煤礦粉塵檢測系統(tǒng)資料內(nèi)容僅供參考，如有不當(dāng)或者侵權(quán)，請聯(lián)系本人改正或者刪除。工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目:煤礦井下粉塵濃度的監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)專業(yè):電子信息工程班級:08級一班姓名:陳建寧學(xué)號:指導(dǎo)教師:樊曉宇日期:.5.28目錄引言 11緒論 11.1單片機(jī)技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展前景 錯誤!未定義書簽。1.2單片機(jī)的應(yīng)用 41.3課題的內(nèi)容 42粉塵濃度控制系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì) 53系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 63.1單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 73.1.1電源 83.1.2復(fù)位電路 93.1.3振蕩電路 103.2液晶顯示電路 103.3語音模塊 123.4傳感電路 133.5控制電路 143.6鍵位路…………………154系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 164.1設(shè)計(jì)環(huán)境 164.2系統(tǒng)程序框圖 174.3硬件調(diào)試 184.4軟件調(diào)試 195結(jié)論 18致謝 21參考文獻(xiàn) 22煤礦井下粉塵濃度的監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要:基于單片機(jī)的井下安全系統(tǒng)的控制是發(fā)展迅速的一項(xiàng)技術(shù),它是微機(jī)硬件系統(tǒng)結(jié)合軟件編程和自動控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。本論文是利用單片機(jī)及其外擴(kuò)設(shè)備設(shè)計(jì)出一種簡單的井下報(bào)警系統(tǒng)。硬件部分采用AT89C51單片機(jī)作為控制器,外圍電路主要包括傳感電路、控制電路、語音提示和液晶顯示。經(jīng)過單片機(jī)的硬件和軟件控制,完成對井下可燃?xì)怏w濃度的監(jiān)測及報(bào)警,以提高井下作業(yè)的安全性,從而保障了井下工作人員的生命安全。關(guān)鍵字:單片機(jī)光纖粉塵濃度傳感器液晶1602語音提示引言隨著石油、天然氣工業(yè)以及煤炭工業(yè)的發(fā)展,煤礦安全、環(huán)境污染等一系列問題正成為人們關(guān)注的重點(diǎn),特別井下粉塵濃度高,對井下工作人員的的身心健康造成了極大的威脅。據(jù)介紹,中國煤礦約95％是井工礦,開采條件復(fù)雜,而且隨著采掘深度增加,煤礦瓦斯、水患、沖擊地壓等災(zāi)害越來越嚴(yán)重。井工開采礦井具有災(zāi)害因素集中、人員活動量大,礦粉不容易及時排除多種致災(zāi)因素共存井下的特點(diǎn),也容易引發(fā)大的災(zāi)難。對煤礦生產(chǎn)、工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中產(chǎn)生的有害氣體進(jìn)行高靈敏度檢測變得十分重要。光譜吸收型光纖濃度傳感器因具有靈敏度高、響應(yīng)速度快、分辨力高,抗電磁干擾、適用于易燃易爆的危險(xiǎn)場合等優(yōu)點(diǎn),倍受國內(nèi)外學(xué)者關(guān)注,從而具有重大的研究意義。單片機(jī)的應(yīng)用到現(xiàn)在已經(jīng)有了近30年的歷史了。微型計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展,促進(jìn)微型計(jì)算機(jī)測量和控制技術(shù)的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用,單片機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)廣泛滲透到社會公共建設(shè)、軍事、醫(yī)療、通信等各種領(lǐng)域,特別在粉塵測量中的應(yīng)用,更是得到了人們的認(rèn)可。單片機(jī)是一種集成在電路芯片,是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU隨機(jī)儲存器RAM、只讀儲存器、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時器/計(jì)時器等功能集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的計(jì)時器。因此用一塊芯片就能夠代替一臺計(jì)算機(jī),來控制對粉塵濃度的監(jiān)量及控制,是一個很大的突破。1緒論當(dāng)前大多井下作業(yè)安全系數(shù)較低,沒有較完善預(yù)警系統(tǒng),特別對粉塵濃度的監(jiān)測及控制,國內(nèi)一直都沒有一個比較完善的系統(tǒng),因此開發(fā)井下粉塵濃度監(jiān)測系統(tǒng)勢在必行,不但具有良好的市場前景,而且還具備靈敏度高,抗干擾能力強(qiáng),生產(chǎn)成本低等特點(diǎn)。單片機(jī)是在一塊芯片上集成了一臺微型計(jì)算機(jī)所需的CPU、存儲器、輸入、輸出等部分。單片機(jī)自問世以來,性能不斷提高和完善,體積小、速度快、功耗低的特點(diǎn)使得它的應(yīng)用領(lǐng)域日益廣泛。工業(yè)控制系統(tǒng)的工作環(huán)境惡劣,干擾強(qiáng),故要求控制系統(tǒng)的工作穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)。單片機(jī)能滿足這些要求,因此單片機(jī)在控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用,利用單片機(jī)控制井下粉塵濃度檢測系統(tǒng)是很好的選擇。單片計(jì)算機(jī)即單片微型計(jì)算機(jī),是集CPU、RAM、ROM、定時、計(jì)數(shù)和多種接口于一體的微控制器。它體積小、成本低、功能強(qiáng)、廣泛應(yīng)用于智能產(chǎn)業(yè)和工業(yè)自動化中。51系列單片機(jī)是各單片機(jī)中最為典型和最有代表性的一種。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)經(jīng)過對它的學(xué)習(xí)與應(yīng)用,從而達(dá)到學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)開發(fā)軟、硬件的能力。1.1單片機(jī)技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展前景單片機(jī)是一個單芯片形態(tài)、面向控制對象的嵌入式應(yīng)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它的出現(xiàn)及發(fā)展使計(jì)算機(jī)從通用型數(shù)值計(jì)算領(lǐng)域進(jìn)入到智能化的控制領(lǐng)域。從此,計(jì)算機(jī)在兩個重要領(lǐng)域——通用計(jì)算機(jī)領(lǐng)域和嵌入式計(jì)算機(jī)領(lǐng)域都得到了極其重要的發(fā)展,并正在深深地改變著我們的生活。它具有一個完整計(jì)算機(jī)所需要的大部分部件:CPU、內(nèi)存、內(nèi)部和外部總線系統(tǒng),當(dāng)前大部分還會具有外存。同時集成諸如通訊接口、定時器,實(shí)時時鐘等外圍設(shè)備。而現(xiàn)在最強(qiáng)大的單片機(jī)系統(tǒng)甚至能夠?qū)⒙曇?、圖像、網(wǎng)絡(luò)、復(fù)雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片上。單片機(jī)也被稱為微控制器,是因?yàn)樗钤绫挥迷诠I(yè)控制領(lǐng)域。單片機(jī)由芯片內(nèi)僅有CPU的專用處理器發(fā)展而來。最早的設(shè)計(jì)理念是經(jīng)過將大量外圍設(shè)備和CPU集成在一個芯片中,使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更小,更容易集成進(jìn)復(fù)雜的而對提及要求嚴(yán)格的控制設(shè)備。單片機(jī)作為計(jì)算機(jī)發(fā)展的一個重要領(lǐng)域,應(yīng)用一個較科學(xué)的分類方法。根據(jù)當(dāng)前發(fā)展情況,從不同角度單片機(jī)大致能夠分為通用型/專用型、總線型/非總線型及工控型/家電型:(1)通用型/專用型這是按單片機(jī)適用范圍來區(qū)分的。例如,80C51是通用型單片機(jī),它不是為某種專用途設(shè)計(jì)的;專用型單片機(jī)是針對一類產(chǎn)品甚至某一個產(chǎn)品設(shè)計(jì)生產(chǎn)的,例如為了滿足電子體溫計(jì)的要求,在片內(nèi)集成ADC接口等功能的溫度測量控制電路;(2)總線型/非總線型這是按單片機(jī)是否提供并行總線來區(qū)分的?？