摘 要在近代工業(yè)的發(fā)展的發(fā)展史上，人們對(duì)能源的需求越來越迫切，要求也越來越高煤礦開采時(shí)的瓦斯（甲烷）濃度對(duì)整個(gè)開采過程能否安全進(jìn)行有著決定性的影響因此，瓦斯（甲烷）濃度的檢測(cè)顯得尤為重要本次設(shè)計(jì)的目的是實(shí)現(xiàn)甲烷氣體濃度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和報(bào)警，要求是使用單片機(jī)技術(shù)和氣體傳感器本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)作為數(shù)據(jù)處理單元，單片機(jī)控制MQ-9氣體傳感器，甲烷濃度信號(hào)通過單總線從MQ-9傳感器傳到單片機(jī)上單片機(jī)處理數(shù)據(jù)之后，將當(dāng)前甲烷濃度信號(hào)發(fā)送到數(shù)碼管上顯示，同時(shí)發(fā)出控制信號(hào)改變報(bào)警模塊執(zhí)行狀態(tài)本系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)甲烷氣體濃度的實(shí)時(shí)檢測(cè)和報(bào)警，接通電源后即可通過甲烷濃度數(shù)據(jù)的運(yùn)算處理，發(fā)出控制信號(hào)達(dá)到蜂鳴器報(bào)警的目的關(guān)鍵詞：甲烷，濃度，單片機(jī)，MQ-9傳感器，報(bào)警 AbstractIn the history of the development of modern industrial development, people increasingly urgent demand for energy, requiring higher and higher. When coal mining gas (methane) concentrations for the entire mining process can safely conduct has a decisive influence. Therefore, gas (methane) concentration detection is very important.The purpose of the design is to achieve real-time monitoring of methane gas concentration and alarm, require the use of chip technology and carbon monoxide sensors. The design uses a single chip as a data processing unit, microprocessor control carbon monoxide sensors, methane concentration signal transmitted through a single bus from carbon monoxide sensor microcontroller. Microcontroller processing data, the signal will be sent to the current concentration of methane digital display, and control signals to change the alarm module execution status. This system can achieve real-time detection of methane gas concentration and alarm, power can be by arithmetic processing methane concentration data, and control signals to achieve the purpose of the alarm buzzer. Keywords: Methane, Density, MQ-9 sensors, Alarm目 錄摘 要 ........................................... ...............1Abstract........................................... ..............2前 言........................................... ................3第一章 緒 論 41.1 課題背景 41.2 關(guān)于國內(nèi)外同類系統(tǒng)的分析 5第二章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 72.1 系統(tǒng)基本要求 72.2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 72.3 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 7第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 93.1 單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 93.2 傳感器模塊 123.3 A/D轉(zhuǎn)換電路 153.4 顯示模塊電路 183.5 總電路分析說明 19第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 204.1 主程序設(shè)計(jì) 204.2 ADC0809程序 214.3 顯示子程序的設(shè)計(jì) 22第五章 系統(tǒng)調(diào)試與分析 245.1 硬件調(diào)試 245.2 環(huán)境模擬及系統(tǒng)調(diào)試 245.3 調(diào)試故障及原因分析 255.4 測(cè)試結(jié)果及分析 26參考文獻(xiàn)致謝前 言室內(nèi)空氣品質(zhì)(Indoor Air Quality, IAQ)是上世紀(jì)80年代末在環(huán)境科學(xué)、衛(wèi)生學(xué)、暖通空調(diào)(HVAC )等學(xué)科基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一個(gè)科學(xué)分支，在90年代以來得到了廣泛的重視與研究。

在室內(nèi)空氣品質(zhì)討論會(huì)上，丹麥哥本哈根大學(xué)教授P. O. Fang提出:品質(zhì)反映人們要求的程度，人們?nèi)绻麑?duì)空氣質(zhì)量滿意，就是高品質(zhì)如果不滿意，那就是低品質(zhì)英國學(xué)者認(rèn)為:若室內(nèi)能察覺到任何氣味的人少于50%，感覺到任何不適的人少于20%，感覺到有刺激性的人少于10%，并且在不足2%的時(shí)間內(nèi)感到煩躁的人少于5%，那么就可以認(rèn)為此時(shí)的室內(nèi)空氣質(zhì)量是可以被接受的這兩種完全不同的定義是有共同點(diǎn)的，就是讓室內(nèi)的空氣質(zhì)量徹底成為人們的主觀感受在ASHRAE標(biāo)準(zhǔn)G2-1989R中，首次提出了能被接受的室內(nèi)空氣質(zhì)量(acceptable indoor air quality)和可感受到的能被接受的室內(nèi)空氣質(zhì)量(acceptable perceived indoor air quality )等概念其中，能被接受的室內(nèi)空氣質(zhì)量定義如下：密閉房間內(nèi)絕大部分人對(duì)室的內(nèi)空氣表示滿意，并且在空氣中已知的污染物沒有達(dá)到可能會(huì)對(duì)人體健康造成危害的濃度；可感受到的能被接受的室內(nèi)空氣質(zhì)量定義如下：密閉房間內(nèi)絕大部分人沒有感覺到有氣味或者說感覺到黏膜刺激它是能被接受的室內(nèi)空氣質(zhì)量的非充分必要條件由于有些氣體，如CO，人們很難察覺到，不僅沒有氣味沒有顏色，而且對(duì)人體也沒有刺激作用，不會(huì)被人感受到，但卻對(duì)人危害很大，因而僅用可感受到的能被接受的室內(nèi)空氣質(zhì)量是不夠的，必須同時(shí)引入能被接受的室內(nèi)空氣質(zhì)量。

