。使用OLED顯示程序時，必須開始開始液晶顯示初始化光標定位顯示字符圖4.5OLED顯示模塊流程圖4.6報警程序與鍵盤控制程序警報程序將接收到的溫度、濕度數(shù)據以及甲烷濃度數(shù)據與設置的安全值進行比較，當超出安全值范圍時，蜂鳴器會發(fā)出警報，相應的LED會亮鍵盤控制程序是通過4個按鈕來控制屏幕并顯示切換，同時可調整每個指示器安全值的上限和下限。按鍵說明：設置鍵用于進入設置界面，向上鍵用于升高指示器，向下鍵用于降低指示器，選擇鍵用于切換上限和下限指示器。按鍵實時檢測按鍵2模式選t:閾值增開始檢測結果是否超出閥值是顯示、報警、能電器動作否顯示并準備下一次檢測圖4.6報警程序與按鍵控制流程圖第二章.總結該系統(tǒng)完全符合任務說明的要求，可以隨時通過無線傳輸進行設置。無線中繼的使用大大提高了系統(tǒng)的可用性和適用性，整個系統(tǒng)也簡單(1)使用無線中繼系統(tǒng)時，應延遲為2000ms,如果使用過多的中繼，則延遲會更長。此情況需要實時改進。(2)使用中繼系統(tǒng)時，無法區(qū)分監(jiān)視系統(tǒng)發(fā)送的信號和中繼系統(tǒng)發(fā)送的信號，因此近距離使用時會相互影響。(3)鍵盤控制模塊的響應不靈活，鍵控程序簡單且不夠快。在以后的學習過程中，我需要不斷探索和改進這三個要點。當前由于時間短缺以及技能水平不足，我暫時無法處理前兩個問題，問題3下一次將繼續(xù)改善。問題4僅限于傳感器，使用者需要不斷找更好的傳感器以備將來使用。當然，以上四點不影響當前設計的使用。在設計和生產過程中還有許多其他問題，我一一進行了改進。在此簡要列出一些關鍵問題。(1)DHT21模塊的確切延遲時間為30us。由于微控制器的頻率、定時器設置等原因，很難獲得準確的30us。重復實驗后，最終可以得到準確的30us。(2)最初監(jiān)視系統(tǒng)發(fā)送的無線電信號和中繼系統(tǒng)發(fā)送的無線電信號無法區(qū)分，并且只能區(qū)分不同的工業(yè)載頻?，F(xiàn)在可以區(qū)分兩者，且范圍5.2展望致謝感謝學校的老師和其他努力工作并指導您完成畢業(yè)設計過程的老·以重構和整合所學的知識來完成設計。同時，學生之間的討論和圖書館中大量文獻的參考對完成設計至關重要。完成此設計后，我們將學習電子知識以更加努力地工作，并進一步提高[1]孫繼平.煤炭監(jiān)控技術裝備與標準[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2010.[2]東兆星，劉剛.井巷工程[M].徐州：中國礦業(yè)大學出版社，2013.[3]武軍偉，康健.基于51單片機的煤礦瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)研究[J].煤炭技[4]李鴻燕，張立毅.基于單片機控制的甲烷濃度報警監(jiān)控儀電腦開發(fā)與應用J].2002,(8):29-30.[6]高文玲.基于無線傳感器網絡的礦井環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)研究.[J].電子質量.網友世界2012年4月30日[7]劉萍.基于多傳感器融合的礦井環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)研究.[J].礦山機械2013年6[8]童詩白，華成英.模擬電子技術基礎(第四版)[M].北京：高等教育出版社，2006.[9]李建忠.單片機原理及應用(第三版)[M].西安：西安電子科技大學出版[10]楊居義.單片機原理與工程應用[M].北京：清華大學出版社，2010.[11]YeagerBrent.Howtotroubleshootyourelectronicscale[J]..PowderandBulkEngineering.1995[12]MeehanJoanne,MuirLindsey.SCMinMerseysideSMEs:Benefitsandbarriers[J]..TQMJournal.2008附錄附錄1電路原理圖[5]劉西青.論國內煤礦瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)現(xiàn)狀與發(fā)展[M].山西：煤炭出版社，2006.[6]高文玲.基于無線傳感器網絡的礦井環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)研究.[J].電子質量.網友[7]劉萍.基于多傳感器融合的礦井環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)研究.[J].礦山機械2013年6[8]童詩白，華成英.模擬電子技術基礎(第四版)[M].北京：高等教育出版社，2006.[9]李建忠.單片機原理及應用(第三版)[M].西安：西安電子科技大學出版[10]楊居義.單片機原理與工程應用[M].[11]YeagerBrent.Howtotroubleshootyourelectronicscale[J]..PowderandBulkEngineering.1995[12]MeehanJoanne,MuirLindsey.SCMinMerseysideSMEs:Benefitsandbarriers[J]..TQMJournal.2008附錄附錄1電路原理圖用用為風置性性路事肆見發(fā)相從用用為風置性性路事肆見發(fā)相從6附錄3元器件清單序號123456789名稱單片機液晶顯示晶振數(shù)字式溫濕度傳感器甲烷氣體傳感器無線射頻模塊蜂鳴器按鍵開關排阻穩(wěn)壓芯片電容排針；排母；芯片座LED型號STC89C52RCOLEDDHT21MQ-4NRF9057805;AMS1117高亮燈珠數(shù)量3個3個1個；3個若干若干若干附錄4源程序代碼監(jiān)測系統(tǒng)程序：#include"codetab.h"#include"LQ12864.h"#include<intrins.h>//頭文件//*******************定義命令字**********************#defineWTPOx20//WriteTXPayloadcommand#defineWTAOx22//WriteTXAd#defineRTAOx23OE=P2^2;EOC=P2^3;CLK=P2^1;//A/D啟動轉換信號//數(shù)據輸出允許信號//A/D轉換結束信號//時鐘脈