偩€型單片機(jī)普遍設(shè)置有并行地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線,這些引腳用以擴(kuò)展并行外圍器件都可經(jīng)過串行口與單片機(jī)連接,另外,許多單片機(jī)已把所需要的外圍器件及外設(shè)接口集成一片內(nèi),因此在許多情況下能夠不要并行擴(kuò)展總線,大大減省封裝成本和芯片體積,這類單片機(jī)稱為非總線型單片機(jī);(3)控制型/家電型這是按照單片機(jī)大致應(yīng)用的領(lǐng)域進(jìn)行區(qū)分的。一般而言,工控型尋址范圍大,運(yùn)算能力強(qiáng);用于家電的單片機(jī)多為專用型,一般是小封裝、低價(jià)格,外圍器件和外設(shè)接口集成度高。顯然,上述分類并不是惟一的和嚴(yán)格的。例如,80C51類單片機(jī)既是通用型又是總線型,還能夠作工控用。能夠看出早期的單片機(jī)都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031,因?yàn)楹唵慰煽慷阅懿诲e獲得了很大的好評。此后在8031上發(fā)展出了MCS51系列單片機(jī)系統(tǒng)?；谶@一系統(tǒng)的單片機(jī)系統(tǒng)直到現(xiàn)在還在廣泛使用。隨著工業(yè)控制領(lǐng)域要求的提高,開始出現(xiàn)了16位單片機(jī),但因?yàn)樾詢r(jià)比不理想并未得到很廣泛的應(yīng)用。90年代后隨著消費(fèi)電子產(chǎn)品大發(fā)展,單片機(jī)技術(shù)得到了巨大的提高。隨著INTELi960系列特別是后來的ARM系列的廣泛應(yīng)用,32位單片機(jī)迅速取代16位單片機(jī)的高端地位,而且進(jìn)入主流市場。而傳統(tǒng)的8位單片機(jī)的性能也得到了飛速提高,處理能力比起80年代提高了數(shù)百倍。當(dāng)前,高端的32位單片機(jī)主頻已經(jīng)超過300MHz,性能直追90年代中期的專用處理器,而普通的型號出廠價(jià)格跌落至1美元,最高端的型號也只有10美元。當(dāng)代單片機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)不再只在裸機(jī)環(huán)境下開發(fā)和使用,大量專用的嵌入式操作系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在全系列的單片機(jī)上。而在作為掌上電腦和手機(jī)核心處理的高端單片機(jī)甚至能夠直接使用專用的Windows和Linux操作系統(tǒng)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和在控制系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用,以及設(shè)備向小型化、智能化發(fā)展,作為高新技術(shù)之一的單片機(jī)以其體積小、功能強(qiáng)、價(jià)格低廉、使用靈活等優(yōu)勢,顯示出很強(qiáng)的生命力。它和一般的集成電路相比有較好的抗干擾能力,對環(huán)境的溫度和濕度都有較好的適應(yīng)性,能夠在工業(yè)條件下穩(wěn)定工作[1]。單片機(jī)也廣泛地應(yīng)用于實(shí)時控制系統(tǒng)中,例如對工業(yè)上各種窯爐的溫度、酸度、化學(xué)成分的測量和控制。將測量技術(shù)、自動控制技術(shù)和單片機(jī)技術(shù)相結(jié)合,充分發(fā)揮其數(shù)據(jù)處理功能和實(shí)時控制功能,使系統(tǒng)工作處于最佳狀態(tài),提高系統(tǒng)的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。從航空航天、地質(zhì)石油、冶金采礦、機(jī)械電子、輕工紡織等行業(yè)的分布系統(tǒng)與智能控制以及機(jī)電一體化設(shè)備和產(chǎn)品,到郵電通信、日用設(shè)備和器械,單片機(jī)都發(fā)揮了巨大作用。其應(yīng)用大致可分為:機(jī)電一體化設(shè)備的控制核心。機(jī)電一體化是機(jī)械設(shè)備發(fā)展的方向。單片機(jī)的出現(xiàn)促進(jìn)了機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展,它作為機(jī)電產(chǎn)品的控制器,充分發(fā)揮其自身優(yōu)點(diǎn),大大強(qiáng)化了機(jī)器的功能,提高了機(jī)器的自動化、智能化程度。最典型的機(jī)電產(chǎn)品機(jī)器人,每個關(guān)節(jié)或動作部位都是一個單片機(jī)控制系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的現(xiàn)場采集單元。大型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),要求數(shù)據(jù)采集的同步性和實(shí)時性要好。使用單片機(jī)作為系統(tǒng)的前端采集單元,由主控計(jì)算機(jī)發(fā)出采集命令,再將采集到的數(shù)據(jù)逐一送到主計(jì)算機(jī)中進(jìn)行處理。如有些氣象部門、油田采油部門以及電廠等均可采用這樣的系統(tǒng)。分布控制系統(tǒng)的前端控制器。在直接控制級的計(jì)算機(jī)分布控制系統(tǒng)(DCS)中,單片機(jī)作為過程控制中每一分部操作或控制的控制器,進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、反饋計(jì)算、控制輸出,并在上位機(jī)命令的指揮下進(jìn)行相應(yīng)協(xié)調(diào)工作。智能化儀表的機(jī)芯。自動化儀表的智能化程度越來越高。采用單片機(jī)的智能化儀表可具有自整定、自校正、自動補(bǔ)償和自適應(yīng)功能,還可進(jìn)行數(shù)字PID調(diào)節(jié),軟件消除電流熱噪聲等等,解決傳統(tǒng)儀表所不能解決的難題。單片機(jī)的應(yīng)用使這種性能如虎添翼,如自動計(jì)費(fèi)電度表、燃?xì)獗碇幸延羞@方面的應(yīng)用。許多工業(yè)儀表中的智能流量計(jì),氣體分析儀、成分分析儀等也采用了這項(xiàng)技術(shù)。甚至有的保健治療儀中也采用了單片機(jī)控制。消費(fèi)類電子產(chǎn)品控制。該應(yīng)用主要反映在家電領(lǐng)域,如洗衣機(jī)、空調(diào)器、保安系統(tǒng)、VCD視盤機(jī)、電子秤、IC卡、手機(jī)、BP機(jī)等。這些設(shè)備中使用了單片機(jī)機(jī)芯后,大大提高了其控制功能和性能,并實(shí)現(xiàn)了智能化、最優(yōu)化控制。終端及外圍設(shè)備控制。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備,如銀行終端、商業(yè)POS(自動收款機(jī))以及計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備如打印機(jī)、通信終端和智能化UPS等。在這些設(shè)備中使用單片機(jī),使其具有計(jì)算、存儲、顯示、輸入等功能,具有和計(jì)算機(jī)連接的接口,使計(jì)算機(jī)的能力及應(yīng)用范圍大大提高。總之,隨著信息時代的到來,傳統(tǒng)單片機(jī)固有的結(jié)構(gòu)缺陷,使其呈現(xiàn)出諸多弊端。其速度、規(guī)模、性能等指標(biāo)越來越難以滿足用戶需求、因此單片機(jī)芯片的開發(fā),升級面臨著新的挑戰(zhàn)[2]?？v觀單片機(jī)的發(fā)展過程,能夠預(yù)示單片機(jī)的發(fā)展趨勢,大致有:(1)低功耗CMOS化MCS-51系列的80C51推出時的功耗達(dá)120mW,而現(xiàn)在的單片機(jī)普遍都在100mW左右,隨著對單片機(jī)功耗要求越來越低,現(xiàn)在的各個單片機(jī)制造商基本都采用了CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體工藝)。CMOS雖然功耗較低,但由于其物理特征決定其工作速度不夠高,而CHMOS則具備了高速和低功耗的特點(diǎn),更適合于在要求低功耗像電池供電的應(yīng)用場合。因此這種工藝將是今后一段時期單片機(jī)發(fā)展的主要途徑;(2)微型單片化常規(guī)的單片機(jī)普遍都是將中央處理器(CPU)、隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(RAM)、只讀程序存儲器(ROM)、并行和串行通信接口,中斷系統(tǒng)、定時電路、時鐘電路集成在一塊單一的芯片上,增強(qiáng)型的單片機(jī)集成了如A/D轉(zhuǎn)換器、PMW(脈寬調(diào)制電路)、WDT(看門狗)、有些單片機(jī)將LCD(液晶)驅(qū)動電路都集成在單一的芯片上,這樣單片機(jī)包含的單元電路就更多,功能就越強(qiáng)大。甚至單片機(jī)廠商還能夠根據(jù)用戶的要求量身定做,制造出具有自己特色的單片機(jī)芯片;(3)主流與多品種共存現(xiàn)在雖然單片機(jī)的品種繁多,各具特色,但仍以MCS-51為核心的單片機(jī)占主流,兼容其結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)的有PHILIPS公司的產(chǎn)品,ATMEL公司的產(chǎn)品和中國臺灣的WinBond系列單片機(jī)。