瓦斯环境监测及报警毕业论文

1、矿井环境监测及报警装置的设计作者姓名:周军 专业班级:2010060505 指导教师:李琳琳 张志程摘 要瓦斯浓度的监测器在监测煤矿井下安全状况和防范安全隐患方面起着重要作用。本设计用传感器MQ-2采集甲烷变成电流信号，将电流信号通过LM358进行放大，再传到STC89C52RC单片机进行处理。瓦斯浓度监测结果通过LCD1602显示出来，当甲烷浓度超过规定的浓度，就进行声光报警，同时自动启动通风装置。它适合各类煤矿瓦斯的监控，可以大大降低煤矿事故的发生，降低企业成本，提高煤炭开采率，为我国煤炭事业做出贡献。在实验室环境下完成瓦斯浓度检测报警电路，实现检测报警基本功能，并在超限时启动风机。关键词

2、：STC89C52RC单片机；MQ-2；声光报警器；LCD1602IIDesign mine environmental monitoring and alarm devicesAbstract:The Monitor of gas concentration monitor the security situation in the coal mine monitoring, it plays an important role in preventing security risks. This system uses the sensor called MQ-2 to capture t

3、he concentration changes of methane which can become the current signal,Then, the current signal is amplified by LM358, and spread to STC89C52RC microcontroller for processing. The concentration results of monitoring through the LCD1602 to display, when the concentration of methane exceeds the presc

4、ribed concentration ,it leads to Sound and light alarm system, and automatically start the ventilation. It is also suitable for all types of coal mine gas monitoring, which can greatly reduce the occurrence of coal mine accidents,reduce costs and improve the rate of coal mining, it contributse to Ch

5、ina's coal industry. The gas concentration detection alarm circuit is finished in a laboratory environment, it achieves a basic functions of detection alarm and starts the fan when overrun.Key words：STC89C52RC microcontroller;MQ-2;sound and light alarm;LCD1602目 录第1章 前 言11.1 瓦斯监测历史与发展11.1.1 瓦斯监测特

6、点21.1.2 研究目的与研究内容2第2章 系统设计32.1 系统整体设计32.2 主要器件选择32.2.1 微控制器的选择42.2.2 运算放大器的选择42.2.3 瓦斯传感器的选择4第3章 系统的硬件电路设计63.1 传感器电路63.1.1 MQ-2的结构63.1.2 MQ-2工作原理63.2 运算放大电路73.3 STC89C52RC单片机73.3.1 STC89C52RC芯片概述73.3.2 STC89C52RC引脚功能说明83.4 声光报警电路103.5 1602型LCD显示器结构与原理113.5.1 LCD显示器结构113.5.2 LCD显示器介绍和指令113.5.3 LCD显示器

7、的接口设计123.6 时钟电路设计133.7 自动通风电路设计14第4章 监测系统软件编程与系统仿真164.1 软件设计总述164.2 开发软件的选择164.3 软件功能实现174.4 Proteus和Keil软件介绍及使用174.4.1 Proteus介绍及使用184.4.2 Keil软件介绍及使用184.5 仿真及调试过程19第5章 实物制作215.1 实物器件接线与实物电路215.1.1 甲烷传感器接线215.1.2 显示器的接线225.1.3 单片机的接线235.1.4 报警电路接线245.1.5 报警灯接线255.2 实物制作过程265.2.1 程序的编写与调试265.2.2 文件烧

8、录过程275.2.3 实物的总体连线285.3 实物演示过程285.4 报警显示295.5 实物制作中遇到的问题与解决方案30结 论32致 谢33参考文献34附录A 总体实物图35附录B 总程序3639成都理工大学2014届学士学位论文（设计）第1章 前 言1.1 瓦斯监测历史与发展世界上的每个国家，都在使用煤炭或者生活的环境也与煤炭产物有关，因为煤炭的作用十分广泛。煤炭可以用来发电，取暖，炼钢，提炼石油苯酚等作为化工原料，生产煤气，乙炔，粉煤灰可以用来制造水泥，炉渣可以压制空心砖，炉灰也可以用在一般民房的保温材料，可见煤炭全身都是宝。但是在煤炭开采的过程中，矿难事故屡屡发生，发生矿难的原因有

