环境温度及有害气体浓度测量电动车毕业设计.docx
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环境温度及有害气体浓度测量电动车毕业设计
目 录
第1章 绪论
1.1自动测量气体温度和浓度电动车的意义
随着我国国民经济的不断发展，对煤炭需求量也越来越大，这就使得煤矿的安全生产面临着一个十分严峻的问题。
煤矿矿难事故屡屡发生，造成的原因有很多，其中不少是因为瓦斯爆炸引起的。
为了防止瓦斯爆炸事故的发生，除了加强井下作业人员的管理，改善井下的作业环境外，还必须建立一个性能可靠的瓦斯监控系统。
煤矿瓦斯是指矿井中主要由煤层气构成的以甲烷为主的有害气体的总称。
有时也单独指甲烷。
瓦斯在空气的体积分数达到一定的程度（5%～12%）时，在一定条件下可与空气中的氧气发生剧烈的化学反应而形成瓦斯爆炸，对煤矿安全构成严重威胁。
1.2自动测量气体温度和浓度电动车的发展过程
矿井瓦斯监测监控技术是伴随着煤炭工业发展而逐步发展起来的。
1815年，英国发明的世界上第一种瓦斯监测仪器——瓦斯检定灯。
利用火焰的高度来检测瓦斯浓度；20世纪30年代，日本发明了光干涉瓦斯检定器，一直沿用至今；20世纪40年代，美国研制了检测瓦斯浓度的敏感元件—铂丝催化元件；1954年，英国采矿安全所研制了最早的载体催化元件。
电子技术的进展推动了瓦斯检测控制装置的进一步发展，如20世纪70年代后期法国研制的CTT63/40U矿井监控系统、英国的MINOS系统、美国的SCA—DA系统等。
我国矿井瓦斯监控技术经历了从简单到复杂、从低水平到高水平的发展过程。
从新中国成立初期到20世纪70年代，煤矿下井人员主要使用光学瓦斯检定仪、风表等携带式仪器检测井下环境参数。
20世纪60年代初期，我国开始研制载体催化元件，随着敏感元件制造水平的提高和电子技术的发展，特别是大规模集成电路、微型计算机的广泛应用，使监控技术进入了新的发展时期。
20世纪70年代瓦斯断电仪问世，装备在采掘工作面、回风港道等井下固定地点，实现了对瓦斯的自动连续检测及超限自动切断被控制设备的电源。
随后，陆续研制了便携式瓦斯监控检测报警仪、瓦斯报警矿灯。
1983年至1985年，从欧美国家先后引进了数十套监控系统及配套的传感器和便携式仪器装备煤矿矿井，并相应地引进了部分监控系统、传感器和敏感元件制造技，由此推动了我国矿井安全监测监控技术的发展。
1983年以后，国内有多种型号矿井监控系统通过了技术鉴定，逐步实现了对煤矿矿井安全、生产多种参数的连续监测、监控、数据存储和数据处理。
近几年，随着计算机的发明和应用，特别是网络和信息化建设的不断发展，给瓦斯治理提供了机遇条件，煤矿瓦斯监控网络系统应运而生。
这些装备和系统的推广与应用，丰富了我国煤矿安全监控产品的市场，改善了煤矿安全技术装备的面貌，缩小了我国与国外先进技术水平的差距。
1.3自动测量气体温度和浓度电动车的发展现状
传统的煤矿瓦斯监控系统大体可以分为两大部分：
井下部分和井上部分。
井下部分主要通过各种检测设备（各种传感器，如风量传感器、负压传感器、一氧化碳传感器和矿用设备开停传感器等）来采集井下各种气体的浓度与含量、井下空气状况、设备的运转情况等数据，然后通过现场总线将数据传输到井上。
在井上，井下传上来的数据通过专线与煤矿安全管理办公室服务器和更高一级安全主管部门服务器连接。
服务器上面运行的是监控软件。
上面有井下每一个传感器的标签，所显示的数据通过上传数据的改变而不断刷新。
同时，监控软件还可以对这些数据进行汇总、处理、分析和存档，可以作为相关负责人员决策的重要依据。
并且监控软件具有超标自动报警功能，用来提示工作人员对设备的故障或现场瓦斯浓度情况，以及时采取措施，避免重大事件的发生。
煤矿瓦斯监控系统系统的意义不言而喻。
以山西省为例，近几年，特别是2006年以来，山西省煤炭系统在党和各级政府及安全部门的重视下，全省煤矿信息化工作有了新发展，取得了新成绩。
特别是由瓦斯监测监控系统建设所形成的全省煤矿四级信息网络平台，是计算机网络及信息技术用于瓦斯安全治理的一项创举，极大的促进了山西煤炭信息化工作。
山西省煤炭系统2005年底累计安装使用瓦斯监控系统3868套。
目前，该省国有重点煤矿121座矿井全部安装了瓦斯监测监控系统，并全部联网运行。
这些系统的运用，极大的降低了煤矿瓦斯事故。
由此可知，为了最大限度的降低甲烷泄漏事故的发生，除了对工作人员严格要求外，加紧建设甲烷监测监控系统必不可少，它对预防甲烷泄漏事故的发生具有举足轻重的作用。
甲烷泄漏事故多伴随高温火势爆炸等危险突发情况，对消防人员的人身财产安全也会照成很大威胁，因此环境温度及有害气体浓度测量电动车的研发越发显得重要，它可以有效的降低事故中可能发生的伤亡情况。
第2章 环境温度功能设计
2.1STC89C52单片机简介
2.1.1STC89C52单片机概述
STC89C52是一种带8K字节闪烁可编程可檫除只读存储器（FPEROM-FlashProgramableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能COMOS8的微处理器，俗称单片机。
如图2-1所示，该器件采用ATMEL搞密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
图2-1 STC89C52实物图
2.1.2STC89C52单片机引脚及主要功能
STC89C52单片机引脚介绍如图2-2所示。
（1）主电源引脚（2根）
VCC（Pin40）：
电源输入，接＋5V电源
GND（Pin20）：
接地线
（2）外接晶振引脚（2根）
XTAL1（Pin19）：
片内振荡电路的输入端
XTAL2（Pin20）：
片内振荡电路的输出端
（3）控制引脚（4根）
RST/VPP（Pin9）：
复位引脚，引脚上出现2个机器周期的高电平将使单片机复位。
ALE/PROG（Pin30）：