以8031為核心的單片機(jī)占據(jù)了半壁江山,在一定的時期內(nèi),這種情形將得以延續(xù),將不存在某個單片機(jī)一統(tǒng)天下的壟斷局面,走的是依存互補(bǔ),相輔相成、共同發(fā)展的道路。總之,隨著信息時代的到來,傳統(tǒng)單片機(jī)固有的結(jié)構(gòu)缺陷,使其呈現(xiàn)出諸多弊端。其速度、規(guī)模、性能等指標(biāo)越來越難以滿足用戶需求、因此單片機(jī)芯片的開發(fā),升級面臨著新的挑戰(zhàn)1.2單片機(jī)的應(yīng)用單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括單片機(jī)基本擴(kuò)展、外圍電路設(shè)計(jì)和程序設(shè)計(jì)、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境、系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)、電磁兼容性設(shè)計(jì)等內(nèi)容。一般開發(fā)一個單片機(jī)系統(tǒng)的步驟如圖1.1所示。總體方案設(shè)計(jì)總體方案設(shè)計(jì)總體方案設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)單元路線制作PCB板安裝調(diào)試編寫應(yīng)用程序在線調(diào)試軟硬件脫機(jī)運(yùn)行圖1.1開發(fā)單片機(jī)的步驟單片機(jī)具有軟硬件的結(jié)合,體積小,能夠很容易嵌入到各種應(yīng)用系統(tǒng)中的優(yōu)點(diǎn)。因此,以單片機(jī)為核心的嵌入式控制系統(tǒng)在下述的各個領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。(1)通信在調(diào)制解調(diào)器、各類手機(jī)、傳真機(jī)、程控電話交換機(jī)、信息網(wǎng)絡(luò)以及各種通信設(shè)備中,單片機(jī)也已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。(2)消費(fèi)類產(chǎn)電子產(chǎn)品單片機(jī)在家用電器中的應(yīng)用也已經(jīng)十分普及。當(dāng)前家電產(chǎn)品的一個重要發(fā)展趨勢是不斷提高其智能化程度。例如,洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)機(jī)、電風(fēng)扇、電視機(jī)、微波爐、加濕機(jī)、消毒柜等。在這些設(shè)備中嵌入了單片機(jī)后,其功能和性能大大提高,并實(shí)現(xiàn)了智能化、最優(yōu)化控制。(3)武器裝備在現(xiàn)代化的武器裝備中,如飛機(jī)、軍艦、坦克、導(dǎo)彈、魚雷制導(dǎo)、智能武器裝備、航天飛機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng),都有單片機(jī)嵌入其中。(4)儀器儀表當(dāng)前對儀器儀表的自動化和智能化要求越來越高。在智能儀器儀表中,單片機(jī)應(yīng)用十分普及。單片機(jī)的使用有助于提高儀器儀表的精度和準(zhǔn)確度,簡化結(jié)構(gòu),減小體積且易于攜帶和使用,加速儀器儀表向數(shù)字化、智能化、多功能化發(fā)展。(5)工業(yè)檢測與控制在工業(yè)領(lǐng)域,單片機(jī)的主要應(yīng)用有:工業(yè)過程控制、智能控制、設(shè)備控制、數(shù)據(jù)采集和傳輸、測試、測量、監(jiān)控等。這種集機(jī)械、微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)為一體的綜合技術(shù)中,單片機(jī)發(fā)揮著重要作用。1.3課題的內(nèi)容本課題是為了學(xué)習(xí)單片機(jī)技術(shù)而設(shè)計(jì)的,用于井下安全系統(tǒng)的監(jiān)測及報(bào)警。本設(shè)計(jì)的單片機(jī)粉塵濃度控制系統(tǒng)有:傳感電路、控制電路、語音提示系統(tǒng)等模塊組成。在此系統(tǒng)中可實(shí)現(xiàn)如下功能:當(dāng)傳感電路測得井下粉塵濃度過高時,將此信號傳入單片機(jī),單片機(jī)做出反應(yīng),控制控制電路打開或者閉合開關(guān),達(dá)到控制排塵系統(tǒng)打開和關(guān)閉的效果,從而達(dá)到防止礦井爆炸保護(hù)井下工作人員安全的效果。同時單片機(jī)控制語音提示系統(tǒng)和字符液晶1602LCD顯示系統(tǒng)做出語音提示和液晶顯示。2井下粉塵濃度監(jiān)測系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)圖2.1是粉塵濃度監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖,它是由光纖濃度傳感器、AT89C51單片機(jī)、開光控制、LCD液晶顯示器、語音提示芯片、控制排塵電路組成。光纖濃度傳感器是由一根刻有布拉格光柵的光纖光柵、激光光源,光電轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的,她的主要作用是將探測到粉塵濃度值對光纖光柵波長的影響轉(zhuǎn)換成電流的變化,方便根據(jù)電流的變化來監(jiān)測粉塵濃度的變化.光纖濃度傳感器在整個設(shè)計(jì)方案中,起到了主導(dǎo)的作用,也是整個系統(tǒng)的核心。AT89C51單片機(jī)在這個系統(tǒng)中屬于系統(tǒng)的整個大腦,它是用來接受光纖粉塵濃度傳感器所探測的粉塵濃度值來控制液晶顯示器、語音提示電路及排塵控制電路等,她將處理好的信息分別執(zhí)行到各個電路,已達(dá)到一種智能控制的目的。液晶顯示器在這個系統(tǒng)中相當(dāng)于人的眼睛,它的核心部件就是1602LCD液晶顯示器,單片機(jī)把傳感器傳輸過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理過后,全部顯示在液晶顯示器上,當(dāng)出現(xiàn)危險(xiǎn)狀況時,顯示器也會發(fā)出提示。排塵控制電路是有一個電機(jī),一個閥門組成,當(dāng)濃度過高時傳感器把數(shù)據(jù)傳給單片機(jī),單片機(jī)處理完數(shù)據(jù)之后控制排塵控制電路給電機(jī)供電,是閥門打開開始通風(fēng),從而保證礦井下空氣流通,達(dá)到有效地、及時的把粉塵排放出去。工作過程:當(dāng)光源透過粉塵濃度較高時,光強(qiáng)會消弱很多,這是經(jīng)過光纖濃度傳感器時,光纖的波長發(fā)生變化,經(jīng)過光電轉(zhuǎn)化模塊,電流值會隨著光纖波長的變化而變化,這樣與正?？諝鉂舛戎档墓獾牟ㄩL產(chǎn)生的電流作比較,當(dāng)濃度超過一定范圍時,液晶顯示器顯示濃度超標(biāo)值,單片機(jī)控制井下排塵控制電路進(jìn)行排塵,當(dāng)濃度過高時,語音提示系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號,提示人們盡快離開。光纖濃度傳感器光纖濃度傳感器單片機(jī)AT89C51排塵控制電路開關(guān)控制語音提示電路液晶顯示電路圖2.1粉塵濃度監(jiān)測結(jié)構(gòu)框圖3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)根據(jù)系統(tǒng)方框以及論文要求,用PTOTEL99畫出了實(shí)現(xiàn)開發(fā)板設(shè)計(jì)的整體硬件原理圖,原理圖包括復(fù)位電路、振蕩電路、語音提示電路、液晶顯示電路、傳感電路和控制電路,如圖3.1所示。圖3.1系統(tǒng)硬件原理圖3.1單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能CMOS8位單片機(jī),片內(nèi)含4KB的可重復(fù)擦寫的程序存儲器和128B的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器(RAM),器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn),兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng),片內(nèi)配置通用8位中央處理器(CPU)和Flash存儲單元,功能強(qiáng)大的AT89C51單片機(jī)可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域【3】。