论文总字数：14810字

摘 要

煤矿井中含有瓦斯气体，当浓度达到一定的值是会产生爆炸,这样将带来重大的经济损失并且威胁人们生命安全，因此，设计智能化的瓦斯浓度测量仪具有实用价值。本文以AT89C52单片机为核心的瓦斯报警，AT89C52单片机主要目的是能够实现对系统的信号测量与控制；瓦斯气体传感器采用的是MQ-4，该气体传感器最大的优点是对瓦斯气体中的主要成分甲烷有很高的灵敏度；系统中模拟信号到数字信号的转换依靠ADC0809转换器。另外，增加了LCD 1602液晶显示屏，实现测量结果的最终显示。具体地说，瓦斯气体首先由MQ-4气体传感器检测得到浓度数值，并将得到的浓度值送至ADC0809转换器中进行数字转换，转换后的值送单片机系统处理。最后，处理结果由LCD 1602显示。

关键词：瓦斯,测量，单片机,MQ-4,ADC080

Abstract: Coal mine Wells contain gas, and when the concentration reaches a certain value, there will be an explosion, which will bring great economic loss and threaten people"s lives. Therefore, the design of intelligent gas concentration measuring instrument has practical value. This paper takes AT89C52 microcontroller as the core of the gas alarm, the main purpose of AT89C52 microcontroller is to achieve the overall control of the system; The gas sensor USES mq-4. The biggest advantage of this gas sensor is that it has a high sensitivity to the main component methane in the gas. The conversion of analog signal to digital signal in the system depends on ADC0809 converter. In addition, the LCD 1602 LCD is added to realize the final display of measurement results. Specifically, the concentration of gas is first detected by the mq-4 gas sensor, and the concentration value is sent to the ADC0809 converter for digital conversion, and the converted value is sent to the SCM system for processing. Finally, the processing results are displayed by LCD 1602.

Key words: gas, measurement, SCM, mq-4,ADC0809

目 录

1引 言 6

1.1 课题研究背景及意义 6

1.2 研究现状 6

1.3 课题的主要研究内容与要求 7

2 测量仪总体设计 7

2.1 设计原理 7

2.2 瓦斯检测电路 8

2.3 气体检测及转化部分 8

2.4 总体框图 10

3 各单元电路设计 12

3.1 ADC0809 12

3.2 AT89C52单片机 14

3.3 模块电路 16

3.4 软件设计 20

4 系统仿真测试 23

4.1 PROTEUS简介 23

4.2仿真测试及结果 23

结论 29

参考文献 30

致谢 31

附录 32

1引 言

1.1 课题研究背景及意义

煤矿产业在工业发展中占据一定的地位，然而煤矿生产中会产生一些有毒气体，最常见的就是瓦斯气体。瓦斯气体的产生引发瓦斯爆炸事故的频繁发生，造成一系列的人员伤亡，成为实现煤矿产业安全生产的最大阻碍。因此，通过加强对煤矿中瓦斯浓度的测量和管理，降低煤矿工作的事故率，设计出一款智能瓦斯报警器已成为煤矿安全最紧迫的任务之一。

为了应对煤矿中瓦斯爆炸事故造成的损失，解决煤矿产业面对的安全问题, 设计出创新化的、智能化的、廉价的智能瓦斯测量仪系统的设计势不可挡。智能瓦斯测量仪的设计在煤矿能源安全方面的作用至关重要，用来应对当代煤矿能源使用中的安全隐患。瓦斯气体主要成分是烷，其中甲烷成分比重最大，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷。煤矿中瓦斯的浓度比达到某一特定程度时，在此特定条件下会和空气中的氧气成分自动发生化学反应，使人缺氧窒息而死，即所谓的瓦斯安全问题，当化学反应到一定程度时会发生瓦斯爆炸，对工作人员的安全问题产生一定程度的威胁。因此为了避免瓦斯爆炸事故所带来的后果急需设计出一款智能化的瓦斯报警器。

1.2 研究现状

工业发展是我国的主要经济来源，实际上工业的发展离不开煤炭能源，其地位不可替代。然而，随着工业的发展与之而来的是事故的发生率也日渐增长，尤其是煤矿中瓦斯爆炸事故率最高，近年来全国煤矿频繁发生瓦斯爆炸事故，死亡率逐年增加，瓦斯事故已成为我国煤矿安全的阻碍。因此想要国内工业能够持续发展，设计出一个能够快速检测瓦斯并且能及时发出报警信号的瓦斯报警器来应对煤矿瓦斯爆炸事故尤为重要。

对瓦斯浓度的检测主要是通过对瓦斯中的主要成分甲烷检测为主，仅仅从我国技术发展上来说，虽然已经普遍应用，但是报警器的要求不能够达到煤矿工作的要求，造成瓦斯爆炸事故频有发生，所以为了避免灾难瓦斯爆炸事故的频繁发生，设计出本文由MQ-4气体传感器检测气体浓度，在经过信号调理电路，由ADC0809转换器转换把模拟信号转换为数字信号，在由以AT89C52单片机处理，最后由液晶显示器显示瓦斯浓度值，如浓度超过一定值瓦斯报警器发出报警信号。

1.3 课题的主要研究内容与要求

在这一次的瓦斯测量仪毕业论文中想要实现的目的是：能够成功完成一套智能瓦斯检测仪，在工作中对煤矿中出现的瓦斯的浓度进行实时监测、确保工作人员安全，能够使得当瓦斯浓度接近爆炸浓度时发出报警信号，并且能够及时使工作人员意识到信号随后能够安全离开，以此减少我国瓦斯爆炸灾难事故的发生率，保证生命安全和财产安全。为了实现我们的目的，所设计的智能瓦斯测量仪必须要能够完成以下功能：最基础的应该就是能够完成对煤矿中的瓦斯监测，当超过极限浓度时立即发出报警信号。要想完成信号传输，必须要把气体传感器与系统中的单片机连接，这里可以利用传感器完成对煤矿瓦斯浓度值的信息采集，经过信号放大部分对信号进行处理，经过A/D转换器转换成数字信号，送给单片机系统处理，最后根据系统输出结果相应模块作出反应。

2 测量仪总体设计

第2章的研究目标是恰当地对硬件系统与软件系统的合理配置，以及能够在众多的硬件软件中挑出与测量仪最相匹配的硬件系统和软件系统，以此满足瓦斯检测仪想要达成的真正目的。

硬件系统的研究是经过对系统需求的分析，了解各个组件，从而获得分立元件和集成电路合理的连接方法，以达到设计的功能要求。它包括理解各种组件的功能和连接，以及选择各种组件和设计选项。软件设计是对硬件程序进行分析和设计，实现其功能，并对产品功能进行调试和优化。

2.1 设计原理

此项毕业研究是智能瓦斯测量仪的设计，该设计的关键组成部分是AT89C52单片机。首先通过按键电路为系统设定一个瓦斯爆炸极限值，然后运用MQ-4气体传感器来检测煤矿中的瓦斯浓度，然后把接收到的模拟信号通过ADC0809转换器转化成数字信号，以便于单片机能够处理。单片机把接收到的浓度值与系统设置的极限值进行比较，最后根据收到的浓度值启动其他电路模块。

2.2 瓦斯检测电路

瓦斯检测电路主要是由气体传感器MQ-4组成的，电路接入ADC0809转换器，MQ-4气体传感器是该设计最重要的部分，只有通过传感器先对煤矿中的瓦斯进行检测，经检测后得到一个瓦斯浓度值模拟量（不准确）送入A/D转换器中对其进行模数转换才能保证系统后续工作的正常运行。检测电路如图2-1所示：

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