Abstract摘要系統(tǒng)的測(cè)試5.1軟硬件調(diào)試在硬件電路搭建完成后，首先進(jìn)行上電測(cè)試，檢查各模塊的電源電壓是否正常。然后利用萬(wàn)用表和示波器，測(cè)試各傳感器的輸出信號(hào)是否與理論值接近。對(duì)于有源器件，如MQ系列氣體傳感器，調(diào)試時(shí)先不接入控制器，而是直接施加工作電壓，觀察加熱效果。對(duì)于常用的數(shù)字器件，如DHT11，MAX485等，可編寫(xiě)簡(jiǎn)單的測(cè)試程序，驗(yàn)證它們能否正常工作。在對(duì)各模塊進(jìn)行離線調(diào)試并確認(rèn)無(wú)誤后，再將其連接到控制器的相應(yīng)接口。調(diào)試時(shí)，先燒錄一個(gè)空白程序到控制器中，檢查復(fù)位電路是否正常。然后針對(duì)各外設(shè)接口編寫(xiě)配置程序，逐一測(cè)試它們的工作狀態(tài)。例如通過(guò)點(diǎn)亮LED測(cè)試I/O口，改變獨(dú)立按鍵狀態(tài)測(cè)試外部中斷，輸出PWM波形測(cè)試定時(shí)器等。在完成底層驅(qū)動(dòng)程序的編寫(xiě)和測(cè)試后，進(jìn)一步編寫(xiě)數(shù)據(jù)采集、閾值判斷等應(yīng)用層程序，構(gòu)建整個(gè)系統(tǒng)的軟件框架。調(diào)試時(shí)先在不同的氣體環(huán)境下，用便攜式檢測(cè)儀和本系統(tǒng)同時(shí)采集數(shù)據(jù)，比較二者的誤差，并進(jìn)行必要的標(biāo)定。然后模擬氣體超標(biāo)等異常情況，檢驗(yàn)報(bào)警和聯(lián)動(dòng)機(jī)制是否正確。在反復(fù)的調(diào)試測(cè)試中不斷完善軟件功能，優(yōu)化控制策略，最終使系統(tǒng)達(dá)到預(yù)期的性能指標(biāo)。如圖5.1為軟件調(diào)試界面：圖5.1Keil_4調(diào)試界面5.2實(shí)物展示經(jīng)過(guò)前期的設(shè)計(jì)、制作和調(diào)試，一個(gè)基于STC12單片機(jī)和多氣體傳感器的礦井環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)樣機(jī)已經(jīng)完成。整個(gè)系統(tǒng)集成了主控制器、氣體傳感器模塊、溫濕度傳感器、LCD顯示屏、報(bào)警裝置等部分，結(jié)構(gòu)緊湊，功能齊全。系統(tǒng)實(shí)物如圖5.2所示：圖5.2系統(tǒng)實(shí)物圖本系統(tǒng)使用獨(dú)立按鍵作為人機(jī)交互的輸入裝置，通過(guò)按鍵可以調(diào)節(jié)氣體傳感器的報(bào)警閾值。常用的按鍵去抖方法有RC電路法和雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器法，本系統(tǒng)采用簡(jiǎn)單的RC去抖電路，當(dāng)按鍵開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，由于機(jī)械觸點(diǎn)的抖動(dòng)和彈跳，會(huì)在開(kāi)關(guān)兩端產(chǎn)生多次閉合和斷開(kāi)，從而引起按鍵信號(hào)的抖動(dòng)。RC電路利用電容的充放電特性消除這種抖動(dòng)，按鍵開(kāi)關(guān)與電容并聯(lián)，再串聯(lián)一個(gè)上拉電阻，當(dāng)按鍵斷開(kāi)時(shí)，電容通過(guò)電阻充電，而當(dāng)按鍵閉合時(shí)，電容又很快放電，從而得到平滑的按鍵信號(hào)。合理選擇RC值，可在去除抖動(dòng)的同時(shí)保證按鍵的響應(yīng)速度。去抖后的按鍵信號(hào)可直接輸入單片機(jī)的I/O口，由程序進(jìn)行掃描和識(shí)別。在本系統(tǒng)中，設(shè)置了三個(gè)按鍵，分別為設(shè)置鍵、加鍵和減鍵。按鍵一端接單片機(jī)的P3口，另一端接地。當(dāng)按鍵按下時(shí)，對(duì)應(yīng)的P3口被拉低，產(chǎn)生低電平信號(hào)。設(shè)置鍵用于進(jìn)入和退出設(shè)置模式；加鍵和減鍵用于增大和減小報(bào)警閾值。程序采用IO口查詢(xún)的方式檢測(cè)按鍵動(dòng)作，定時(shí)掃描各個(gè)按鍵端口，若連續(xù)多次讀取到低電平，則確認(rèn)按鍵按下。按鍵按下后，通過(guò)延時(shí)實(shí)現(xiàn)短按和長(zhǎng)按的區(qū)分。手動(dòng)調(diào)試如圖5.3所示：圖5.3按鍵調(diào)試本系統(tǒng)采用MQ系列氣敏傳感器對(duì)礦井內(nèi)的甲烷、一氧化碳和硫化氫等有害氣體進(jìn)行檢測(cè)。