AT89C51提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能:4KB的Flash閃速存儲器,128B內(nèi)部RAM,32個I/O接口線,兩個16位定時/計(jì)數(shù)器,一個5向量兩級中斷結(jié)構(gòu),一個全雙工串行通信口,片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時,AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作,并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作,但允許RAM、定時/計(jì)數(shù)器、串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容,但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復(fù)位如圖3.2所示AT89C51芯片引腳圖,包括:(1)P0口:P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口,每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時,被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器,它能夠被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時,P0口作為原碼輸入口,當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時,P0輸出原碼,此時P0外部必須被拉高;(2)P1口:P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口,P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后,被內(nèi)部上拉為高,可用作輸入,P1口被外部下拉為低電平時,將輸出電流,這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時,P1口作為第八位地址接收;(3)P2口:P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口,P2口緩沖器可接收,輸出4個TTL門電流,當(dāng)P2口被寫”1”時,其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高,且作為輸入。并因此作為輸入時,P2口的管腳被外部拉低,將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時,P2口輸出地址的高八位。在給出地址”1”時,它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢,當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時,P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時接收高八位地址信號和控制信號;(3)P3口:P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口,可接收輸出4個TTL門電流。當(dāng)P3口寫入”1”后,它們被內(nèi)部上拉為高電平,并用作輸入。作為輸入,由于外部下拉為低電平,P3口將輸出電流(ILL)這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口:P3.0RXD(串行輸入口、P3.1TXD(串行輸出口)P3.2/INT0(外部中斷0)P3.3/INT1(外部中斷1)P3.4T0(記時器0外部輸入)P3.5T1(記時器1外部輸入)P3.6/WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通)P3.7/RD(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通)P3口同時為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號。圖3.2AT89C51芯片引腳圖RST:復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時,要保持RST腳兩個機(jī)器周期的高電平時間。ALE/PROG:當(dāng)訪問外部存儲器時,地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間,此引腳用于輸入編程脈沖。在平時,ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號,此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是:每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時,將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時,ALE只有在執(zhí)行MOVX,MOVC指令是ALE才起作用。另外,該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止,置位無效。/PSEN:外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間,每個機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時,這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。EA/VPP:當(dāng)/EA保持低電平時,則在此期間外部程序存儲器(0000H-FFFFH),不論是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時,/EA將內(nèi)部鎖定為RESET;當(dāng)/EA端保持高電平時,此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間,此引腳也用于施加12V編程電源(VPP)。XTAL1:反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2:來自反向振蕩器的輸出。

3.1.1電源電源用的是10~15V的直流電壓。穩(wěn)壓電源把直流電壓經(jīng)過電源插座導(dǎo)入開發(fā)板,左邊是兩個12伏的電源濾波電容,一般大電容旁邊并聯(lián)一個小電容的目的是降低高頻內(nèi)阻,因?yàn)榇蟮碾娊怆娙菀话悴捎镁砝@工藝制造,因此等效電感比較大,小電容可提供一個小內(nèi)阻的高頻通道,降低電源全頻帶內(nèi)阻。電源為兩部分,一部分是直接提供給繼電器的12V直流電源,另一部分經(jīng)過三端穩(wěn)壓芯片7805穩(wěn)壓成5伏直流電源提供給單片機(jī)系統(tǒng)使用,右邊兩個電容是5伏電源的濾波電容,電阻和LED組成5伏電源的共組指示電路,只要電源部分正常,LED就會點(diǎn)亮。我們能夠根據(jù)這個LED來判斷整個電源部分是否正常工作。電源電路如圖3.3所示。圖3.3電源電路3.1.2復(fù)位電路單片機(jī)AT89C51作為主控芯片,控制整個電路的運(yùn)行。單片機(jī)外圍需要一個復(fù)位電路,復(fù)位電路的功能是:系統(tǒng)上電時提供復(fù)位信號,直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后,撤消復(fù)位信號。為可靠起見,電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時才撤銷復(fù)位信號,以防電源開關(guān)或電源插頭分-合過程中引起的抖動而影響復(fù)位。該設(shè)計(jì)采用的復(fù)位電路能夠有效的解決電源毛刺和電源緩慢下降(電池電壓不足)等引起的問題,在電源電壓瞬間下降時能夠使電容迅速放電,一定寬度的電源毛刺也可令系統(tǒng)可靠復(fù)位。復(fù)位電路的設(shè)計(jì)圖如圖3.4所示。圖3.4單片機(jī)復(fù)位圖按鍵手動復(fù)位的原理是:當(dāng)按鍵被按下時,在通電瞬間,電容C經(jīng)過電阻R充電,此時電容C相當(dāng)于短路,RESET端出現(xiàn)正脈沖,單片機(jī)復(fù)位,等充電結(jié)束時(這個時間很短暫),電容相當(dāng)于斷開,這時已經(jīng)完成了復(fù)位動作。3.1.3振蕩電路如圖3.5所示在單片機(jī)19引腳X1、18引腳X2上接入由晶振、電容、接地電源構(gòu)成的振蕩電路。它提供的連續(xù)脈沖信號給單片機(jī),比如說用幾個振蕩脈沖時間完成某個指令,沒有振蕩做指導(dǎo)是會亂套的[8]。圖3.5晶振電路圖3.2LCD液晶顯示系統(tǒng)采用1602液晶顯示器顯示開燈的數(shù)目。在日常生活中,我們對液晶顯示器并不陌生。液晶顯示模塊已作為很多電子產(chǎn)品的經(jīng)過器件,如在計(jì)算器、萬用表、電子表及很多家用電子產(chǎn)品中都能夠看到,顯示的主要是數(shù)字、專用符號和圖形。在單片機(jī)的人機(jī)交流界面中,一般的輸出方式有以下幾種:發(fā)光管、LED數(shù)碼管、液晶顯示器。在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用晶液顯示器作為輸出器件有以下幾個優(yōu)點(diǎn):(1)顯示質(zhì)量高,由于液晶顯示器每一個點(diǎn)在收到信號后就一直保持那種色彩和亮度,恒定發(fā)光,而不像陰極射線管顯示器(CRT)那樣需要不斷刷新新亮點(diǎn)。因此,液晶顯示器畫質(zhì)高且不會閃爍;(2)數(shù)字式接口,液晶顯示器都是數(shù)字式的,和單片機(jī)系統(tǒng)的接口更加簡單可靠,操作更加方便。(3)體積小、重量輕液晶顯示器經(jīng)過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來達(dá)到顯示的目的,在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕得多。