基于單片機的氧氣濃度檢測系統設計

2017-02-20 09:16:34梁芳芳

數碼世界 2017年2期

關鍵詞：單片機信號檢測

梁芳芳

遼寧錦州渤海大學工學院

基于單片機的氧氣濃度檢測系統設計

梁芳芳

遼寧錦州渤海大學工學院

檢測礦井下面的氣象情況對于保障煤炭企業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，當出現意外事故的時候，需要借用相應的設備以及儀器進行處理。本文設計了一種基于基于單片機的氧氣濃度檢測系統設計。

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，根據相關條令的規定，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在空氣中所占據的比例數是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，自身的生產條件以及自然條件都具有很復雜的因素，所以挖掘過程中很容易出現瓦斯泄露以及煤氣外泄的隱患，這對于工業的生產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業的經濟效益可以持續發展，在煤礦挖掘的過程中就必須要對氧氣濃度進行檢測，如果出現有毒氣體或者是氣體的濃度不符合規定，那么就必須要對氣體的濃度進行重新處理，最終達到減少突發的意外事故。當有事故發生的時候，采用必要的檢測儀器以及設備進行及時處理，

在現今的煤礦行業中，礦井濃度的檢測是一個必不缺少的重要環節。傳統模式的氧氣濃度報警設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測系統的設計。

2 基于單片機的氧氣濃度監測系統的硬件設計

2.1 總體框架設計

本文設計的總體框架具體上包括的部分有單片機、A/D轉換電路、顯示電路、晶振電路、報警電路等。總體結構圖如圖1所示。

圖1 系統總體結構圖

2.2 系統原理

在氧氣檢測的調理單元主要實現的是采集、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。處理單元實現的部分是處理并顯示調理單元中的A/D轉換。網絡傳輸單元部分完成的是通過有線傳輸的方式將串口輸出轉為網口輸出。現場顯示單元部分需要實現的是顯示出處理單元中的數據。

2.3 A/D轉換電路

本文所選擇的A/D轉換電路是ADC0809，該轉換器是8位，并且帶有8路多路開關，同時和CMOS組建。作為逐次逼近的A/D轉換器，能夠實現與單片機之間的接口。ADC0809轉換器的組成部分包括了地址鎖存，三態輸出鎖存、譯碼器，8路模擬開關等。多路開關中的通道可以選擇8個，模擬量可以以分時的形式輸入，轉換中用A/D轉換器，三態輸出鎖存主要是當鎖存以后進行A/D信號的轉換，如果OE輸出地電平是高電平，那么三態輸出鎖存中的數據在轉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轉換器轉換通道模擬量。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。時鐘89C51產生的方式具體可以分為內部時鐘以及外部時鐘。內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存在的時鐘信號。這個方式的應用場合通常是多片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。本文設計中選擇了內部時鐘方式，目的是為了節約功能的耗損。

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。單片機系統中，通常用數碼管或者是指示燈對工作狀態進行說明，從而讓工作人員可以進一步熟悉系統的運作。當系統處于緊急狀態下，例如當出現錯誤的狀態時，就需要引起重大的重視，并且采取相應的措施，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，從而實現警報人們。語音警報一方面能夠實現報警，另一方面還能夠實現給出相應的報警信息，相比于鳴音，閃光報警，語音警報所投入的硬件成本比較低，設計結構簡單。

單頻報警電路實現起來很容易，然而一般會選擇壓電蜂鳴器作為發音的部件。將3到15v的電壓增加到蜂鳴器中的時候，會產生頻率為3KHz的音響。選擇電流值為10mA作為驅動電流，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，表示三極管是導通的，從而蜂鳴器就會停止發出聲音。

2.6 靜態顯示電路

本文設計的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Y7。