基于單片機的礦井環境綜合檢測儀系統設計目錄TOC\o"1-3"\h\u18294摘要 227994第1章緒論 2202011.1課題背景與意義 236421.2國內外研究現狀及發展動態 2192631.3研究的基本內容和擬解決的相關問題 328277第2章系統總體方案的設計 3216192.1礦井環境檢測的技術指標 3225992.1.1檢測參數 3320872.1.2礦井環境檢測指標 4180962.2礦井環境綜合檢測儀的功能需求 488232.3總體方案的設計 5858第3章礦井環境綜合檢測儀硬件設計 6289243.1STC15W408AS單片機簡介 6287703.2傳感器模塊 6280973.2.1二氧化碳傳感器 6178253.2.2一氧化碳傳感器 7179133.2.3溫濕度傳感器 713373.3供電模塊 8158923.4液晶顯示模塊 8187853.4.1LCD1602液晶顯示器簡介 8309223.4.2指令說明 9240163.4.3LCD1602液晶顯示模塊引腳說明 9244313.5按鍵模塊 10269283.6語音報警模塊 11322573.6.1DY-SV17F簡介 11203553.6.2DY-SV17F工作模式 12308633.6.3DY-SV17F語音模塊電路 12318443.7本章小結 1311496第4章礦井環境綜合檢測儀軟件設計 14318744.1編程語言及軟件模塊 14273174.2程序流程圖設計 14183794.2.1總體程序流程圖設計 14157204.2.2液晶顯示器程序流程圖設計 15271724.3部分程序分析 16242334.4本章小結 1826269第5章硬件組裝與調試 19238495.1元器件的選擇 19208625.2元器件的焊接和組裝 1989595.3電路的調試 1916302第6章總結 218187參考文獻 21摘要采礦礦業一直在我國能源發展的道路一個承擔著一個非常重要的角色，但是礦洞中的復雜的環境以及所潛伏的各種危險一直是一個非常大的難題，諸如由于使用炸彈爆破開采產生的有害氣體、開采礦物所產生的固體顆粒物、以及溫度過高等。這些都會影響到開礦人員的生命安全，因此如何保證礦井工作人員的安全一直是礦井作業的一個難題。本文旨在針對目前我國礦井環境檢測的現狀來設計一個能夠對礦井中多種參數進行檢測，并且當這些參數超出安全值時能夠進行報警，及時提醒礦井作業人員，以免發生安全事故。經過查找資料，目前我國的礦井檢測設備因為各方面因素的影響，并不是很成熟。許多設備能夠檢測的樣本非常的少，并且總體的功能性也比較單一，準確性方面也有待提高。因此本次設計制作一個能夠用于復雜環境下的礦井綜合環境檢測儀是十分有必要的。關鍵字：礦井環境檢測；安全性；數據存儲緒論課題背景與意義在最近這些年，由于我國大力推進了氣體檢測方面的研究，我國工作人員在煤礦開采上，事故的死亡率正在不斷的減少，但是與一些國外的國家比還有一定的距離；井下的環境復雜多變，空氣中的有毒氣體層出不窮，比如從巖層中泄漏的有害氣體、柴油機燃燒不充分排放的廢氣、炸藥爆破所產生的有毒氣體，這些原因都是井下空氣進一步惡化的元兇，從而形成不適合人生存的環境，對井下作業員的健康發出了嚴峻的挑戰；若殘留的有害物質累計到了一定的程度，則會發生瓦斯爆炸、煤塵爆炸等，所以在這一背景下，對于研究礦井環境綜合檢測儀的開發就非常有必要，它可以幫助我們全面的檢測礦井周圍的情況，能減少事故的發生率。