(4)功耗低相對而言,液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動IC上[4],因而耗電量比其它顯示器要少得多。在使用時我們應(yīng)該充分了解1602的管腳功能:圖3.616021602字符型LCD一般有14條引腳線或16條引腳線的LCD,多出來的2條線是背光電源線,VCC(15腳)和地線GND(16腳),其控制原理與14腳的LCD完全一樣,其中:VL:液晶顯示器對比度調(diào)整端,接正電源時對比度最弱,接地電源時對比度最高(對比度過高時會產(chǎn)生”鬼影”,使用時能夠經(jīng)過一個10K的電位器調(diào)整對比度);RS:RS為寄存器選擇,高電平1時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時選擇指令寄存器;RW:RW為讀寫信號線,高電平(1)時進(jìn)行讀操作,低電平(0)時進(jìn)行寫操作;EN:EN端為使能(enable)端,下降沿使能;D0:低4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線0位(最低位);D1:低4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線1位;D2:低4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線2位;D3:低4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線3位;D4:高4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線4位;D5:高4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線5位;D6:高4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線6位;D7:高4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線7位(最高位)(也是busyflag);LED+:背光電源正極;LED-:背光電源負(fù)極[18]。圖3.7為1602與AT89C51的連接圖,D0接PC1,D1接PC2,D3串聯(lián)一個電阻接單片機(jī)的PC2,D3是低4位三態(tài)接PC3期間也串聯(lián)一個電阻,LED+為光源正極,當(dāng)單片機(jī)收到傳感器信息時就會把粉塵濃度值的變化經(jīng)過電路部分以電流的形式傳輸?shù)斤@示器上顯示出來,這樣就達(dá)到了能夠讓人們隨時能夠經(jīng)過顯示器來了解當(dāng)前粉塵的濃度值。圖圖3.71602與AT89C51的連接3.3語音模塊這個模塊采用芯片WT588D語音芯片。WT588D是廣州唯創(chuàng)與臺灣華邦合作研發(fā)的一款語音芯片(單片機(jī))。WT588D不但能夠作為一般語音芯片,當(dāng)從片發(fā)聲,而且因?yàn)镮/O口多,帶控制功能和外置FLASH存儲器,因此能做FLASH單片機(jī);最重要的是還能夠按照樣品直接投掩膜,管腳完全不用改動,價(jià)錢便宜一半.WT588D的芯片引腳如圖3.8所示。圖3.8WT588D的引腳圖WT588D的特性:外掛2M～32M的Flash,時間從32—1054秒。掩膜為內(nèi)置ROM,最長支持400秒(@6K采樣)。采樣率支持6K～22KDAC輸出:13Bit,PWM輸出:12Bit內(nèi)置0.5W功放,可直接推動0.5W/8Ω揚(yáng)聲器支持加載MP3/WAV/WMA三種音頻格式工作電壓:DC2.8V～5.5V靜態(tài)休眠電流:<10uA可經(jīng)過電腦軟件,隨意組合語音,可插入靜音,插入的靜音不占用內(nèi)存的容量,一個已加載語音可重復(fù)調(diào)用到多個地址,重復(fù)調(diào)用的,不占空間,這是其它芯片所不具備的USB下載方式,支持在線下載/ISP下載7種控制方式:MP3控制模式、按鍵控制模式、3×8矩陣控制模式、并口控制模式、一線串口控制模式、三線串口控制模式以及三線串口控制I/O口擴(kuò)展輸出模式掩膜后的管腳與原來一致,性能一樣,音質(zhì)一樣。不用更改電路。且不用焊接FLASH最多可加載500段語音;210段可控制地址位,單個地址位最多可加載128段語音,地址位內(nèi)的語音組合播放;插入的靜音時間范圍10ms～25min;靜音不占用存儲空間語音模塊電路原理圖如圖3.9所示。圖3.9語音系統(tǒng)電路語音模塊電路采用AMS1117芯片來起穩(wěn)壓作用。AMS1117系列穩(wěn)壓器有可調(diào)版與多種固定電壓版,設(shè)計(jì)用于提供1A輸出電流且工作壓差可低至1V。在最大輸出電流時,AMS1117器件的壓差保證最大不超過1.3V,并隨負(fù)載電流的減小而逐漸降低。AMS1117的片上微調(diào)把基準(zhǔn)電壓調(diào)整到1.5%的誤差以內(nèi),而且電流限制也得到了調(diào)整,以盡量減少因穩(wěn)壓器和電源電路超載而造成的壓力。AMS1117器件引腳上兼容其它三端SCSI穩(wěn)壓器,提供適用貼片安裝的SOT-223,8引腳SOIC,和TO-252(DPAK)塑料封裝。AMS1117應(yīng)用高效線性穩(wěn)壓器后置穩(wěn)壓器,用于交換式電源5V至3.3V線性穩(wěn)壓器、電池充電器、有源SCSI終端、筆記本電源管理、電池供電設(shè)備。語音模塊是輸出模塊,當(dāng)J2接口的引腳接受到單片機(jī)的控制信號后,傳輸?shù)絁5WT588-16語音芯片進(jìn)行處理,處理過后會經(jīng)過J1所接的揚(yáng)聲器播放所需的音頻數(shù)據(jù)。單片機(jī)當(dāng)語音模塊播放音頻數(shù)據(jù)是D5發(fā)光二極管將變亮。D5發(fā)光二極管能夠有效減小電路出錯時出錯電路范圍的大小。J3,J4是兩個分別接VCC和地的引腳,這樣能夠讓語音模塊以及激光模塊有獨(dú)立的供電系統(tǒng)。C1,C2,AMS1117-3.3V是線性穩(wěn)壓模塊,能夠增加電路的穩(wěn)定性。3.4傳感電路當(dāng)今關(guān)于煤炭井下開采是很普遍的,可是對于井下工作人員的身體健康,相關(guān)企業(yè)及國家政府都一直很重視,特別是井下煤炭粉塵濃度高,容易造成矽肺,以及礦井爆炸等突發(fā)事故。我所用的傳感器是加拿大O/Eland所生產(chǎn)的光纖光柵粉塵濃度傳感器,中心波長用的是1550.60nm,反射率要10.5db,3db帶寬,正負(fù)2nm,當(dāng)光源經(jīng)過有一定濃度的粉塵時,發(fā)射出的光強(qiáng)會大幅度消弱,當(dāng)經(jīng)過光纖的柵區(qū)時,光纖的波長會隨著濃度發(fā)生變化,經(jīng)過一個光電轉(zhuǎn)換模塊,會把波長的變化轉(zhuǎn)換成電流的變化,可是還缺少一個參考系,因此我們又將同樣的光經(jīng)過正?？諝?對光纖的波進(jìn)行分析,光電轉(zhuǎn)化之后把兩個數(shù)據(jù)用數(shù)據(jù)采集卡采集起來,傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)中進(jìn)行分析、處理,然后經(jīng)過顯示器、語音提示系統(tǒng)、排塵控制系統(tǒng)進(jìn)行處理。圖3.10傳感器原理圖激光光源發(fā)出的光被調(diào)制后,由分光器將光分成兩路,由光纖一路傳輸至被測氣室,光被吸收后,光纖又將帶有濃度信號的光傳輸至光電探測器PINl,PINl將光信號轉(zhuǎn)換成電信號;另一路傳輸至參考?xì)馐?然后光纖又將參考光傳輸至光電探測器PIN2,PIN2將光信號轉(zhuǎn)換成電信號;這兩路電信號經(jīng)前置放大后,送入數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換后的信號送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行信號處理、顯示、報(bào)警。系統(tǒng)主要由硬件和軟件組成,其中硬件部分有光源、電路、光纖、數(shù)據(jù)采集卡、氣室、氣體和單片機(jī)等。3.5控制電路控制電路是利用繼電器來控制電機(jī),經(jīng)過電機(jī)來打開或者關(guān)閉閥門。當(dāng)單片機(jī)給出粉塵濃度值過高的數(shù)字信號時,經(jīng)過二極管,使繼電器內(nèi)部線圈通電,點(diǎn)機(jī)發(fā)動,排塵閥門打開。當(dāng)粉塵濃度不超標(biāo)的時候,電機(jī)停止工作,閥門關(guān)閉?？刂齐娐吩韴D如圖3.11所示。圖3.11控制電路3.2鍵盤電路外接三個獨(dú)立鍵盤,分別接在單片機(jī)的相應(yīng)端口上,起設(shè)定、上調(diào)、下調(diào)作用。由于在實(shí)驗(yàn)板上沒有多余的獨(dú)立鍵盤,需要將如圖3.12所示的矩陣鍵盤改造為獨(dú)立鍵盤。圖3.12復(fù)位電路因矩陣鍵盤的工作原理是先將行的二進(jìn)制的位數(shù)賦值為0111,再分別檢測鍵盤的列的位數(shù),當(dāng)?shù)谝恍械哪骋粋€按鍵被按下的時候,其列的四位二進(jìn)制數(shù)必然有一位為0,此時再判斷這個0的位置,就能檢測被按下的是哪個按鍵。如果第一行沒有檢測到按鍵,則將行的二進(jìn)制賦值為1011,再依次檢測列的位數(shù)。依次類推,不停的重復(fù)著對鍵盤進(jìn)行檢測[14]。