两线制煤矿瓦斯报警仪
摘要：
本设计以AT89C51单片机为核心，采用两线制实现了煤矿瓦斯报警系统，系统定时采样矿井下的瓦斯浓度，将此浓度值经MT8888双音频芯片转换成DTMF音频信号传输到地面的上位机。同时在井下用LED显示器显示矿井下瓦斯浓度，当瓦斯浓度超过报警限度值时报警，此外，系统还设置了四按键键盘来修改报警限度值和采样周期。
系统首先采用开关电源器件L4960将18伏电源转换成所需要的5伏和3伏电源，其中3伏电源信号送给传感器黑白件，为其供电。5伏电源则作为其它器件的电源。黑白件将瓦斯浓度转换成电压信号并送入运算放大器LM358进行放大，此模拟电压信号再传给V/F转换器件LM331，通过它将模拟电压信号转换成频率信号。AT89C51单片机将这一数字信号送入MT8888芯片转换成DTMF信号传输给上位机。同时AT89C51将频率信号转换成便于井下工人识读的0～4分的浓度值送LED显示。系统采用X5043来存储报警值和采样周期，并通过四位键盘分别控制他们，若超限则通过声光报警系统报警。
本设计的软件部分主要有主程序和完成浓度测量，输出频率，LED显示，键盘查询等功能的模块组成。
关键词：两线制 煤矿瓦斯 频压转换 键盘显示
Summary
The design completes a two-line mine gas alarm system which uses the single chip computer AT89C51 as the core. The system collects the density of gas at fixed time, and transmits it to the computer on the ground through the chip MT8888. As the same time, the system displays the density by the LED displayer under the mine. When the density of the gas exceeds the alarm figure, the system will give alarm. Besides, I place 4keys in the system to change the alarm figure and the fixed time.
Firstly the system transimits the 18-voltage power supply into 5-voltage and 3-voltage power source. The 3-voltage power source is the supply of the gas sensitive element the black and white. And the 5-voltage is the power sources of the other electronic devices. The black and white thansimts the density of the gas into the voltage signal and passes it to the amplifier LM358. The analogue signal is then passed to the V/F transformer LM331, which translate voltage signal into frequency signal. AT89C51 passes the digital signal to the MT8888 chip, which transmits the signal to the up-ground computer through the DTMF signal. Besides, the AT89C51 changes the frequency signal into density signal of 0~4 fen, which is convenient to the miners. When the density of the gas exceeds the alarm figure, the system will shine and raise warning sound. There are 4 keys to change alarm figure and the fixed time which are stored in the x5043.
The soft part of the design includes the main programme and the blocks such as the density, collect, the frequency export, the LED display and the keys search.
Keywords：Two lines system Coal mine gas The frequency converts with the electric voltage Keyboard manifestation
目录
一. 概述…………………………………………………………（1）
二. 设计方案论证………………………………………………（2）
三. 硬件部分……………………………………………………（3）
3.1电源…………………………………………………………（3）
3.2信号采集……………………………………………………（6）
3.3频压转换……………………………………………………（7）