9、很多，其中大多数都是由瓦斯爆炸引起的。防止瓦斯爆炸事故的发生，除了加强井下作业人员的安全学习和改善作业环境外，还必须对井下的瓦斯和氧气情况进行监测以及报警。地下煤矿是煤炭开采的主流，露头煤矿只占煤炭开采总量的很少一部分。井下的开采环境受到各种条件的制约，因此地下煤矿开采难度比露天煤矿难度高很多。在煤炭开采的过程中，安全很重要，开采效率也很重要，所以要做到安全第同时生产第一的目标。这就需要用到瓦斯浓度检测仪这类的仪器，会使得矿工更加安心地进行生产作业，从而提高生产效率。最开始的时候，就有人使用敏感的动物来检查甲烷浓度的大小。安全火焰灯的使用，又是甲烷监测的一大跨越。矿井瓦斯浓度变化存在着很多的不

10、确定因素，使得监测的要求越来越高，形势也变得更加严峻。电子技术的发展和自动控制的发展使得矿井的开采仪器更加先进，监测水平也明显提高。甲烷监测浓度系统的精度不断地提高，检测方式也在不断更新。甲烷浓度的监测让矿井生产可以更加安全，这样才能保证工人的安全以及企业的发展。我国在80年代初，从外国购买了很多监测设备，同时在使用的时候，结合我国的煤矿特点，开发出各种瓦斯监测系统和有毒气体监测的装置。瓦斯浓度监测技术在中国一步步地应用，并且消化吸收，结合我国的现状开发出很多系列的瓦斯浓度监测仪器，在国有大型煤矿和小煤矿中有着广泛的使用。在当今世界的任何一个国家，能源都是不可或缺的一部分，没有能源就不可能让国

11、家的经济发展起来。矿井的安全生产已经成为广大煤炭企业需要迫切解决的一个重要问题。因而提高煤矿的瓦斯监测的整体水平，已经成为全国各个煤矿安全生产不可或缺的重要任务和职责。1.1.1瓦斯监测特点煤矿的瓦斯浓度监测在煤矿的生产过程中有着举足轻重的作用，它可以实现自动监测和报警，从而降低煤矿的瓦斯事故发生率。在实际的生产过程中，瓦斯浓度监测系统对安全生产有保障的作用，降低事故的发生，这样可以保证生产提高煤炭开采的效率，促进企业的经济效益。瓦斯浓度监测系统由于一些限制，在小型煤矿没有使用最新的、最先进的设备，主要原因是自身需要很多的改进，如：1.功率高，所以耗能也高2.传感器在工作过程中稳定性差，不方便

12、调节，不耐用3.瓦斯监测系统安装比较复杂，平常保养也麻烦4.对操作人员的专业要求比较高5.在瓦斯监测系统在运行的时候，可能因为性能不稳定而出现故障相比之下，国内的瓦斯浓度监测水平低于国外，但是在国内煤矿的应用有一定的限制，可以向国外学习适合中国煤矿的技术。 1.1.2 研究目的与研究内容根据我国煤矿的现阶段特点，研制出适合中小型煤矿瓦斯监测的仪器很有必要。瓦斯浓度监测仪器的使用，这样可以把煤矿的安全生产程度提高。根据瓦斯浓度监测的特点，主要研究以下的几个方面：1.正确选择适当的瓦斯传感器。2.瓦斯传感器与各模块的通讯使用，和各模块的选择。3.对甲烷浓度进行实时显示，当超过浓度规定进行自动报警处

13、理，并且对硬件电路进行设计和优化。4.用Keil软件进行C语言编程，在单片机上面使用进行仿真，将程序下载到实物，进行实物的制作、运行。第2章 系统设计2.1系统整体设计图2-1瓦斯浓度监测仪系统结构图如图2-1所示，瓦斯浓度监测由六个部分组成：瓦斯浓度传感器、运算放大器、单片机处理电路、1602型LCD、报警电路和自动通风电路组成。传感器部分采用气体传感器MQ-2，在矿井环境下将浓度信息转换成电信号。因为采集的电信号是连续变化的模拟信号，所以需要经过运算放大电器进行放大，单片机才能将其识别。STC89C52RC单片机对采集到的数字信号进行相应的处理和判断，并且通过C51程序将瓦斯浓度状态在16