因此,要想將矩陣鍵盤改為獨(dú)立鍵盤,只需將某一列賦值為0,這樣就只用檢測這一列所對應(yīng)的行的二進(jìn)制,或是將某一行賦值為0,然后檢測這一行所對應(yīng)的列的二進(jìn)制。本次設(shè)計(jì)是將P1.3賦值為0,再判斷P.4、P1.5、P1.6所對應(yīng)的按鍵A、B、C是否被按下。圖3.13矩陣鍵盤電路4.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1設(shè)計(jì)環(huán)境一般來說,編寫嵌入式程序能夠采用兩種程序架構(gòu):一種是前后臺系統(tǒng),即整個系統(tǒng)的所有任務(wù)構(gòu)成一個超級無限循環(huán),此稱為后臺,其余的異步事件,如定時器溢出、串口接收中斷等都在中斷服務(wù)程序里即前臺處理。應(yīng)用前后臺系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是程序結(jié)構(gòu)簡單,缺點(diǎn)是不能適合于復(fù)雜應(yīng)用。另一種程序結(jié)構(gòu)為采用嵌入式操作系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用了基于uCOS—II的嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng)RTOS(RealTimeOperatingSystem)。實(shí)時操作系統(tǒng)具有兩個顯著的特點(diǎn):(1)實(shí)時性:單片機(jī)系統(tǒng)的監(jiān)測、控制、通信等工作都要求實(shí)時性,一旦出現(xiàn)有關(guān)情況,CPU能夠及時響應(yīng),刻不容緩。為此,一個實(shí)用的RTOS都應(yīng)具有完善的中斷響應(yīng)機(jī)制,保證中斷響應(yīng)潛伏時間足夠短;(2)多任務(wù):半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用復(fù)雜性的增長促使CPU的處理能力越來越高,在這樣強(qiáng)大的處理器上運(yùn)行應(yīng)用程序,必然不是整塊,而是根據(jù)所要實(shí)現(xiàn)的若干方面功能,劃分為數(shù)個任務(wù),這樣有利于軟件的開發(fā)和維護(hù)。因此單片機(jī)系統(tǒng)中采用的RTOS必然是支持多任務(wù)的,并能夠根據(jù)各個任務(wù)的輕重緩急,合理地在它們之間分配CPU和各種資源的占用時間。uCOS—II是源碼公開的實(shí)時嵌入式內(nèi)核,其性能完全能夠與商業(yè)產(chǎn)品競爭。自1992年以來,全世界成千上萬的開發(fā)者已經(jīng)成功地將uC／OS-II應(yīng)用于各種系統(tǒng)。uC／OS—II是著名的、源碼公開的實(shí)時內(nèi)核,是專為嵌入式應(yīng)用設(shè)計(jì)的,可用于各類8位、16位和32位單片機(jī)或DSP。從uC／0S-II算起,該內(nèi)核已有10余年應(yīng)用史,在諸多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。uCOS-II提供了諸如定時器、信號量、消息隊(duì)列、郵箱、事件標(biāo)志等等系統(tǒng)服務(wù)。為了在AVR上應(yīng)用uCOS-II,需要對其進(jìn)行移植,即改變uCOS-II當(dāng)中與處理器有關(guān)的代碼以實(shí)現(xiàn)uCOS-II在該處理器上的正確運(yùn)行。在基于uCOS-II的嵌入式軟件分為實(shí)時操作系統(tǒng)內(nèi)核、與處理器相關(guān)部分、與應(yīng)用相關(guān)部分,用戶的應(yīng)用系統(tǒng)等四個部分。編譯和連接:在設(shè)置好工程后,即可進(jìn)行編譯、連接。選擇菜單Project->Buildtarget,對當(dāng)前工程進(jìn)行連接或點(diǎn)擊工具欄中相應(yīng)按鈕,驗(yàn)證程序是否編譯正確。編譯結(jié)果如圖4.2所示。4.1編譯圖系統(tǒng)開始工作時,單片機(jī)初始化,傳感電路開始測量井下粉塵的濃度經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換器將光信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號傳入單片機(jī),單片機(jī)做出反應(yīng),將超標(biāo)值顯示于液晶顯示屏上。同時系統(tǒng)做出判斷井下粉塵濃度超標(biāo)值是否具有危險(xiǎn)性,若濃度值沒有超標(biāo)就繼續(xù)測量。若超標(biāo)單片機(jī)控制繼電器打開閥門進(jìn)行排塵并打開語音提示報(bào)警。在打開閥門排氣的同時傳感電路依然繼續(xù)測量粉塵濃度,此時若分成濃度恢復(fù)到不具有危險(xiǎn)性,就關(guān)閉閥門和語音提示。若可粉塵濃度依然超標(biāo)就繼續(xù)排塵檢測直到粉塵濃度達(dá)到安全范圍。4.2系統(tǒng)程序的框圖系統(tǒng)開始工作時,單片機(jī)初始化,傳感電路開始測量井下氣體濃度只經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換器將光信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號傳入單片機(jī),單片機(jī)做出反應(yīng),將濃度值顯示于液晶顯示屏上。同時系統(tǒng)做出判斷井下粉塵濃度值是否超標(biāo),若濃度值沒有超標(biāo)就繼續(xù)監(jiān)測井下粉塵濃度。若超標(biāo)單片機(jī)控制繼電器打開閥門進(jìn)行排塵并打開語音提示報(bào)警。在打開閥門排塵的同時傳感電路依然繼續(xù)測量粉塵的濃度,此時若粉塵濃度值恢復(fù)到不具有危險(xiǎn)性是,就關(guān)閉閥門和語音提示。若粉塵濃度依然超標(biāo)就繼續(xù)排塵檢測直到粉塵濃度恢復(fù)正常。4.3硬件調(diào)試Protel99是ProtelTechnology公司的產(chǎn)品,是一個基于Windows平臺的32位EDA設(shè)計(jì)系統(tǒng),用于電路原理圖和印制板圖的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。主要分為兩大部分:(1)原理圖設(shè)計(jì)系統(tǒng) 這是一個易于使用的具有大量元件庫的原理圖編輯器,主要用于原理圖的設(shè)計(jì)。它能夠?yàn)橛≈齐娐钒逶O(shè)計(jì)提供網(wǎng)絡(luò)表。該編輯器除了具有強(qiáng)大的原理圖編輯功能以外,其分層組織設(shè)計(jì)功能、設(shè)計(jì)同步器、豐富的電氣設(shè)計(jì)檢驗(yàn)功能及強(qiáng)大而完善的打印輸出功能,使用戶能夠輕松完成所需的設(shè)計(jì)任務(wù)。(2)印制電路板設(shè)計(jì)系統(tǒng) 它是一個功能強(qiáng)大的印制電路板設(shè)計(jì)編輯器,具有非常專業(yè)的交互式布線及元件布局的特點(diǎn),用于印制電路板(PCB)的設(shè)計(jì)并最終產(chǎn)生PCB文件,直接關(guān)系到印制電路板的生產(chǎn)。Protel99SE的印制電路板設(shè)計(jì)系統(tǒng)能夠進(jìn)行多達(dá)32層信號層、16層內(nèi)部電源/接地層的布線設(shè)計(jì),交互式的元件布置工具極大地減少了印制板設(shè)計(jì)的時間。同時它還包含一個具有專業(yè)水準(zhǔn)的PCB信號完整性分析工具、功能強(qiáng)大的打印管理系統(tǒng)、一個先進(jìn)的PCB三維視圖預(yù)覽工具。另外,Protel99SE還包含一個功能強(qiáng)大的基于SPICE3f5的模/數(shù)混合信號仿真器,使設(shè)計(jì)者能夠方便地在設(shè)計(jì)中對一組混合信號進(jìn)行仿真分析。同時,它還提供了一個高效、通用的可編程邏輯器件設(shè)計(jì)工具【5】。Protel99是應(yīng)用最廣泛的電子線路設(shè)計(jì)軟件,使用簡單、易于學(xué)習(xí)、功能強(qiáng)大。它結(jié)合電子電路設(shè)計(jì)的特點(diǎn),從實(shí)用角度出發(fā),完全能夠?qū)崿F(xiàn)電路原理圖的設(shè)計(jì)及印制電路板的設(shè)計(jì)方法。具體內(nèi)容有Prorel99原理圖設(shè)計(jì)環(huán)境的設(shè)置、電路原理圖的設(shè)計(jì)、層次式原理圖的設(shè)計(jì)、原理圖元件的創(chuàng)立、電路板設(shè)計(jì)的基本知識、電路板設(shè)計(jì)環(huán)境設(shè)置、電路板規(guī)劃和網(wǎng)絡(luò)表的載入、印制電路板的設(shè)計(jì)、元件封裝的創(chuàng)立、各種報(bào)表文件的生成及設(shè)計(jì)成果的輸出等。設(shè)計(jì)調(diào)試:本設(shè)計(jì)的開發(fā)板原理圖用Protel99工具完成,在進(jìn)行元器件的創(chuàng)立、元器件的選擇以及元器件的連接以后,在這整體的合理布局以后,我們采用菜單欄上的TOOL工具欄中ERC電氣檢測對原理圖檢測,經(jīng)檢驗(yàn)無誤,硬件連接正確。5結(jié)論本設(shè)計(jì)利用了單片機(jī)與簡單外圍電路結(jié)合的思想,經(jīng)過對單片機(jī)軟件程序和硬件電路的合理劃分,完成了井下監(jiān)測粉塵濃度控制功能。