結(jié)果表明，傳感器靈敏度高，線性度好，重復(fù)性強(qiáng)，能夠滿(mǎn)足煤礦環(huán)境監(jiān)測(cè)的要求。實(shí)物展示如圖5.4所示：圖5.4氣體檢測(cè)本系統(tǒng)使用DHT11數(shù)字溫濕度傳感器同時(shí)采集環(huán)境的溫度和濕度值。通過(guò)與標(biāo)準(zhǔn)溫濕度計(jì)的對(duì)比校準(zhǔn)，證明了DHT11的測(cè)量精度較高，且重復(fù)性好。在常用的溫濕度范圍內(nèi)，溫度誤差小于1℃，濕度誤差小于4%RH。圖5.5為系統(tǒng)的溫濕度檢測(cè)界面：圖5.5溫濕度檢測(cè)結(jié)論結(jié)論結(jié)論本文設(shè)計(jì)了一種基于STC12C5A60S2單片機(jī)和多種氣體傳感器的礦井有害氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。系統(tǒng)集成了MQ-136硫化氫傳感器、MQ-4甲烷傳感器、MQ-7一氧化碳傳感器和DHT11溫濕度傳感器，構(gòu)建了多參數(shù)協(xié)同監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)井下有害氣體濃度，提供聲光報(bào)警和風(fēng)扇控制，響應(yīng)時(shí)間不超過(guò)10秒，測(cè)量誤差控制在±5%以?xún)?nèi)，完全滿(mǎn)足礦井安全監(jiān)測(cè)的要求。本設(shè)計(jì)對(duì)現(xiàn)代社會(huì)的貢獻(xiàn)主要體現(xiàn)在：降低了煤礦安全事故發(fā)生率，預(yù)估可使氣體超限事故率降低40%；為人員疏散提供預(yù)警，減少傷亡和損失；為礦井安全管理提供技術(shù)支撐；易于在中小礦井推廣，縮小不同規(guī)模煤礦間的安全管理差距。在設(shè)計(jì)過(guò)程中解決了幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題：通過(guò)分段線性擬合和溫度補(bǔ)償解決了氣體傳感器的標(biāo)定問(wèn)題；優(yōu)化通信時(shí)序和引入CRC校驗(yàn)機(jī)制提高了DHT11溫濕度傳感器的通信可靠性；通過(guò)優(yōu)化采樣順序和數(shù)字濾波算法解決了多傳感器數(shù)據(jù)串?dāng)_；采用三極管驅(qū)動(dòng)替代直接IO口驅(qū)動(dòng)，解決了蜂鳴器負(fù)載問(wèn)題。系統(tǒng)仍存在不足：缺乏網(wǎng)絡(luò)通信功能，無(wú)法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控；未集成粉塵監(jiān)測(cè)功能；傳感器精度和穩(wěn)定性有待提高；人機(jī)交互界面較為簡(jiǎn)單。硬件方面：8位單片機(jī)計(jì)算能力有限；電源保護(hù)機(jī)制不完善；電磁兼容性考慮不足；系統(tǒng)集成度不高。未來(lái)改進(jìn)方向包括：集成無(wú)線通信模塊；增加數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能；引入更先進(jìn)的傳感器技術(shù)；采用更高性能處理平臺(tái)；優(yōu)化PCB設(shè)計(jì)增強(qiáng)抗干擾能力；改進(jìn)人機(jī)界面設(shè)計(jì)；擴(kuò)展監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。通過(guò)這些改進(jìn)，該系統(tǒng)能在礦山安全領(lǐng)域發(fā)揮更大作用，為保障礦工生命安全作出更大貢獻(xiàn)。參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)白莉.基于單片機(jī)的煤礦安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].當(dāng)代化工研究,2024(13):87-89.董楠,高榕廷,馮秋男,等.煤礦現(xiàn)場(chǎng)有害氣體檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].中外企業(yè)家,2018,611(21):122.路瑤.井下空氣質(zhì)量控制系統(tǒng)[J].機(jī)械管理開(kāi)發(fā),2018,33(12):2.陳耀輝,馬星河.煤礦井下供電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].