因此，空氣的質(zhì)量評(píng)價(jià)實(shí)際上也是人為感受到的與客觀有害氣體濃度指標(biāo)的綜合評(píng)價(jià)由次可以看出，研發(fā)設(shè)計(jì)檢測(cè)人體不能感覺到的卻對(duì)人體會(huì)產(chǎn)生危害的氣體檢測(cè)儀器是很有必要的第一章 緒 論1.1 課題背景伴隨著我們的生活水平日漸提高還有對(duì)環(huán)境、健康等問題的日益關(guān)注，室內(nèi)的空氣質(zhì)量情況也越來越多地受到關(guān)注由于現(xiàn)在的生活節(jié)奏在變快，我們?cè)诩依?、辦公室內(nèi)等室內(nèi)環(huán)境的停留時(shí)間也越來越多了在西方的發(fā)達(dá)國家，如果把工作、休閑、居住的時(shí)間全部都加起來，那么可以得到人們?cè)谑覂?nèi)停留的時(shí)間要占到全天的91%左右而在我們國家，這個(gè)數(shù)據(jù)竟也超過了全天的85%，室內(nèi)空氣的質(zhì)量直接影響著我們的身體健康狀況惡劣的室內(nèi)空氣環(huán)境是大多數(shù)不良建筑物綜合癥的罪魁禍?zhǔn)酌绹h(huán)境保護(hù)局(EPA)與世界衛(wèi)生組織(WHO)進(jìn)行的聯(lián)合調(diào)查表明，美國大約有20%的建筑存在嚴(yán)重的室內(nèi)空氣污染情況，40%有一定程度的室內(nèi)空氣污染狀況，另外的40%則有輕微或沒有室內(nèi)空氣污染的情況美國環(huán)境健康總署的調(diào)查則顯示，室內(nèi)主內(nèi)空氣污染常常是室外空氣污染濃度的2到3倍之多，在冬季缺乏通風(fēng)、使用燃料取暖爐等情況下尤甚，這一數(shù)值甚至能高達(dá)90倍一般的家庭室內(nèi)可以檢測(cè)到的污染物多達(dá)300種，而有57%的人的疾病與室內(nèi)空氣污染有關(guān)。

美國職業(yè)安全及健康局的報(bào)告認(rèn)為，在美國，企業(yè)因室內(nèi)空氣惡劣造成的工時(shí)損失平均每人每日約14-15分鐘僅以人類自身來說，其日常生活和工作都與周圍的大氣環(huán)境密切相關(guān)，大氣的變化對(duì)人類健康有極大的影響空氣中還有有毒氣體，會(huì)給人類帶來直接的人身傷害可燃?xì)怏w的泄露會(huì)引起爆炸和火災(zāi)使人類的生命和財(cái)產(chǎn)遭受威脅隨著工業(yè)規(guī)模逐漸擴(kuò)大，產(chǎn)品種類的不斷增多，氣體原料和生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的氣體種類和數(shù)量也不斷增多，尤其是石油﹑化工﹑煤炭以及汽車等重工業(yè)的發(fā)展，導(dǎo)致環(huán)境污染日益嚴(yán)重臭氧層破壞、酸雨以及溫室效應(yīng)成為當(dāng)代最為嚴(yán)峻的環(huán)境污染問題環(huán)境的嚴(yán)重污染開始威脅到了人們的生存所以，對(duì)人們生活以及工作環(huán)境中的各類氣體進(jìn)行有效的檢測(cè)、分析是很有必要的由之前的研究可以發(fā)現(xiàn)，室內(nèi)空氣污染的問題越來越突出，直接威脅著人體的健康人在有污染的室內(nèi)環(huán)境中長(zhǎng)時(shí)間停留和活動(dòng)，人體很容易就會(huì)出現(xiàn)各種不適感，主要癥狀有頭痛﹑流鼻涕﹑眩暈﹑記憶力衰退以及行動(dòng)遲緩等世界衛(wèi)生組織將這種現(xiàn)象或者說癥狀稱為“致病建筑物綜合癥”根據(jù)資料的顯示，在剛裝修好的室內(nèi)環(huán)境中常見的有害物質(zhì)有300多種，而其中會(huì)對(duì)人的健康造成危害的、甚至是致癌的物質(zhì)有20多種，這其中主要有苯﹑甲苯﹑二甲苯﹑乙苯等易揮發(fā)的有機(jī)氣體。