利用FBG光學(xué)特性,設(shè)計(jì)了光源調(diào)制裝置,從而獲得適合氣體檢測的窄帶掃描光源,既解決了當(dāng)前窄帶光源相干性高引起的系統(tǒng)附加干涉問題,又降低了光源成本,同時,只要經(jīng)過更換不同反射波長的光柵就能夠?qū)崿F(xiàn)對不同氣體的測量;在本系統(tǒng)中,單片機(jī)AT89C51作為電路的核心部分,采用C語言編程。外圍電路由控制電路、傳感電路、液晶顯示電路和語音提示電路組成?？刂齐娐愤x用繼電器來控制電機(jī)來打開或者關(guān)閉閥門。傳感電路采用了布拉格光柵傳感器,在電路中的起到主導(dǎo)的作用。液晶顯示采用的是1602芯片。語音提示采用WT588D語音芯片。為了保證電源的穩(wěn)定以及有效,系統(tǒng)的電源部分經(jīng)行了一系列的穩(wěn)壓及蒸整流,達(dá)到了預(yù)想的效果。在整個設(shè)計(jì)過稱中,需要實(shí)現(xiàn)測出井下粉塵體濃度值,再與平常的空氣中的粉塵濃度做對比,老師平時指導(dǎo)我們將設(shè)計(jì)模塊化,首先實(shí)現(xiàn)功能,接著逐個地添加功能,最后達(dá)到自動監(jiān)測可粉塵濃度和排放粉塵的功能。在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中,不斷調(diào)試和修改電路及程序,提高了對單片機(jī)的應(yīng)用能力,以及分析和解決問題的能力。畢業(yè)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)階段非常重要難得的理論和實(shí)踐相結(jié)合的機(jī)會,經(jīng)過本次以單片機(jī)為核心的井下安全系統(tǒng)的設(shè)計(jì),我鞏固了所學(xué)的理論知識。和實(shí)際設(shè)計(jì)的結(jié)合鍛煉了我的綜合運(yùn)用所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識,以及在親身設(shè)計(jì)整個系統(tǒng)中,培養(yǎng)了自己不斷提高產(chǎn)品性能的發(fā)散性思維,使我在對以后未來的工作中充滿了自信,及希望?？傊?經(jīng)過本次完整的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),我各方面的能力得到了提高,今后的學(xué)習(xí)生活中我將不斷的提高與完善自己。致謝經(jīng)過幾個月的設(shè)計(jì),我終于完成了這次井下安全系統(tǒng)的設(shè)計(jì),這是我對單片機(jī)和Protel,C語言等有了更深刻的了解及認(rèn)識!本次畢業(yè)設(shè)計(jì)能夠順利完成,首先要感謝我的指導(dǎo)老師樊老師。樊老師一直做事嚴(yán)謹(jǐn),細(xì)心并具有創(chuàng)造性思維,在我設(shè)計(jì)方案的時候,總是能給我好多改良性的意見,設(shè)計(jì)過程中,給了我很大的幫助。從選題到整個畢業(yè)設(shè)計(jì)的完成,都離不開樊老師的指導(dǎo)。她淵博的知識、嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的作風(fēng)、對我們無微不至的關(guān)心、孜孜不倦的工作精神深深觸動了我。在此,我要向樊老師表示深深的感謝,不但感謝她交給我們知識,更感謝她對我們的鼓勵!參考文獻(xiàn)[1]劉建英.基于單片機(jī)的壓力控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].內(nèi)蒙古石油化工,:15-20[2]張毅剛.新編MCS-51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)[M].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,:1-4.[3]何立民.鍋爐自控系統(tǒng)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,1990:8-12[4]楊將新,李華軍,劉東駿.單片機(jī)程序設(shè)計(jì)及應(yīng)用[M].電子工業(yè)出版社,:4-8[5]蔣輝平,周國雄.單片機(jī)原理與應(yīng)用設(shè)計(jì)[Ｍ].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,.9:1-13[6]徐淑華,程退安,姚萬生.單片機(jī)微型機(jī)原理及應(yīng)用[M].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,1999.6:2-4[7]陳光東.單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)(第二版)[M].武漢:華中理工大學(xué)出版社,1999.4:20-22[8]楊寧．單片機(jī)與控制技術(shù)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,(1):126-145[9]張毅坤,陳善久,裘雪紅.單片微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用[M].西安電子科技大學(xué)出版社,1998:2-5[10]曹巧媛.單片機(jī)原理與應(yīng)用[M].北京:電子工業(yè)出版社,:122-140[11]張凱,馬忠梅.MCS-51單片機(jī)綜合系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)開發(fā)[M].北京:科學(xué)出版社,1996:202-208[12]WT588D語音芯片使用說明[M].大連東顯電子有限公司.[13]電子驛站.手把手教你1602字符型液晶模塊使[EB/OL]./blog/item/fda93f6dabcc29f1431694ee.html[14]電子天下.LCD1602中文資料.[15]電子天下.LCD1602中文資料.[16]徐瑋.51單片機(jī)綜合學(xué)習(xí)系統(tǒng)——1602字符型液晶顯示篇[J].電子制作[17]蔡康松,段杏林.基于單片機(jī)字符型液晶顯示模塊控制設(shè)計(jì)[J].黃山學(xué)院學(xué)報(bào):34-40[18]鄧燕妮,常小科等.基于51單片機(jī)控制的液晶顯示技術(shù)[J].工業(yè)控制計(jì)算(03):57-6[19]彭小軍.各種壓力傳感器的應(yīng)用[J].新余高專學(xué)報(bào).(9):54-60[20]吳今哲.基于AT89C51的C語言編程[J].機(jī)械與電子,:32-38[21]蔡江洪;壓力自動控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].東南大學(xué)學(xué)報(bào),ThemonitoringofCoalminedustconcentrationsystemdesignAbstract:Microcontroller-basedcontrolofthemonitoringcoalminedustconcentrationsystemisatechnologywhichhasdevelopedrapidlyrecentyears.Itishecombinationofcomputerhardwaresystems,softwareprogramsandautomaticcontroltechnology.Microcontrollerandexternalexpansiondeviceareusedinthispaper.AT89C51microcontrollerisusedasacontroller.Themonitoringcircuitisconsistofsensingcircuit,cotrolcircuitvoicepromptsandLCD.ThecontrolofmicroncontrollerhardwareandsoftwarecompeletedtheCoalminedustconcentrationofboilerautomaticcintrolsystemtoimprovelaborproducitivity,tosavehumanandmaterialresources,toimproveworkingconditionsandeconomicandsocialbenefits.Keywords:SCMCoalminedustconcentrationLCDvoiceprompts附錄:1.LCD顯示程序#include<reg51.h>#include<intrins.h>#defineuintunsignedint#defineucharunsignedchartypedefunsignedcharBYTE;typedefunsignedintWORD;typedefbitBOOL;sbitrs=P0^0;//sbitrw=P0^1;sbitep=P0^2;//BYTEcodedis1[]={"警告!!"