14、02型LCD显示出来。当遇到甲烷浓度偏高时启动蜂鸣器进行声光报警，同时自动启动通风装置。当瓦斯浓度过高的时候，井下工作人员就应当马上离开作业现场，防止工作人员在井下受到安全方面的威胁。蜂鸣器和1602型LCD的配套使用，能够实时监测工作人员身边的环境变化和实现安全报警，自动启动通风电机，从而可以提高矿井作业的安全。2.2 主要器件选择为了实现安全生产的方针，在井下生产的时候更加安全，因此有一套实用可靠的监测系统十分地必要。结合各方面的特点，组成一套完整的瓦斯监测系统很重要，各个模块的选择且紧密配合很重要。2.2.1 微控制器的选择单片机的系列比较多，选择适当的单片机很重要，这样可以对系统进行很

15、好的控制，这次设计选择很常用的单片机STC89C52RC，它对电压要求也低，电源工作电压只需几伏特就可以。2.2.2 运算放大器的选择由于甲烷传感器监测到的甲烷浓度信号比较弱，不能直接让单片机接收到，所以需要运算放大器来将信号放大。在本设计选用LM358运算放大器，它有精度高等优点。2.2.3瓦斯传感器的选择根据矿井开采的实际需求，发明出各种瓦斯浓度传感器主要分为下列几种：1.光干涉式其优点精度高，耐用；缺点是成本比较高，自动监测的实现有点困难。2.热催化式优点是元件和仪器的成本低，结构简单，容易实现自动检测；其缺点是探测元件不耐用。但是在现阶段使用比较广泛。3.热导式热导式优点成本低，量程大

16、，可连续检测，读数稳定，元件寿命长；缺点是瓦斯浓度信号不强，而且气温影响比较大。4.红外线式红外线式的优点是精度高，选择性好；其缺点是保养困难，成本高，耗能高。因此使用受到很大的限制。5.气敏半导体式气敏半导体的优点是对微量瓦斯敏感度高，成本低；缺点是甲烷浓度高，反应变得很慢。6.离子化式其优点是灵敏度高，测量准确，快速；其缺点是对低浓度瓦斯不敏感，仪器读数受到空气湿度的影响，而且传感器结构复杂。比较以上的几种瓦斯传感器，在瓦斯浓度监测过程中，监测到的结果会受到各种环境条件的影响，主要的性能参数如下：检测精度：±3%F.S响应时间：小于30秒温度：4080湿度：95%RH报警浓度：瓦

17、斯0.10.5%根据矿井瓦斯监测的环境，对各种传感器进行各方面的比较，选用气体传感器MQ-2，它具有适应环境能力强的特点；可以快速实现响应的恢复特性；同时具有稳定性高、寿命长、测试电路简单等优点，在实际中的应用很广泛，同时也非常适合在煤矿巷道中使用。第3章 系统的硬件电路设计3.1 传感器电路传感器电路的设计是瓦斯浓度监测的开始，有了传感器电路的设计才能保证后面监测的进行。3.1.1 MQ-2的结构图3-1 MQ-2的外形和结构MQ-2传感器可以对甲烷的浓度进行采集，加热器是气敏元件不可或缺的，能够为气敏元件加热，这样气敏元件才能工作。封装好的气敏元件有6只针状管脚，2个提供加热电流，4个用于

18、对信号输出。3.1.2 MQ-2工作原理图3-2 MQ-2内部情况分布图MQ-2的内部情况分布如图3-2所示，在测量的过程中，数值要根据电路来校正。其中R0为气体的等效电阻，RL为外接负载电阻，它可以调节模拟电压的输出范围，应将RL调到需要的范围，才可以使得量程满足测量需求。灵敏度对于气敏元件是十分重要的，所以气敏元件时在使用前需要进行校准，一般可以采用1000ppm异丁烷或氢气校准传感器来进行校准。3.2 运算放大电路MQ-2传感器对甲烷浓度的输出电流很低，只有0.1毫安级，传送到单片机中不能被识别。因此，需要对输出电流进行放大，再传到单片机,这样单片机就可以识别该信号。选用合适的放大器对于

19、电流放大有很大的作用，本次设计选用LM358运算放大器，根据需要调节放大倍数。LM358运算放大器可以很好地和MQ-2进行连接使用，保证放大倍数的可靠性和稳定性。3.3 STC89C52RC单片机3.3.1 STC89C52RC芯片概述单片机的种类有很多种，选择可靠性高，性价比高的单片机对实验和实际生产有着很大的作用。STC89C52RC单片机各方面性能稳定，所以得到了很大程度上的应用。STC89C52RC可以兼容MCS-51系列单片机的指令，而且使用方法和其他系列的单片机很相似，掌握这种型号的单片机就可以对所有单片机有一个熟悉的认知。STC89C52RC单片机的应用场合十分地广泛，因为它具有