國內外研究現狀及發展動態由于國外的科學家在很早之前就開始對氣體檢測展開了學術研究，所以在上個世紀40年代的時候，國外的氣體傳感器就開始用于實際生活，當時主要的應用領域是一些工廠礦地上的瓦斯、天然氣和家庭使用的煤氣方面的檢測、控制和報警；在上個世紀90年代以后，科學技術在毒氣檢測這一方面有了質的發展，比如檢測氣體儀器的革新，新的檢測方法的出現，其中比較有代表性的有濕化學法、給予氣體傳感器的傳統檢測法和光學檢測法。國外對于氣體研究有諸多分支，其中給予光譜分析的檢測方法是學術研究者們用于檢測氣體的常用方法之一，這種方式擁有檢測范圍廣、精度高、反應時間快等特點，但是有一個非常突出的問題，那就是大量生產儀器所需要的資金是一般企業所承受不起的，這就對于氣體檢測儀器的推廣形成了阻礙。我國對于氣體的研究與國外相比再各個方面都要落后許多，而且用來檢測氣體的方法、技術和所用的設備都比較少，且制造傳感器所需的核心技術均被國外壟斷，生產的工藝方面還不是很成熟，導致我國的氣體傳感器方面一直處于落后水平，直到進入21世紀以后，由于我國政策的扶持和人民的努力，我國在科技和工業方面有了一個突飛猛進的發展，我國在儀器這方面的研究也有了很大的進步，其中測量精度、靈敏度及穩定性均有了很大的提升。研究的基本內容和擬解決的相關問題面對復雜多變的井下作業環境，單一環境參數不能很好的表征礦井環境的一致性評價，甚至會出現不同參數相互沖突的情況。因此，隨著技術的不斷發展，檢測參數多元化、檢測儀器便攜化將是未來環境監測設備的發展方向。本次研究主要是運用單片機技術實現對礦井中各種氣體含量的監測。借助單片機技術對礦井環境進行自動檢測和控制。關鍵的問題是如何對于多種氣體同時進行檢測，以及當超過濃度自動觸發報警系統。系統總體方案的設計礦井環境檢測的技術指標礦井是高度危險的工作場所，作業員在井下工作是可能會遇到多種險境，其中涉及到的有毒氣體外溢、瓦斯爆炸、灰塵燃燒、礦井坍塌、煤礦火災。井下純在這有毒氣體，如一氧化碳、二氧化硫、二氧化氮，這些氣體有毒物質的來源主要是由于井下沼氣、煤灰塵的爆炸、噴霧工作和個別地區煤層、巖層釋放的沼氣所引起。有毒氣體的泄露會引起相關職工的中毒、窒息，或者是造成礦井發生的火災、爆炸事故，如果不能進行非常好的預警工作，將會形成慘重的人員死傷和財產損失。 在設計這款礦井環境綜合檢測儀之前，首先要去確定需要檢測的環境參數，再根據我國礦井安全開采要求以及相關的安全規定確定了合適的技術指標。2.1.1檢測參數 作業員在礦井下作業時，工作人員將會面臨多種有害氣體泄露的威脅，其中，一氧化碳對于井下工作人員的身體健康影響最大。一氧化碳本身是沒有任何顏色和味道的，且溶水性差，能均勻的和空氣中的各種氣體混合在一起，所以平常很難分辨出來。而且一氧化碳在人體中存在時，更容易和人體中的血紅素發生反應，比如當一個工作人員在井下一氧化碳含量比較多的地方呆上一段時間后，一氧化碳會和人體的血紅素結合，變成碳氧血紅蛋白，若如此，則血紅素和氧氣結合的機會就會變少，這樣就會使得身體里的血液“窒息”。而且一氧化碳自身是可以燃燒的，一氧化碳在空氣中的含量到達一定程度后，一遇到火光就有隨時會爆炸的危險。嚴重地威脅到了礦井工作人員的威脅。因此，檢測一氧化碳的濃度時礦井環境檢測的必要參數。 我國的礦井巷道復雜，會形成一些通風不良的巷道，從而導致礦井內部的氣體不能很好的流通到外界完成凈化；通風系統是礦井內部氣體和外界氣體進行交換的主要途徑，就以氧氣和二氧化碳為例，若得不到有效的交換，工作人員在井下會不斷地消耗氧氣，氧氣就會越來越少，二氧化碳越來越多，最終導致在礦井里的工作人員缺氧，血壓降低，大腦的注意力下降，情況嚴重的可能還會引起一些炎癥、甚至窒息。