};//BYTEcodedis2[]={"粉塵濃度值"};ucharcodedis3[]={":"};BYTEdatadis_buf[16];BYTEdatabuf[16];delay(BYTEms){//延時子程序BYTEi;while(ms--){for(i=0;i<250;i++){_nop_();nop_();nop_();nop_();}}}BOOLlcd_bz(){//測試LCD忙碌狀態(tài)BOOLresult;rs=0;rw=1;ep=1;nop_();nop_();nop_();nop_();result=(BOOL)(P1&0x80);ep=0;returnresult;}lcd_wcmd(BYTEcmd){//寫入指令數(shù)據(jù)到LCDwhile(lcd_bz());rs=0;rw=0;ep=0;nop_();nop_(); P1=cmd;nop_();nop_();nop_();nop_();ep=1;nop_();nop_();nop_();nop_();ep=0;}lcd_pos(BYTEpos){//設(shè)定顯示位置lcd_wcmd(pos|0x80);}lcd_wdat(BYTEdat){//寫入字符顯示數(shù)據(jù)到LCDwhile(lcd_bz());rs=1;rw=0;ep=0;P1=dat;nop_();nop_();nop_();nop_();ep=1;nop_();nop_();nop_();nop_();ep=0;}lcd_init(){//LCD初始化設(shè)定lcd_wcmd(0x38);//delay(1);lcd_wcmd(0x0c);//delay(1);lcd_wcmd(0x06);//delay(1);lcd_wcmd(0x01);//清除LCD的顯示內(nèi)容delay(1);}voidpre_disp(uintlon)//濃度顯示函數(shù){ucharbai,shi,ge,i;bai=lon/100;shi=lon%100/10;ge=lon%100%10;//Lcd_WriteCmd(addr_tab[8*x+y]);//寫地址delay(1);//Lcd_WriteData(0x3a);//Lcd_WriteData(0x30|bai);//Lcd_WriteData(0x30|shi);//Lcd_WriteData(0x2e);//Lcd_WriteData(0x30|ge);lcd_wdat(0x30|bai);//ASCII編碼并顯示lcd_wdat(0x30|shi);//ASCII編碼//lcd_wdat(0x2e);i=0;while(dis3[i]!='\0'){lcd_wdat(dis3[i]);/i++;}lcd_wdat(0x30|ge);}2.功能函數(shù)程序/*REG51.H*/#ifndef__REG51_H#define__REG51_H/*BYTERegister*/sfrP0=0x80;sfrP1=0x90;sfrP2=0xA0;sfrP3=0xB0;sfrPSW=0xD0;sfrACC=0xE0;sfrB=0xF0;sfrSP=0x81;sfrDPL=0x82;sfrDPH=0x83;sfrPCON=0x87;sfrTCON=0x88;sfrTMOD=0x89;sfrTL0=0x8A;sfrTL1=0x8B;sfrTH0=0x8C;sfrTH1=0x8D;sfrIE=0xA8;sfrIP=0xB8;sfrSCON=0x98;sfrSBUF=0x99;/*BITRegister*//*PSW*/sbitCY=0xD7;sbitAC=0xD6;sbitF0=0xD5;sbitRS1=0xD4;sbitRS0=0xD3;sbitOV=0xD2;sbitP=0xD0;/*TCON*/sbitTF1=0x8F;sbitTR1=0x8E;sbitTF0=0x8D;sbitTR0=0x8C;sbitIE1=0x8B;sbitIT1=0x8A;sbitIE0=0x89;sbitIT0=0x88;/*IE*/sbitEA=0xAF;sbitES=0xAC;sbitET1=0xAB;sbitEX1=0xAA;sbitET0=0xA9;sbitEX0=0xA8;/*IP*/sbitPS=0xBC;sbitPT1=0xBB;sbitPX1=0xBA;sbitPT0=0xB9;sbitPX0=0xB8;/*P3*/sbitRD=0xB7;sbitWR=0xB6;sbitT1=0xB5;sbitT0=0xB4;sbitINT1=0xB3;sbitINT0=0xB2;sbitTXD=0xB1;sbitRXD=0xB0;/*SCON*/sbitSM0=0x9F;sbitSM1=0x9E;sbitSM2=0x9D;sbitREN=0x9C;sbitTB8=0x9B;sbitRB8=0x9A;sbitTI=0x99;sbitRI=0x98;#endif/*INTRINS.H*/#ifndef__INTRINS_H#define__INTRINS_Hexternvoidnop_(void);externbittestbit_(bit);externunsignedchar_cror_(unsignedchar,unsignedchar);externunsignedint_iror_(unsignedint,unsignedchar);externunsignedlong_lror_(unsignedlong,unsignedchar);externunsignedchar_crol_(unsignedchar,unsignedchar);externunsignedint_irol_(unsignedint,unsignedchar);externunsignedlong_lrol_(unsignedlong,unsignedchar);externunsignedchar_chkfloat_(float);externvoid_push_(unsignedchar_sfr);externvoid_pop_(unsignedchar_sfr);#endif3.主函數(shù)程序#include<reg51.h>#include<int.rins.h>#include<1602h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint//typedefunsignedcharU8;/*definedforunsigned8-bitsintegervariable無符號8位整型變量*/typedefsignedcharS8;/*definedforsigned8-bitsintegervariable有符號8位整型變量*/typedefunsignedintU16;/*definedforunsigned16-bitsintegervariable無符號16位整型變量*/typedefsignedintS16;/*definedforsigned16-bitsintegervariable有符號16位整型變量*/typedefunsignedlongU32;/*definedforunsigned32-bitsintegervariable無符號32位整型變量*/typedefsignedlongS32;/*definedforsigned32-bitsintegervariable有符號32位整型變量*/typedeffloatF32;/*singleprecisionfloatingpointvariable(32bits)單精度浮點(diǎn)數(shù)(32位長度)*/typedefdoubleF64;/*doubleprecisionfloatingpointvariable(64bits)雙精度浮點(diǎn)數(shù)(64位長度*///#defineData_0_time4//IO口定義區(qū)//sbitP2_0=P2^0;//sbitSRH_DOWN=P2^1;//U8U8FLAG,k;U8U8count,U8temp;U8U8T_data_H,U8T_data_L,U8RH_data_H,U8RH_data_L,U8checkdata;U8U8T_data_H_temp,U8T_data_L_temp,U8RH_data_H_temp,U8RH_data_L_temp,U8checkdata_temp;U8U8comdata;U8outdata[5];//定義發(fā)送的字節(jié)數(shù)U8indata[5];U8count,count_r=0;U8str[5]={"RS232"};U16U16temp1,U16temp2;uintT,SRH;ucharcodedis1[]={".'Cset18"};ucharcodedis2[]={".%RHset80%"};//ucharcodedis3[]={":"};SendData(U8*a){outdata[0]=a[0];outdata[1]=a[1];outdata[2]=a[2];outdata[3]=a[3];outdata[4]=a[4];count=1;SBUF=outdata[0];}voidDelay1(U16j){U8i;for(;j>0;j--){for(i=0;i<27;i++);}}voidDelay_10us(void){U8i;i--;i--;i--;i--;i--;i--;}voidCOM(void){U8i;for(i=0;i<8;i++){U8FLAG=2;while((!P2_0)&&U8FLAG++);Delay_10us();Delay_10us();Delay_10us();U8temp=0;if(P2_0)U8temp=1;U8FLAG=2;while((P2_0)&&U8FLAG++);//if(U8FLAG==1)break;//U8comdata<<=1;//U8comdata|=U8temp;}}/-//Delay();Delay_10us();COM()voidRH(void) //{P2_0=0;Delay1(5);P2_0=1;//總線由上拉電阻拉高主機(jī)延時40usDelay_10us();Delay_10us();Delay_10us();Delay_10us();//主機(jī)設(shè)為輸入判斷從機(jī)響應(yīng)信號P2_0=1;//判斷從機(jī)是否有低電平響應(yīng)信號如不響應(yīng)則跳出,響應(yīng)則向下運(yùn)行if(!P2_0) {U8FLAG=2;//判斷從機(jī)是否發(fā)出80us的低電平響應(yīng)信號是否結(jié)束while((!P2_0)&&U8FLAG++);U8FLAG=2;//判