20、EEPROM功能，同时具有定时器软件实现多个UART功能。引脚如图3-3所示：图3-3 STC89C52RC单片机引脚图1.主要性能（1）具有看门狗功能（2）4个8位D的I/O接口（P0到P3）（3）用户应用程序空间有8KB（4）空闲模式的典型功耗为2mA（5）共有3个16位定时器/计数器（6）可用于串行通道的编写，可以自动复位（7）掉电模式可由外部中断唤醒（8）和其他模块连接比较方便3.3.2 STC89C52RC引脚功能说明VCC：电源端，正常运行时接+5V电源 ，但在Proteus中相当于已经接入电源。VSS：与地相连端，正常运行时接地。P0端口是一个漏级开路的准双向I/O接口。由于芯片

21、的特点，它在使用时需要在旁边加上一个上拉电阻，这样就可以像P1、P2、P3那样使用。P1端口作为通用的输入/输出端口时，是内部带有上拉电阻的。P2端口可以在CPU访问外部存储器或I/O接口芯片时，提供高外设的高8位地址（A8A15）的地址总线信号。由于在访问期间P2端口的地址信号保持不变，因此不需要增加锁存器。P3的第二功能在CPU访问外部存储器或I/O接口芯片时，P3端口提供读、写控制总线信号。P3端口还提供STC89C52RC的其他I/O功能，如表3-1：表3-1 P3口特殊功能引脚RST：信号输入端的复位口，是中不可或缺的一部分，单片机必须在一种确定的状态进行工作。可能因为输入输出状态不

22、确定和端口线电平会导致外围设备误动作，而发生严重的事故；内部由于一些控制寄存器（专用寄存器）的不确定的内容也可能会导致程序尚未开始就发生中断、定时器溢出以及串口乱传向外设发送数据。所以需要复位电路来对单片机进行复位，复位电路如图3-4所示：图3-4 复位电路3.4声光报警电路电流通过电磁线圈发声是蜂鸣器的基本工作原理，振动膜受到电磁线圈产生磁场驱动发声，所以一定量的电流才可以驱动它。因为单片机的I/O口引脚输出电流比较小，蜂鸣器不能由单片机输出的TTL电平驱动，所以需要用一个三极管将电流进行放大。同时为了满足系统的发光报警，在蜂鸣器入口端同时接入一个发光二极管。这样不仅可以进行声音报警，而且还

23、可以进行灯光的报警，由此能够达到双重安全报警的效果。原理图如图3-5：图3-5 蜂鸣器原理图当甲烷的浓度未达到报警条件的时候，P2.2的电平为低电平，无电压输出，就没有构成通路，这样报警灯不会发光和报警也不会发出声音。当甲烷浓度达到报警条件时候，P2.2变成高电平，此时有电压的输出到三极管的基极，通过三极管的放大使得报警灯发光和报警器发出声音。此时需要注意R6的值，如果R6过大则报警灯和蜂鸣器不会达到导通电压，所以要选取合适的值，才回得到理想的仿真效果。3.5 1602型LCD显示器结构与原理3.5.1 LCD显示器结构LCD显示器的种类比较多，本次设计选择比较常用的LCD1602.液晶显示器

24、LCD既可以显示文字，同时也可以显示数据。它具有很多优点，性能稳定、质量轻、耗能低、体积也比较小等优点，而且显示内容丰富外形美观，可以取代LED数码管，因为LED数码管的接线更加复杂，显示也没有LCD1602液晶显示器直观。所以LCD1602在实际生活中的应用很广泛，LCD1602的接口比较简单，在设计过程中，为了提高对比度，在VEE一端加入一个滑动变阻器，这样可以调节显示器的对比度。1602型LCD外形图如下图3-6所示：图3-6 1602型LCD外形图3.5.2 LCD显示器介绍和指令本设计所采用的液晶显示器为1602LCD，其具有16脚（带背光）接口，各引脚接口的说明如表3-3所示:表3

25、-2 1602LCD各引脚接口的说明1602内部控制器共有11条控制指令，如表3-4所示：表3-3 1602LCD的指令说明3.5.3 LCD显示器的接口设计LCD显示器的接口比较简单，如图3-7所示，为本设计LCD的连线，P0接口在与LCD相连需要加一个上拉电阻，上拉电阻的1号端口和电源相连，STC89C52RC单片机的P0的8个接口分别和D0到D7连接，RS与P1.3连接，RW与P1.4连接，EN与P1.5连接。其他的三个端口，VSS接地，VDD接5V正电源，VEE为显示器的对比度调整端，接正电源时对比度最低，接地时对比度最高。图3-7 LCD显示器接口设计3.6 时钟电路设计STC89C

