摘 要本文以“嵌入式瓦斯和氧气浓度监测系统设计与实现”作为研究课题，设计了一款能够对周围空气中的瓦斯浓度和氧气等参数指标进行检测的智能型AT87LV51单片机控制系统，通过气体检测探头实现了对不同性质气体浓度参数的精确感应.与此同时这款系统还可以实现对浓度异常时的报警功能，用户可以通过高清晰度的液晶屏读取到检测到的气体浓度检测结果。本课题是当我看到电视上、各种报刊等井矿下因为瓦斯爆炸而受伤或死亡的井矿工人后的想法。许多因瓦斯爆炸事故而家庭破碎的人数不胜数，所以我心中想到了研究本课题。经过多次的测试后，本瓦斯和氧气浓度监测控制系统的工作状态都表现的非常稳定，能够正常的执行所有功能，非常适合推向市场进行推广。
目录
一、 引言 1
二、 系统的方案设计 2
（一） 本文主要研究内容 2
（二） 方案设计 2
三、 系统硬件设计 4
（一） 主控电路设计 4
（二） 气体浓度检测电路设计 5
（三） 液晶屏电路设计 8
（四） 报警信号生成电路设计 8
（五） 数据存储电路设计设计 9
四、 系统软件设计 11
（一） 系统的主程序流程设计 11
（二） 气体浓度检测子程序设计 12
（三） 报警子程序设计 13
（四） 液晶显示子程序设计 14
（五） 数据保存驱动子程序设计 15
五、 实物制作与安装 16
总结 20
参考文献 21
致 谢 22
附录一 原理图 23
附录二 元件列表 24
附录三 程序 25
引言
本课题所说的这种瓦斯和氧气浓度监测控制系统在当前的发展现状下主要是通过单片机等微处理器作为其内部的主控核心，将高性能的CPU嵌入后，通过CPU对外部高性能的传感器模块组以及其他功能芯片进行有序的驱动后，实现对系统外部输入信号的接收，随后通过CPU内部高性能的运算模块实现对信号的处理并产生输出结果，通过对输出模块的驱动从而用户可以得到处理结果。本课题将要设计的是一款能够实现高清晰度液晶显示、将模 *51今日免费论文网|www.jxszl.com +Q: ^351916072* 
拟量转换成数字信号、检测周围环境的瓦斯浓度、采集氧气浓度、报警和掉电保存等功能的瓦斯和氧气浓度监测控制系统，这款系统的发展例程非常清晰，它的出现是伴随着电子技术以及微处理器生产技术的发展而发展的，在这个发展过程中它的最大性能受到了大规模集成技术以及CPU处理速度的较大制约。现如今的瓦斯和氧气浓度监测控制系统已经实现了大规模的数字化，很少有设计者会再采用传统的模拟电路架构，全数字化架构的优点非常显著，对于系统本身来说，工作性能稳定，极少可能会受到外部环境因素的影响；系统的功能优化非常容易实现，只需要对微处理器芯片内部的程序代码进行重新烧录即可快速的实现产品的更新换代或者缺陷修复，本课题就将以这种数字式的瓦斯和氧气浓度监测控制系统作为研究对象，设计一款满足课题要求的系统。
随着32位微处理器研发技术和应用技术的不断成熟，越来越多的研发设计师已经掌握了对这种高性能CPU内部寄存器的控制方法，而将这种高端CPU嵌入到瓦斯和氧气浓度监测控制系统中是一项提升该系统性能较为行之有效的方法，所以目前市面上越来越多的瓦斯和氧气浓度监测系统产品开始采用处理速度更高的微处理器来实现控制。目前瓦斯和氧气浓度监测控制系统的国内外的发展水平具有一定的差距，市面上较大比例的高性能产品的核心研发技术掌握在欧美国家的一些企业手中，由于国内要进口这种瓦斯和氧气浓度监测控制系统的产品需要较高的成本，所以售价较高，而国内为了赶超这些高性能产品的研发技术，较多企业投入了较多的资金来大力开发瓦斯和氧气浓度监测控制系统的高端性能。
系统的方案设计
本文主要研究内容
本文以“嵌入式瓦斯和氧气浓度监测系统设计与实现”作为研究课题，设计了一款能够实现对参数的高清晰显示、A/D转换、检测周围环境的瓦斯浓度、采集氧气浓度、产生报警和数据掉电保存的智能型AT87LV51单片机控制系统，所有的预期功能指标都得到了实现，下列为本课题将要实现的各项功能指标。
1、能够以较高质量的液晶显示能力将瓦斯和氧气浓度监测控制系统中采集到的数据显示给用户；
2、能够在AT87LV51单片机的控制下进行快速的模拟电压采集转换并将结果以数字信号形式进行输出；
3、能够通过瓦斯探头驱动电路的设计，实现瓦斯和氧气浓度监测控制系统对周围空气中瓦斯气体浓度的快速检测；
4、能够通过氧气探头驱动电路的设计，实现瓦斯和氧气浓度监测控制系统对周围空气中氧气气体浓度的快速检测；
5、能够在AT87LV51单片机GPIO管脚的高低电平控制下实现对有源蜂鸣器的工作状态控制，从而产生报警信号；
6、能够通过C语言在AT87LV51单片机内部构建出软件形式的IIC总线接口，通过该接口使得AT87LV51单片机能够对AT24C02存储芯片进行驱动，实现瓦斯和氧气浓度监测控制系统中重要数据的存储和读取；
方案设计
本部分将主要对这款气体检测系统的实现方案进行设计，使用了Visio软件绘制了下图中的系统结构框图，将这款气体检测系统划分成了多个不同的功能模块，包含了瓦斯气体检测模块、氧气浓度检测模块、高分辨率模数采集模块、高清晰度液晶屏显示模块、按键电路模块、蜂鸣器报警模块、数据存储模块以及供电模块等，接下来需要对各个模块电路的实现方案以及之间的连接关系进行阐述。
为了实现对空气中瓦斯气体浓度的实时检测，本课题选用了一个高性能的MQ9型号的瓦斯气体传感器，它能够将空气中当前的瓦斯气体浓度换算成模拟电压信号进行输出，随后本课题将通过A/D模数转换模块的CH0通道采集这款MQ9传感器输出的模拟电压信号（电压大小与瓦斯浓度成正比），并将其转换生成数字信号送入到微处理器中进行使用。
为了实现对氧气浓度的准确检测，将通过下图中的TIO2型氧气浓度传感器来进行浓度感应，这款传感器探头能够快速地将氧气浓度换算成模拟电压信号进行输出，随后本课题将通过ADC0832模数转换器芯片的CH1通道采集这款TIO2传感器输出的模拟电压信号（电压大小与氧气浓度成正比），并将其转换生成数字信号送入到微处理器中进行使用。

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