基于单片机的氧气浓度检测系统设计

2017-02-20梁芳芳

数码世界 2017年2期

关键词：时钟氧气报警

梁芳芳

辽宁锦州渤海大学工学院

基于单片机的氧气浓度检测系统设计

梁芳芳

辽宁锦州渤海大学工学院

检测矿井下面的气象情况对于保障煤炭企业的效益具有很大的意义，在一定程度上对矿工的生命安全起到了很大的保障。对所有可能存在的危险因素进行控制与检测，当出现意外事故的时候，需要借用相应的设备以及仪器进行处理。本文设计了一种基于基于单片机的氧气浓度检测系统设计。

单片机氧气浓度矿井

1 氧气浓度检测的意义

煤炭的来源主要是通过地下挖掘，我国很多煤矿的类型是瓦斯矿井，根据相关条令的规定，在展开工作之前，必须要确保矿井中的氧气浓度是20%以上的，空气的主要成分包括N2，CO2，以及O2等，将空气中的O2含量增高，这对于人们的身体健康，以及舒适度而言具有很大的作用，O2在空气中所占据的比例数是20%，如果增大氧气浓度到40%至70%之间，另外再增加一些CO2气体，在一定程度上能大大地提高人的感官体验。作为地下形式活动的煤矿行业，自身的生产条件以及自然条件都具有很复杂的因素，所以挖掘过程中很容易出现瓦斯泄露以及煤气外泄的隐患，这对于工业的生产以及工人的生命安全而言都是没有保障的，所以为了保证每况产业的经济效益可以持续发展，在煤矿挖掘的过程中就必须要对氧气浓度进行检测，如果出现有毒气体或者是气体的浓度不符合规定，那么就必须要对气体的浓度进行重新处理，最终达到减少突发的意外事故。当有事故发生的时候，采用必要的检测仪器以及设备进行及时处理，

在现今的煤矿行业中，矿井浓度的检测是一个必不缺少的重要环节。传统模式的氧气浓度报警设备具有测量精度不精确的缺点，而且矿井下面的氧气浓度无法得到有效地控制，所以针对这个不足之处，本文进行了基于单片机的氧气浓度监测系统的设计。

2 基于单片机的氧气浓度监测系统的硬件设计

2.1 总体框架设计

本文设计的总体框架具体上包括的部分有单片机、A/D转换电路、显示电路、晶振电路、报警电路等。总体结构图如图1所示。

图1 系统总体结构图

2.2 系统原理

在氧气检测的调理单元主要实现的是采集、放大信号，处理信号，最终将电压信号输出来，并且该信号时容易检测的。处理单元实现的部分是处理并显示调理单元中的A/D转换。网络传输单元部分完成的是通过有线传输的方式将串口输出转为网口输出。现场显示单元部分需要实现的是显示出处理单元中的数据。

2.3 A/D转换电路

本文所选择的A/D转换电路是ADC0809，该转换器是8位，并且带有8路多路开关，同时和CMOS组建。作为逐次逼近的A/D转换器，能够实现与单片机之间的接口。ADC0809转换器的组成部分包括了地址锁存，三态输出锁存、译码器，8路模拟开关等。多路开关中的通道可以选择8个，模拟量可以以分时的形式输入，转换中用A/D转换器，三态输出锁存主要是当锁存以后进行A/D信号的转换，如果OE输出地电平是高电平，那么三态输出锁存中的数据在转换完了以后才能够被取走。ADC0809引脚图如图2所示。

图2 ADC0809引脚图

作为地址锁存输入线ALE的高电平是有效的，如果ALE的电平是高的时候，译码器就会对A，B，C端的地址进行重新的锁存处理，对地址信号译码以后通过ADC0809转换器转换通道模拟量。地址输入线用A，B，C表示。

2.4 晶振电路

在很多的微操作中，晶振电路起到了很大的作用，并且在时间方面要求很严格，时间上的顺序关系称为是时序，单片机中的时钟信号的作用是作为各种微操作的时间基准。时钟89C51产生的方式具体可以分为内部时钟以及外部时钟。内部时钟方式指的是将晶振电路以及振荡器连接在单片机的外部，从而形成时钟脉冲信号。外部时钟方式指的是在单片机中加入外部已经存在的时钟信号。这个方式的应用场合通常是多片89C51单片机，通常为了保证单片机能够同步运行，需要设置外部信号的电平是高电平，并且保持的时间是在20ms以上，同时频率是在12MHz以下。基于CRMOS单片机而言，在XTAL1端口出需用引入外部时钟信号。本文设计中选择了内部时钟方式，目的是为了节约功能的耗损。

2.5 报警电路

AT89C51的单片机中包含了一个震荡电路，将石英晶体外接到XTAL1和XTAL2的引脚处，就会自动形成自激振荡器，并且最终形成时钟脉冲信号。单片机系统中，通常用数码管或者是指示灯对工作状态进行说明，从而让工作人员可以进一步熟悉系统的运作。当系统处于紧急状态下，例如当出现错误的状态时，就需要引起重大的重视，并且采取相应的措施，加强警觉，启动报警电路。报警信号的类型通常有三种，分别是鸣音，闪光以及语音报警等。鸣音报警指的是通过发出具有一定声音的警报，通过引起人们听觉上的重视，从而引起注意。闪光报警指的是通过指示灯的闪动，从而实现警报人们。语音警报一方面能够实现报警，另一方面还能够实现给出相应的报警信息，相比于鸣音，闪光报警，语音警报所投入的硬件成本比较低，设计结构简单。

单频报警电路实现起来很容易，然而一般会选择压电蜂鸣器作为发音的部件。将3到15v的电压增加到蜂鸣器中的时候，会产生频率为3KHz的音响。选择电流值为10mA作为驱动电流，在压电蜂鸣器的端口中连接上三极管以及电阻。在三极管的基极端连接P1.0，如果P1.0的电平是高电平的时候，表示三极管是导通的，从而蜂鸣器就会停止发出声音。

2.6 静态显示电路

本文设计的74LS1238的译码器的组成是由3线—8线组成的，并且包括了与非门的组成。74LS138功能表如表1所示。该作为74系列同时也是TTL系列的译码器，译码器中的输入端有3个，分别是A0，A1，A2，输出端一共有8个，分别是Y0到Y7。