因而，二氧化碳的檢測也是井下環境檢測必不可少的參數之一。 礦井內的溫度和濕度直接影響著井下的人員的工作舒適度，如果作業員經常性的在溫濕度失調的環境內工作，會對其健康狀況造成極大的影響，比如會使人長時間保持緊張的狀態，加劇身體的疲勞，情況嚴重時還會使人得抑郁癥。同時過高或者過低的溫濕度也會對在礦井下工作的電子設備造成巨大的影響并帶來安全隱患。所以，溫濕度也是井下重要的環境參數。 TVOC是揮發性有機化合物（如水、油、氨）的通俗縮寫，具體指的是在飽和狀態下，氣壓大于133Pa的有機化合物，它平常是以蒸氣或者水分的形式出現，它還會帶著一種獨特的氣味，若吸入過多可能會產生人體中毒，而且還會對皮膚造成一定程度上的損害，嚴重時還會對人體產生極大的損傷。這對井下工作人員的健康提出了很大的挑戰。因此TVOC的檢測也是十分有必要的。 綜上所述，本文設計的礦井環境綜合檢測儀將一氧化碳、二氧化碳、溫濕度和TVOC列為環境檢測參數，并對其進行檢測。2.1.2礦井環境檢測指標 根據國家標準和相關礦井的規定，可以對礦井環境綜合檢測儀進行參數設定，當超出范圍值時，礦井環境綜合檢測儀會進行報警。礦井環境綜合檢測儀的功能需求 本次研究從安全生產的角度出發，設計并制造了一款礦井環境綜合檢測儀。改儀器可以對多種環境參數進行檢測，參數的設定值可以自行設置，當超出設定值時，會進行語音報警提醒，同時其還具備掉電儲存功能。該儀器的具體功能如下：（1）雙電源供電功能 因為在礦井下會遇到各種各樣的突發情況，當礦井內的風扇發生停電發生時，有害的氣體將會在礦井內部進行囤積。因此，在停電后對于礦井環境的檢測就顯得尤為重要。該儀器上有焊接USB接口，平時是電源供電，通過手機數據線把USB接口和220V電源進行連接，手機數據線的主要作用是把220V電源轉化成5V直流電。當井下發生停電時，則手動切換成電池供電，這樣能保持儀器不受停電的影響繼續工作。雙電源供電既能使儀器作為一個固定的檢測點，也能方便工作人員攜帶。 （2）多種環境參數檢測功能 為了礦井環境的安全，本儀器有多個傳感器，能同時對二氧化碳、一氧化碳、溫濕度、TVOC進行檢測，并且本儀器采用的是模塊化設計，可以根據井下的不同場所的需求來使用相應的傳感器。 （3）人機交互功能 本儀器上裝有LCD1602液晶顯示，工作人員能直接從顯示屏上讀取各種需要檢測的氣體值，也能自行對各種被測氣體的報警值進行重新設定，并且本儀器還有掉電存儲功能，當儀器關機后，能自行保留關機前設定的數據，以便于工作人員能方便使用。 （4）語音報警功能 可以自行設定被測氣體的參數，當采集的環境參數的值超過設定值時，會觸發儀器的報警功能，本儀器采用的是語音報警，能精確的對超出設定值的被測氣體進行語音報警?？傮w方案的設計 本儀器硬件和軟件的設計思路均是采用模塊化，主控核心為STC15W408AS單片機，其擁有超強的抗干擾，大容量2K字節SRAM和雙串口滿足設計要求，而且還有較低的功耗和低廉的價格。本儀器采用多個數字式傳感器模組，能夠快速的從空氣中檢測一氧化碳、二氧化碳、溫濕度和TVOC參數的含量。把收集到的數據與設定值進行比較，當大于設定值時則觸發自動報警，并將數據顯示到顯示屏上，方便工作人員獲取當前環境中各氣體的分布。該儀器設置了電池供電，當礦井斷電時，可以手動切換到電池供電。礦井環境綜合檢測儀的系統框架圖如下圖。