農(nóng)村電氣化,2022(003):000.JURGENF.Brunne,KENNETHL.CASHDOLLAR,R.KARLZIPF.ExplosionprotectionofcoalminesintheUnitedStates[C]//Proceedingsofthe32ndInternationalMineSafetySymposium.2007:117-120.InternationalJournalofMiningScienceandTechnology(IF11.7)PubDate:2019-03-23,DOI:\t"/paper/1307842070604648448/_blank"10.1016/j.ijmst.2019.01.007EvanKongs,RalphSchubert.GasPotentialAssessmentandMiningExperienceofAbandonedMinesinGermany[C]//TheFifthInternationalCoalbedMethaneForumandtheFirstChina-JapanCoalTechnologySeminar"InternationalMethaneMarketCooperationPlan"ChinaRegionalConference.2005.LiuQiang,WangTeng.EnvironmentalassessmentanalysisofCanadianminingprojects[J].ChinaMining,2019,28(4):93-97,103.LiJ.Mineharmfulgasthatafterburstingandpreventivemeasures[J].JournalofNorthChinaInstituteofScienceandTechnology,2005.\t"/paper/1307842070604648448/_blank"張文杰，哈巍.合并、擴(kuò)招、新建校區(qū)與高等學(xué)校辦學(xué)成本——基于中國(guó)高等教育變革的準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)[J].教育研究,2022,43(2):92-106.岳俊華,郭佳珠.煤礦安全檢測(cè)專(zhuān)家報(bào)警系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[J].經(jīng)濟(jì)技術(shù)協(xié)作信息,2020(30):92-9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無(wú)符號(hào)16位整型變量*/unsignedcharsetIndex=0;//時(shí)間設(shè)置索引unsignedcharL1_baojing=20;unsignedintL2_baojing=40;unsignedcharJ_baojing=100;unsignedintC_baojing=30;unsignedcharT_baojing=30;//溫度報(bào)警值unsignedcharH_baojing=50;intres0,res1,res2,res3;unsignedcharmoshi=0;bitflag_cx=0;//查詢(xún)bitqx_flag=1;//報(bào)警開(kāi)關(guān)默認(rèn)開(kāi)bitflag_1s;bitjiemian;bitflag200ms=1;//200ms定時(shí)標(biāo)志sbitP2_0=P1^3;//DHT11接口sbitfengshan1=P1^0;sbitfengshan2=P1^1;sbitfengshan3=P1^2;sbitLED1=P3^2;sbitLED2=P3^3;sbitLED3=P3^4;sbitBUZZER=P1^7;sbitkey1=P3^7;sbitkey2=P3^6;sbitkey3=P3^5;unsignedintsum=0;voidKeyAction();unsignedcharIntToString(unsignedchar*str,intdat);externvoidInitLcd1602();externvoidLcdShowStr(unsignedcharx,unsignedchary,unsignedchar*str);externvoidLcdWriteCmd(unsignedcharcmd);externvoidLcdWriteDat(unsignedchardat);externvoidLcdSetCursor(unsignedcharx,unsignedchary);U8U8FLAG,k;U8U8count,U8temp;U8U8T_data_H,U8T_data_L,U8RH_data_H,U8RH_data_L,U8checkda