其次，易燃易爆氣體也是不容忽視的有害氣體如果此方面未能夠得到有效控制與管理的話，為其所引發(fā)的后果付出的代價(jià)是極為巨大的由以上內(nèi)容可以看到，易燃﹑易爆﹑有毒氣體等問題已經(jīng)嚴(yán)重危害人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全，并且影響社會(huì)的安全和發(fā)展解決這些問題的關(guān)鍵，是迅速、準(zhǔn)確、有效地檢測(cè)到這些有害氣體，這便是氣敏傳感器發(fā)展的客觀依據(jù)氣體的種類繁多，有些有毒有害，有些易燃易爆人類的生存和活動(dòng)環(huán)境全離不開氣體為了保證家庭氛圍氣體的質(zhì)量和安全，離不開準(zhǔn)確，有效的氣體探測(cè)報(bào)警的意思是：許多工作過程（如鋼鐵，礦山和汽車行業(yè)）要求嚴(yán)格監(jiān)控相關(guān)的氣體或者快速的調(diào)整，否則就有可能會(huì)發(fā)生重大的事故和損失由于天然氣和人類的生存和活動(dòng)的關(guān)系非常的緊密，人類很早就開始研究氣體的極早期檢測(cè)和控制方法目前，煙、救、茶等食品的質(zhì)量主要是靠人的感官來進(jìn)行判斷，感官評(píng)定主要依賴人的生理和心理?xiàng)l件，經(jīng)驗(yàn)也是不可或缺的一部分，這本身也是一門精巧的技術(shù)這些工作往往需要訓(xùn)練有素，經(jīng)驗(yàn)豐富的人才可以進(jìn)行，并且標(biāo)識(shí)僅會(huì)帶來大量的人為主觀因素在某種意義上說，由于經(jīng)驗(yàn)，情緒等主觀因素的影響，感官評(píng)價(jià)方法評(píng)價(jià)結(jié)果將具有由于不同的識(shí)別人員的相當(dāng)大的個(gè)體差異，即使在不同的情況相同的識(shí)別者會(huì)產(chǎn)生不同的結(jié)果。

因此，人的感覺器官的主觀性，重復(fù)性較差（即，其結(jié)果與試驗(yàn)時(shí)間，健康狀況，之前的分析，疲勞，以及其它因素的波動(dòng)），花費(fèi)人力巨大和費(fèi)時(shí)等缺點(diǎn)此外，人的感覺器官，不能用于檢測(cè)有毒氣味，連續(xù)操作條件和遙控操作的情況此外，科學(xué)家有時(shí)利用比較廉價(jià)、簡(jiǎn)便的化學(xué)或生化傳感器，有時(shí)又利用昂貴復(fù)雜的化學(xué)分析儀器，如氣相色譜儀(GC)和質(zhì)譜儀(MS)，對(duì)有毒和無毒氣味進(jìn)行分析兩種方法的共同缺點(diǎn)是測(cè)試結(jié)果不是直接與識(shí)別的氣味相關(guān)的分析化學(xué)家們用氣相色譜儀和質(zhì)譜儀(GC/MS)的檢測(cè)結(jié)果同樣如此此外，氣相色譜儀和質(zhì)譜儀還有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、操作繁瑣、造價(jià)昂貴、測(cè)試周期長(zhǎng)、不能進(jìn)行連續(xù)檢測(cè)、需要人力來進(jìn)行干預(yù)才能進(jìn)行分析等缺點(diǎn)1.2 關(guān)于國內(nèi)外同類系統(tǒng)的分析我國是世界煤炭生產(chǎn)和消費(fèi)大國，煤炭在今后很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)仍是主要能源近年來，重大瓦斯事故在煤炭生產(chǎn)事故中所占比例越來越高為避免瓦斯爆炸事故，做好瓦斯的檢測(cè)工作是一個(gè)重要舉措，提前掌握煤礦瓦斯?jié)舛鹊淖兓?，一旦出現(xiàn)異常，及時(shí)采取相應(yīng)措施，以保障煤礦的生產(chǎn)安全瓦斯是煤礦開采的伴生物，瓦斯是對(duì)煤礦井下各類有害氣體的總稱，瓦斯主要成分是甲烷（CH4）、二。