地址锁存允许信号
PSEN（Pin29）：
外部存储器读选通信号
EA/VPP（Pin31）：
程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读指令，如果接高电平则从内部程序存储器读指令。
（4）可编程输入/输出引脚（32根）
STC89C52单片机有4组8位的可编程I/O口，分别位P0、P1、P2、P3口，每个口有8位（8根引脚），共32根。
PO口（Pin39~Pin32）：
8位双向I/O口线，名称为P0.0~P0.7
P1口（Pin1~Pin8）：
8位准双向I/O口线，名称为P1.0~P1.7
P2口（Pin21~Pin28）：
8位准双向I/O口线，名称为P2.0~P2.7
P3口（Pin10~Pin17）：
8位准双向I/O口线，名称为P3.0~P3.7
图2-2 STC89C52引脚图
STC89C52主要功能如表2-1所示。
表2-1 STC89C52主要功能
主要功能特性
兼容MCS51指令系统
8K可反复擦写FlashROM
32个双向I/O口
256x8bit内部RAM
3个16位可编程定时/计数器中断
时钟频率0-24MHz
2个串行中断
可编程UART串行通道
2个外部中断源
共6个中断源
2个读写中断口线
3级加密位
低功耗空闲和掉电模式
软件设置睡眠和唤醒功能
2.2DS18B20简介
2.2.1DS18B20温度传感器概述
温度传感器的种类众多，在应用与高精度、高可靠性的场合时DALLAS（达拉斯）公司生产的DS18B20温度传感器当仁不让。
超小的体积，超低的硬件开消，抗干扰能力强，精度高，附加功能强，使得DS18B20更受欢迎。
对于我们普通的电子爱好者来说，DS18B20的优势更是我们学习单片机技术和开发温度相关的小产品的不二选择。
了解其工作原理和应用可以拓宽您对单片机开发的思路。
2.2.2DS18B20温度传感器引脚排列图
DS18B20温度传感器有三个引脚，如图2-3所示，分别为GND（电压地）、DQ（单数据总线）和VDD（电源电压）。
图2-3 DS18B20温度传感器
2.2.3DS18B20温度传感器与STC89C52单片机的接口
DS18B20与STC89C52连接方式可分为单点式和多点式，分别如图2-4、2-5所示。
DS18B20只需要接到控制器的一个I/O口上，由于单总线为开漏所以需要外接一个4.7K的上拉电阻。
如要采用寄生工作方式，只要将VDD电源引脚与单总线并联即可。
但在程序设计中，寄生工作方式将会对总线的状态有一些特殊的要求。
图2-4 外部供电方式单点测温电路
图2-5 外部供电方式多点测温电路
2.2.4DS18B20温度传感器内部结构
DS18B20温度传感器内部结构主要由四部分组成，如图2-6所示分别为：
64位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。
图2-6 DS18B20温度传感器内部结构
光刻ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列码。
64位光刻ROM的排列是：
开始8位（地址：
28H）是产品类型标号，接着的48位是该DS18B20自身的序列号，并且每个DS18B20的序列号都不相同，因此它可以看作是该DS18B20的地址序列码；最后8位则是前面56位的循环冗余校验码（CRC=X8+X5+X4+1）。
由于每一个DS18B20的ROM数据都各不相同，因此微控制器就可以通过单总线对多个DS18B20进行寻址，从而实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。
光刻ROM地址序列码如表2-2所示。
表2-2 光刻ROM地址序列码
8bit检验CRC
48bit序列号
8bit工厂代码（10H）
MSBLSB
MSBLSB
MSBLSB
DS18B20中的温度传感器完成对温度的测量，用16位二进制形式提供，如表2-3所示，其中S为符号位。
表2-3 DS18B20中16位二进制数
Bit7
Bit6
Bit5
Bit4
Bit3
Bit2
Bit1
Bit0
8
4
2
1
0.5
0.25
0.125
0.0625
Bit15
Bit14
Bit13
Bit12
Bit11
Bit10
Bit9
Bit8
S
S
S
S
S
S
S
S
例如＋125°C和-55°C对应二进制十六进制如表2-4所示。
＋125°C的数字输出为07D0H（正温度直接吧16进制数转成10进制即得到温度值）
-55°C的数字输出为FC90H。
（负温度把得到的16进制数取反后加1再转成10进制数）
表2-4 温度+125℃和-55℃对应二进制十六进制表示
温度
二进制表示
十六进制表示
+125
+26.0625
+10.125
+0.5
0
-0.5
-10.125
-25.0625
-55
0000011111010000
0000000110010001
0000000010100010
0000000000001000
0000000000000000
1111111111111100
1111111101011110
1111111001101111
1111110010010000
07D0H
0191H
00A2H
0008H
0000H
FFF8H
FF5EH
FE6FH
FC90H
其中配置寄存器的格式如下：
低五位一直都是"1"，TM是测试模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式。
在DS18B20出厂时该位被设置为0，用户不要去改动。
R1和R0用来设置分辨率，如表2-5所示。
表2-5 R1、R0用来设置分辨率
0
R1
R0
1
1
1
1
1
MSb
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