26、52RC内部有一个振荡器和时钟发生电路，完成时序信号的产生。XTAL1是单片机片内振荡电路反相放大器的输入端，XTAL2是单片机片内振荡电路反相放大器的输出端。本次设计采用的是内部方式时钟电路，采用片外连接石英晶体，XTAL1和XTAL2用来连接外部的石英晶体和微调电容，产生原始的振荡脉冲信号。石英晶体的固有频率就是单片机的振荡频率。这里C1和C2取值为30pF，石英晶体取值为12MHz,不仅可以在串行口通讯时提供精确的通讯波特率；而且可以在设计时满足机器周期的需要。时钟电路设计如图3-8所示:图3-8 时钟电路3.7 自动通风电路设计瓦斯监测是为了保证矿工的安全，瓦斯浓度超出安全范围，就需要

27、单片机能够自动启动通风装置，这点是很必要的，如图3-9所示：图3-9自动通风电路工作过程以及原理：瓦斯浓度超过规定时候，电流经过电阻R1流向三极管，三极管将电流放大，传到光电耦合器使得发光源发光，因为光的强度由激励电流大小所决定，所以电流信号需要三极管的放大。光照到受光器上，利用光电效应的原理产生光电流，这样就可以达到电到光再到电的转换。电流流向继电器K的线圈，线圈K有电流通过的时候，K的常开触头就闭合，KM线圈就通电，KM线圈通电后KM的常开触头闭合形成自锁，KM的主触头闭合电机就自动开始运转通风，这样就达到了自动通风的目的。电机手动启动按一下常开开关SB2，电机的停止动作按下常闭开关SB1

28、就可以。在此设计中，K的常开触头要求能承受220V电压电路中所产生的电流，为了让设计更加可靠还可以在KM常开触电那条电路线上加一个SB1的常闭开关。第4章 监测系统软件编程与系统仿真4.1 软件设计总述依据瓦斯浓度硬件电路的整体设计，可以对软件进行设计，软件的框图如图4-1：图4-1 软件设计框图系统的软件设计可以分为信号的采集，信号的处理，显示与报警，自动通风四个部分。结合Keil程序在单片机中的信号进行处理，如果甲烷浓度超过规定值，则进行声光报警，同时通过继电器启动通风装置，对矿井进行通风，从而降低甲烷的浓度，保证矿井工作环境的安全。4.2 开发软件的选择单片机要运行，就需要语言来控制其动

29、作，主要的语言有汇编语言和C51语言。这两种语言有着自己的优缺点，主要有以下几方面的比较：1）实时性：汇编语言能够精确地计算时间，计算程序一段程序需花多少时间，什么时刻来进行中断，中断后执行时间多久等，C51程序是无法做到的，所以汇编的实时性比C51好。2）执行速度方面：汇编语言的优势十分明显，而C51经过编译生成代码数量比汇编语言高很多，所以影响C51的效率。3）可移植性：C51语言和C语言差不多，汇编语言在这方面比C51差很多。4）编写方便程度：因为C51的编写可以利用头文件来直接引入，而且检查程序的准确性也可以采用编译来验证，而汇编语言的程序的编写比较复杂，所以C51的编写更加方便，可以

30、直接调用，而且能够用Keil软件进行编译产生可执行文件载入单片机进行仿真。这次的瓦斯浓度监测，选择C51程序来进行编写。因此选择Keil软件来进行程序的编程，Keil软件是进行C51编程很适合的工具。4.3 软件功能实现瓦斯监测系统的硬件运行离不开软件的支撑，软件和硬件对系统有同样重要的作用，所以软件的设计很必要。在下图中可以看出主程序流程，主程序流程如图4-2所示：图4-2 主程序流程图4.4 Proteus和Keil软件介绍及使用单片机电路的仿真和程序输入单片机进行电路仿真和调试有着很大的作用和密切的联系，因此需要将它们熟悉应用。4.4.1 Proteus介绍及使用Proteus不仅可以用