沖sbitADDCS=P2^5;PWRUP=PO^6;=P0^2;=P1^4;=P0^4;/********************************************************************typedefstructRFConfig{unsignedcharn;unsignedcharbuf[10];codeRFConfigRxTxConf={0x01,0x0c,0x44,0x20,0x20,Oxcc,0xcc,Oxcc,0xcc,0x58/**************************************************************************unsignedchardataTxBuf[32];unsignedcharkey,rsbrf,delayf,tf;/*****************************************************************************//**************************************************************************unsignedcharU8temp;unsignedcharWendu_gao,Wendu_di,Wendu_gao,Wendu_di,U8checkdata_temp;unsignedintDHTDatal,DHTData2;DHT2shishu;DHT2xiaoshu;DHT1shishu;DHT1xiaoshu;voidConfig905(void);voidSetTxMode(void);voidSetRxMode(void);voidTxPacket(void);//voidRxPacket(void);//InitializeI0port//initialize232uart//SetnRF905inTxmode//SetnRF905inRxmode//SenddatabynRF905//RecivedatabynRF905voidSpiWrite(unsignedchar);unsignedcharSpiRead(void);voidDelay(unsignedcharn);voidScankey(void);voidTxData(unsignedcharx);voidcomdebug(void);//WritedatatonRF905//ReaddatatonRF905//Scankey//SendkeyvaluetoCRTdisplay/********************(STC12C5608AD11MHZz=1時精確延時1ms)voiddelayms(unsignedintz){unsignedintx,y;for(x=z;x>0;x--)for(y=1848;y>0;y--);延時函數(shù)///**********延時函數(shù)************/voidDelay905(unsignedcharn)unsignedinti;while(n--)voidDelay_10us(void)//延時10uSunsignedchari;voiddelay2(unsignedchari)unsignedcharj;while(i--)voiddelayqidong(unsignedintz)DisNum(30,4,600-x,3);LCDP8x16Str(66,4,"/600");LCDP8x16Str(10,0,"Monitoring");Dis_Num(60,2,DHT2shishu,2);LCDP8x16Str(76,2,".");DisNum(84,2,DHT2xiaoshu,1);LCDP8x16Str(92,2,"c");LCD_P8x16Str(0,4,"Humdity:");Dis_Num(60,4,DHT1shishu,2);LCD_P8x16Str(76,4,".");Dis_Num(84,4,DHT1xiaoshu,1);LCD_P8x16Str(92,4,"RH%");}{EA=1;//開總中斷TMOD=0x02;//設定定時器T0工作方式THO=216;//利用TO中斷產生CLK信號TRO=1;//啟動定時器TO}unsignedchari;{U8FLAG=2;while((!DHT)&&U8FLAG++);if(DHT)U8temp=1;U8FLAG=2;while((DHT)&&U8FLAG++);//超時則跳出for循環(huán)//判斷數(shù)據位是0還是1//如果高電平高過預定0高電平值則數(shù)據位為1U8comdata<<=1;}}voidRH(void)//讀取溫濕度{//主機拉低1-5msDHT=0;DHT=1;//總線由上拉電阻拉高主機延時40us//主機設為輸入判斷從機響應信號DHT=1;//判斷從機是否有低電平響應信號如不響應則跳出，響應則向下運行if(!DHT)//T!{U8FLAG=2;//判斷從機是否發(fā)出80us的低電平響應信號是否結束while((!DHT)&&U8FLAG++);U8FLAG=2;//判斷從機是否發(fā)出80us的高電平，如發(fā)出則進入數(shù)據接收狀態(tài)while((DHT)&&U8FLAG++);//數(shù)據接收狀態(tài)COM();COM();Wendu_di=U8comdata;COM();Wendu_gao=U8comdata;COM();Wendu_di=U8comdata;COM();U8checkdata_temp=U8comdata;DHT=1;//數(shù)據校驗U8temp=(Wendu_gao+Wendu_di+Wendu_gao+Wendu_di);if(1)U8RH_data_H=Wendu_gao;//濕度U8RH_dataL=Wendu_di;DHTDatal=U8RHdataH;DHTDatal<<=8;DHTData1|=U8RHdata_L;//DHT1shishu=DHTDatal/10;獲得完整的濕度U8T_dataH=Wendugao;//溫度Wendudi=Wendudi;DHTData2=U8T_data_H;DHTData2<<=8;DHTData2|=Wendudi;//獲得完整的溫度if(DHTData2&0x8000)//如果溫度為負值DHTData2&=0x7FFF;DHT2shishu=DHTData2/10;/***********T0中斷服務程序************/voidt0(void