3.4放大电路……………………………………………………（10）
3.5 AT89C51单片机……………………………………………（11）
3.6 MT8888芯片…………………………………………………（20）
3.7看门狗电路…………………………………………………（25）
3.8报警系统和输出频率………………………………………（31）
3.9显示与按键…………………………………………………（32）
四.软件部分………………………………………………………（33）
4.1 X5043发送接收程序………………………………………（33）4.2 MT8888初始化及数据发送程序…………………………（33）
4.3 键盘程序
……………………………………………………34） 4.4 程序框图……………………………………………………（34）
4.5 程序清单……………………………………………………（36）（34）
4.4 程序框图……………………………………………………（34）
4.5 程序清单……………………………………………………（36）
结束语………………………………………………………………（60）
参考文献……………………………………………………………（61）
附：两线制煤矿瓦斯报警仪电路原理图。
周期信号
1时域描述
借助于时间和频率的信号处理理论，许多常被看成信号的函数都用来进行信号处理。一个周期信号可以看做每隔T秒钟重复其本身的信号，其中T称之为信号波形的周期。周期波形的理论假定这种精确的重复延伸到整个时间轴上，不管过去还是将来。实际上信号当然不能无限地重复它本身。不过，像电源整流器输出电压这样的波形，在平滑之前，还是重复本身很多次的，将其作为严格的周期信号进行分析，会产生颇有价值的结果。另一方面像心电图这样的波形是准周期的，而且可以因为某种需要，把它当作真正的周期信号来处理。在通信信道中，一个真正的重复信号是没有什么用的，因为接收到第一个周期波形后，就不会有更深的信息传送过来了。讨论周期信号的主要原因之一是当处理周期信号和随机信号这种分析方法有很大帮助。
周期信号的完整的时域描述包括详细指明其在每个瞬间的精确值。在一些例子中，使用数字表达很容易确定其精确值。幸运的是，在许多例子中，描述信号波形时，有用的只是某些特定方面，或者只用近似的数学公式来表达它。在特定情况下，所涉及的物理量如下：
（1） 信号平均值；
（2） 信号达到的峰值；
（3） 信号在a,b值时的时间比例；
（4） 信号周期。
如果希望通过数学表达式得到近似的波形，可以使用多项式，泰勒级数以及傅立叶级数。一个n次多项式
f(t)=a0+a1+a2t2+a3t3+…+antn
可以用来拟合n+1阶实际曲线。随着多项式幂的加大，拟合精度也逐渐提高。应注意到可以用拟合点范围之外，正确的信号波形与多项式之间的误差一般很的啊，而且多项式本身也不是周期的。尽管一个多项式逼近可以以一定数量的点拟合实际波形但泰勒级数逼近可以针对一个固定点提供一条官话的连续曲线。选者泰勒级数的系数，可以使得级数和他的派生项在某点吻合实际波形。级数中幂的值决定了扩展的派生项的指数，以及在选定点区域内级数和实际波形吻合的精确度。在某点的区域内，泰勒级数近似函数的一般形式为
f(t)= f(a)+(t-a)×df(a)/dt+(t-a)2/2!×d2f(a)/dt2+…+(t-a)n/n! ×dnf(a)/dtn
一般来说，在选定点的区间内，级数与实际波形很为何，但是在区间外，这种情况就会迅速地恶化。因此，在波形的一个限定区间，用多项式和泰勒级数描述信号波形以期达到很高的精度。在所选择区间外，精度通常会迅速降低，尽管可以通过补充一些项，使之有所改善（只要t位于序列的收敛内）。这种方法提供的近似式在形式上从来都不是周期变化的，因此也不能认为是描述周期信号的理想形式。
相比较而言，傅立叶级数逼近在延拓时间间隔上，更好地符合信号波形的表达。当信号是周期性的时候，傅立叶级数描述的精度可以始终保证，因为这个信号可以表示成一系列的正弦函数的和，而正弦函数本身是周期性的。在详细分析表示信号的傅立叶级数方法之前，先介绍一下他的背景知识——频域描述方法。
频域描述
频域分析的基本概念是任何复杂波形都可以看作许多具有适当振幅，周期和相对相位的正弦波之和。一个连续的正弦函数在频率上被认为是单频波。信号的频域描述涉及这样一些基本函数间的断点问题，这就是傅立叶级数分析方法。
有许多理由可以说明为什么在信号分析成分中正弦波起到如此重要的作用。在一个延伸的时间间隔上，用一簇周期函数近似描述一个信号波形已经得到证明。后面将证明使用这种方法可以使得真实信号与它的近似波形间的误差降到最低。另一个正弦函数在信号分析中如此重要的原因是它们在物理上广泛被采用，并且易于进行数字处理。一个庞大的而且极其重要的机电系统，也称做线形系统，加上热和频率的正弦干扰后都会得到正弦响应。物理上正弦函数所用这些表明用正弦函数进行分析将简化信号与潜在的物理因素间的关系或者信号与它通过的系统或设备的物理属性间的关系等问题。最后，正弦函数可以形成一簇函数，这些函数称做“正交函数”。它的十分特殊的属性和优点下面将做讨论。
正交函数
矢量和信号
通过分析信号和矢量之间的相似之处，引入用来描述信号的正交函数概念。矢量用大小和方向来描述，例如力和速度。假如有两个矢量V1和V2，几何学上通过在V1末端到V2上构造直角，我们沿着矢量V2来定义的矢量V1.有
V1=C12 V2+Ve
其中，矢量V
e 是近似式中的误差。很明显，当这个误差矢量沿着V
2方向被拉为指教时，他是最小的长度。因此，我们说沿着矢量V
2，V
1通过C
12 V
2给定的，这里C
12的选择原则是使误差矢量尽可能地小。正交矢量系中熟知的例子就是在坐标几何学里三个相互垂直的坐标轴的使用。