31、来作电路仿真，同时还可以作PCB设计，还可以完成其他很多功能。Proteus主要可以用来设计原理图和电路图仿真，同时用于PCB板的设计。该软件有以下的特点：（1）可以直接在库中选取元件，点击P直接输入需要的元件名字，就可以直接找到所需的元件。（2）支持其他软件的编译，比如KeilC51等。（3）能够实现对模拟电路、数字电路以及模拟电路和数字电路的联合使用的仿真，同时可以将值在LED或者LCD上面显示出来。（4）可以对各种型号的单片机进行仿真和调试。（5）仿真的时候非常方便，可以按下开始就直接仿真，也可以按下帧进进行一步步仿真，在运行时候想停止就按下暂停，运行结束直接点击停止就可以，就用这几个键

32、就可以很快速的进行仿真。（6）里面自带电压探针模式和电流探针模式，可以直接将它们放在电路中，对想知道电压或者电流的地方进行测量。（7）可以在一个界面将元件进行单个的拖动和整体的拖动，还可以同时打开几个界面，将元件复制、粘贴到其他界面，此时其他界面的元件模式里面的库中就自动存在拖动进去的元件，不需要再去查找添加元件，可以节约很多的时间。4.4.2 Keil软件介绍及使用单片机的的硬件是单片机的躯干，只有躯干单片机不能按照要求来工作，这就需要软件来支撑，软件就像单片机的能量一样，没有软件硬件就不能正常运作。KeilC51是美国的公司研发的， KeilC51的使用步骤如下：（1）点击KeilC51的

33、图标，打开界面。（2）点击工程中新建工程，在文件名那里输入文件名，点击保存。（3）根据需要选择单片机型号，本设计选用Atmel中的STC89C52RC，并且点击确定，就可以将单片机型号选入。在弹出窗口中点击是，就可以将工程建好。（4）点击文件中的新建，可以弹出一个窗口，再点击文件中的保存或者图标保存，输入程序的文件名加上后缀.C，这样对C语言进行编程，加上后缀.ASM，这样对汇编语言进行编程，这一个步骤很重要，然后再点击保存。（5）双击鼠标左键点击元组弹出窗口，选中需要的程序文件名，再点击添加，这样就可以点击元组下的C语言文件进行编程。（6）在编程结束后可以点击左上方的翻译看程序是否有错，如果

34、有错误和报警就根据提示进行修改，在没有错误和报警的时候点击编译就将程序编译同时产生可执行文件。如果点击编译也没有错误和报警的提示，则此时程序的编写完成。4.5 仿真及调试过程第一步：点击图标ISIS.EXE弹出界面，点击查看样例中的取消。第二步:点击窗口中的P，在关键字下直接输入需要查找的元件名字，也可以输入所有类别的关键字，点击所有类别下关键字的元器件，再点击子类别中需要的元器件，选择需要元件的制造商，最后选中元件，再点击右下角的确定就可以将元件加入到元件库中。第三步：将元件选中，在图的位置点击鼠标左键就可以将元件拖入图中。第四步：调整各元件的位置，让元件可以分布规则，方便布线。第五步：将各

35、元件用线连接起来，为了方便布线，可以利用节点模式在节点标号模式上面输入线号，这样可以不使用线也能够连线。第六步：修改元件参数，达到需要参数的值，由于元件库中没有MQ-2，所以使用滑动变阻器POT-HG代替。第七步：点击Keil中的目标选项，再点击输出，在产生HEX文件（X）的前面点击一下打个勾，再点击目标选项中的调试，选择使用中（U）的Proteus VSM Simulator，再点击确定，此时的输出文件就可以和单片机联合使用。第八步：鼠标左键双击STC89C52RC单片机，弹出编辑元件窗口，在Program File中选择输出文件，文件的后缀是.hex，再点击确定。第九步：点击左下角的开始按

36、钮进行仿真，有时候为了观察动作过程，可以点帧进进行一步步的观测，在仿真的过程中点击暂停可以对仿真暂时终止，再点击一下暂定将重新继续仿真，仿真结束直接点击停止即可。第十步：在仿真的时候，就算程序和仿真图都正确，也可能不能正常仿真，这就需要对一些元件的参数进行设置，比如电阻的阻值，电容的值等。仿真图如图4-3所示：图4-3 仿真图第5章 实物制作5.1实物器件接线与实物电路5.1.1甲烷传感器接线在制作实物的时候，选取各模块的元件是第一步，通过比较，实物中用MQ-2传感器，它属于热催化式传感器。MQ2传感器不仅可以对甲烷或者其他可燃蒸汽进行监测，对烟雾、氢气的灵敏度也很高。如图5-1为MQ-2模块