)interrupt1using0〔lCLK=~CLK;}/***********AD轉換函數(shù)**********/{ADDCS=0;//選擇通道INOdelay2(10);ST=1;//啟動AD轉換delay2(10);AD_DATA[0]=P3;OE=0;主函數(shù)**************************************************************************/voidmain(){LCD_Init();delayqidong(600);LCDCLS();CSN=1;//SpiSCK=0;DR=1;AM=1;//InitAMforinputPWR_UP=1;//nRF905poweronTRX_CE=0;//SetnRF905instandbymodeTXEN=0;//setradioinRxmode//ConfignRF905moduleTxBuf[0]=1;TxBuf[1]=1;TxBuf[2]=1;TxBuf[3]=1;TxBuf[4]=1;//TransmitTxbufferdataDelay905(500);//delayforledlLCD_P8x16Str(98,0,"S");TxBuf[0]=0xff;TxBuf[1]=0xff;TxBuf[2]=0xff;TxBuf[3]=0xff;TxBuf[4]=0xff;while(1)RH();AD();//無限循環(huán)SetTxMode();/TxPacket();//TransmitTxbufferdataTxBuf[0]=DHT2shishu;TxBuf[1]=DHT2xiaoshu;TxBuf[2]=DHT1shishu;TxBuf[3]=DHT1xiaoshu;Delay905(500);}display()unsignedchari;CSN=0;//Writeconfigrationwords寫放配置字{SpiWrite(RxTxConf.buf[i])}CSN=1;//DisableSpivoidSpiWrite(unsignedcharbyte)unsignedchari;DATABUF=byte;for(i=0;i<8;i++){if(flag)MOSI=1;//Putfunction'sparameterintoabdatavariable//Setupbytecirculationbits//PutDATABUF.7ondatalineMOSI=0;SCK=1;DATA_BUF=DATA_BUF<<1;SCK=0;//Setclocklinehigh//ShiftDATA_BUF//SetclocklinelowunsignedcharSpiRead(void){unsignedchari;for(i=0;i<8;i++)//SetupbytecirculationbitsDATABUF=DATABUF<<1;//RightshiftDATABUFSCK=1;//Setclocklinehighflag1=1;//ReaddataSCK=0;returnDATABUF;voidTxPacket(void)unsignedchari;//Config905();CSN=0;for(i=0;i<32;i++)SpiWrite(TxBuf[i]);CSN=1;Delay905(1);functionparameter//Returnfunctionparameter//Writepayloadcommand//Write32bytesTxdata//SpidisableCSN=0;//Spienableforwriteaspicommand//Writeaddresscommand{SpiWrite(RxTxConf.buf[i+5])}CSN=1;TRXCE=1;Delay905(1);TRX_CE=0;//Spidisable//while(DR!=1);//SetTRXCElowvoidRxPacket(void){unsignedchari;TRXCE=0;CSN=0;{RxBuf[i]=SpiRead();//SetnRF905instandbymode//Spienableforwriteaspicommand//ReadpayloadcommandCSN=1;//Disablespi/while(DR||AM);TRXCE=1;if(RxBuf[0]==1)LCDP8x16Str(90,0,"N");if(RxBuf[1]==1)LCDP8x16Str(98,0,"N");Delay905(500);//...lightledLCDP8x16Str(90,0,"S");LCDP8x16Str(98,0,"S");voidSetTxMode(void)TX_EN=1;TRX_CE=0;Delay905(1);//delayformodechange(>=650us)voidSetRxMode(void){TX_EN=0;TRX_CE=1;Delay905(1);//delayformodechange(>=650us)中繼系統(tǒng)程序：#include"codetab.h"#include<intrins.h>#defineucharunsignedchar//頭文件#defineuintunsignedint//*******************管腳配置*********PWRUP=P2^3;MISO=P0^5;MOSI=P2^6;CSN=P2^7;=P0^4;=P2^5;uchardataRxBuf[32];ucharkey,rsbrf,delayf,tf;voiddisplay(){LCD_P8x16Str(0,2,"Temper:");Dis_Num(60,2,TxBuf[0],2);LCD_P8x16Str(76,2,".");Dis_Num(84,2,TxBuf[1],1);LCD_P8x16Str(0,4,"Humdity:");/*************************************************************************主函數(shù)**************************************************************************/voidmain()//================NRF905初始化CSN=1;//SpidisableSCK=0;//SpiclocklineinithighDR=1;//InitDRforinputAM=1;