37、：图5-1 MQ-2模块MQ-2传感器有6个引脚，可以对甲烷、氢气、烟雾等进行监测。但是它不可以直接使用，可以选用的MQ-2模块，它有4个引脚，VCC接电源正极（5V)、GND接电源负极、DO为TTL开关信号输出数字量0和1（0.1和5V）、AO为模拟信号输出。MQ-2模块集成LM358运算放大器，可以将监测到的信号进行放大。MQ-2模块通电后，POWER-LED显示灯亮变成红色，当甲烷气体达到一定值的时候DOUT-LED显示灯亮变成绿色。由于甲烷是易挥发性气体，所以使用的时候可以用烟雾报警来代替。在实物连线的时候将DO与P2.0进行连接，AO进行空脚。5.1.2显示器的接线在设计的时候，需要

38、LCD显示器将甲烷浓度是否安全显示出来，选择1602LCD显示器进行显示。它有16个引脚，16个引脚没有地方接线，所以用16单排针插入进行焊接，这样就能够和其他模块进行相连或者用杜邦线与其他模块相连。如图5-2为1602型LCD显示器：图5-2 1602型LCD显示器1602显示器的接线比较简单，RS接单片机P1.3,RW接单片机P1.4，E接单片机P1.5。设计中采用的是探索电子开发板，在开发板上面有LCD1602显示器插口，可以直接将LCD1602插入使用。在选择这个1602LCD之前，选择到另一个1602LCD，但是由于内部老化，接线松动等原因，屏幕亮度不够，有时候使用也不能正常显示，如

39、图5-3 初次1602型LCD:图5-3 初次1602型LCD5.1.3 单片机的接线单片机选择STC89C52RC，它在使用的过程中很方便，可以直接通过闸对单片机进行取出和插入到槽中。在槽外有2排排针，排针可以直接用杜邦线与外部进行连接，如图5-4为STC89C52RC单片机：图5-4 STC89C52RC单片机初次选择的开发板由于接口松动，内部线路老化等原因，不能正常使用，而且在使用初次开发板的时候，单片机的40个引脚根据该开发板内部电路图用很长时间找到，如图5-5为初次单片机：图5-5 初次单片机5.1.4 报警电路接线报警电路在已经集成到开发板上面，可以通过程序对报警器进行控制，用ST

40、C89C52RC单片机中的P2.2进行控制，如图5-6为报警装置。当P2.2有变成高电平的时候，蜂鸣器就会进行报警，在设计的过程中为了检验蜂鸣器是否工作正常，用K1按钮来测试蜂鸣器，其中K1用单片机引脚P3.4进行控制。蜂鸣器报警声音的种类可以通过频率来控制，可以发出很多种声音。图5-6 报警装置在初次实物设计的时候，通过自己在实验板上面进行焊接，可以用来进行声光报警，将3个排针串联焊接到实验板上面，任意一个排针可以和单片机的接口进行连线，如图5-7为初次声光报警：5-7 初次声光报警5.1.5 报警灯接线在蜂鸣器报警的同时，为了达到更理想的报警效果，可以使用LED显示灯进行显示。本设计中用到

41、LED0、LED1、LED2三个显示灯，分别用P1.0、P1.1、P1.2进行控制，在蜂鸣器响的同时三个显示灯进行流水灯闪烁，如图5-8为三个LED显示灯：图5-8 三个LED显示灯5.2 实物制作过程5.2.1 程序的编写与调试程序的编程和C语言差不多，通过Keil软件进行编程，将产生的HEX文件烧录到单片机中，这样基于可以将程序导入STC89C52RC单片机。Keil软件的窗口如图5-9，可以用Keil软件对程序进行编写调试等:图5-9 Keil软件窗口5.2.2 文件烧录过程要将程序导入实物就需要使用STC-ISP进行烧录，文件烧录的步骤如下，1.点击STC-ISP.exe图标打开窗口，

42、如图5-10。2.选择实物中的单片机型号，COM口也需要根据实际选择正确的，鼠标左键点击OpenFile/打开文件，再点击dinggao.hex选中，然后点击打开，其他的使用默认值。3.点击Download/下载，COM口就会变成绿色代表STC-ISP开始下载，根据提示仍在连接中，请给MCU上电，按下开发板上面的按钮关闭单片机再按一下打开单片机，等待几秒钟就把程序导入单片机，程序烧录就完成。图5-10 STC-ISP窗口5.2.3 实物的总体连线设计中采用的是开发板，开发板在实物使用的时候需要懂得开发板的内部的接线图才能正确使用开发板。LCD1602的接线可以直接将1602的排针插入开发板LC

43、D1602专用槽中。将MQ-2模块的VCC和开发板中的VCC连线，MQ-2模块GND和开发板中的GND连线，AO与P2.0连线。其他的连线已经在开发板内部集成，所以只需要找对端口进行编程，不用连线。开发板上面的供电有2中选择，可以采用USB供电，也可以采用+5V电源供电。5.3 实物演示过程瓦斯的浓度没有达到报警浓度或者没有瓦斯的时候，LCD1602显示器显示如图5-11所示:图5-11 LCD1602正常显示瓦斯浓度达到报警浓度的时候，LCD1602显示器显示如图5-12所示:图5-12 LCD1602报警显示5.4 报警显示瓦斯达到一定浓度的时候，蜂鸣器进行报警，LED0、LED1、LED

44、2进行流水灯闪烁，如图5-13所示为三个LED流水灯动作:图5-13 三个LED流水灯动作5.5实物制作中遇到的问题与解决方案在实物的制作中，我遇到了很多问题，这些问题的出现使得我只能使用开发板进行实物的制作，但是遇到的问题让我学到很多的知识。主要问题如下，1.在实物的制作时，选择以前用过的单片机开发板，但是由于开发板时间过长，内部电路可能不通，再加上排针的老化，用杜邦线插在上面接触很不理想。如图5-14为初次实物图。2.LCD1602显示器使用的时间过久原来的，连线后亮度太低不能正常显示，而且接触不良，所以只能更换新的LCD1602。3.对ADC0809的使用不熟悉，但是用MQ-2模块可以直

45、接把DO脚与单片机进行连接，用高低电平进行报警控制，MQ-2传感器的浓度可以进行灵敏度调节，达到一定的灵敏度就进行声光报警。4.浓度值没有在LCD1602显示器上面显示，采用Running Safety!进行安全显示，采用Dangerous!进行报警显示，所以还可以将浓度显示出来更加完善设计。5.采用原来的单片机模块、报警器模块以及ADC0809会出现供电不足的问题，所以在使用的时候需要注意供电问题。图5-14初次实物图结 论本次的毕业设计是瓦斯监测与报警，在设计的过程中遇到了很多的问题，通过自己查找资料学习到很多的知识去解决问题。通过查阅资料，选取了合适的瓦斯传感器MQ-2，但是在Prote

46、us的库中没有MQ-2瓦斯传感器，所以采用滑动变阻器POT-HG来代替。选取比较通用，性价比高的单片机STC89C52RC单片机作为设计的核心，同时选择了蜂鸣器和LCD1602液晶显示器，这都是设计中很重要的步骤。主要完成了一下研究工作：（1）采用瓦斯传感器将气体浓度转变为电信号，再经过LM358集成运算放大器，传到单片机中。（3）瓦斯浓度在正常范围和瓦斯浓度偏高都能够在LCD1602上面显示，对瓦斯的监测进行实时的现场监测。当瓦斯浓度超过规定的要求，单片机P2.0的接口从高电平变成低电平。与此同时通过程序控制，P2.2从低电平变成高电平，再流向NPN三极管基极，通过三极管的放大功到发射极，与

47、发射极相连的蜂鸣器就发出声音，达到声音报警的目的。为了达到声光报警的目的，采用3个LED灯进行流水灯显示，这样设计显示也更加地直观。（4）瓦斯浓度偏高的同时启动自动通风的装置。当瓦斯浓度降下来的时候，将停止声光报警，瓦斯浓度超过规定的要求又重新声光报警和启动自动通风装置，以此来达到安全监测的目的和瓦斯处理的要求。（5）通过Keil软件的程序在Proteus中的仿真运行，完成瓦斯浓度的监测以及报警和自动通风的目的。由于时间紧、工作量大、设计经验缺乏等方面的限制，设计有以下的不足：（1）对Keil软件的程序的编译环境和Proteus仿真不是很熟悉，通过老师和同学的指导，并多次重复练习如何操作，现已熟练掌握。（2）对C语言的编写程序存在一定的问题，通过查阅以前学习C语言的笔记，可以编写出程序，并且能够在Proteus中运行。（3）在进行实物制作的时候，对于焊接不是很熟悉，经过老师和同学的帮助，能够对单片机进行独自焊接的工作