圖2-1系統框架圖礦井環境綜合檢測儀硬件設計STC15W408AS單片機簡介 STC15W408AS單片機是我國國產的單片機，其性能和功能均不弱于傳統的51單片機，甚至在一些方面還具有一定的優勢，比如它的芯片有超強的抗干擾能力；傳統的51單片機在運行時還需要加外部晶振和外部復位電路才能工作，而STC系列的單片機就不需要；以前的51單片機的指令代碼放在STC系列的單片機上也可以運行，這使得編程更加的簡便易懂；STC系列的單片機在速度方面有著非常快的優勢，這主要得益于生廠商對于單片機內核方面的優化和升級，盡可能地讓單片機的內耗降到最低，速度達到最高。雖然宏晶科技的官網上看上去雜亂不堪，但只需要在其官網上單機一次，就可以下載到各種各樣的資料，比如各種功能、數據、軟件代碼等意想不到的資料。這對于我們學習STC15系列單片機提供了很大的便利。下圖為STC15W408AS單片機的引腳圖圖3-1STC15W408AS單片機引腳圖傳感器模塊 傳感器是我們獲得環境中各個氣體參數的重要工具，它是連接人和環境互相交互的重要媒介，所以傳感器的選型很重要，以下就是本次設計我對于傳感器的選型。3.2.1二氧化碳傳感器 這種儀器所選用的是一種可以檢測二氧化碳的傳感器，它就是sgp30，它就是屬于一種半導體型二氧化碳傳感器，它的內部具有一些極其特殊的結構，利用了金屬氧化物這種半導體材質，和特定氣體環境中發生的電阻或者是電流波動，這些都是在一定溫度下通過電壓和頻率來檢測的。這個二氧化碳傳感器上擁有多個傳感元件，但它們都有一塊芯片來控制，可以提供空氣中的多種氣體的詳細信息。在本儀器中，主要用到其檢測二氧化碳和TVOC的功能。下圖是二氧化碳傳感器的電路圖圖3-2二氧化碳電路圖二氧化碳傳感器的1號引腳接VCC，2號引腳接地，3號引腳接單片機的17引腳，4號引腳接單片機的18號引腳。這里單片機引腳使用的是第一功能，作標準I/O口，分別是P3.2和P3.3。3.2.2一氧化碳傳感器一氧化碳傳感器所選則的型號是MQ7，它用二氧化錫來作為其氣敏材料，這主要是由于這些材料在空氣中的電導率很低。檢測模式采用高低溫度循環進行檢測，當空氣中一氧化碳含量增多，改傳感器的電導率就會增加，低溫時主要是吸收空氣中的各種氣體，而在高溫下則是要將低溫條件下所吸附的雜散氣體徹底地清潔干凈。這樣一來便能夠透過電導率的改變來得知該氣體的濃度發生了什么變動，因此要利用一些電路把電導率的改變和改、修正氣體濃度的改變緊密地結合在一起。如下圖中的一氧化碳傳感器電路。圖3-3一氧化碳電路圖一氧化碳傳感器的1號引腳和3號引腳分別接地和接+5V電源，2號引腳co接單片機的3號引腳。因為一氧化碳傳感器想要獲得數值必須采用AD轉換，不然只能獲得高低電平，不能獲得數字量，所以這里使用的是單片機引腳的第二功能，AD轉換。3.2.3溫濕度傳感器 DHT11是我選用的本次檢測溫濕度的傳感器，它是一款含有已校準數字信號輸出的溫濕度復合傳感器。生產廠家在制作時，運用了一些特有的采集技術和傳感技術，所以它對于環境中的溫濕度異常靈敏。它里還有一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件與一個高性能的單片機相連接，用這些來保證其擁有優異的穩定性。下圖為溫濕度的電路圖圖3-4溫濕度電路圖其中2號引腳和3號引腳分別接地和接5V電源，4號引腳dht11接單片機的19號管腳，作標準的I/O口。供電模塊 本儀器采用的供電模塊是通過一個USB轉TTL模塊對單片機進行供電的，無論是電源還是電池均是接在USB接口。若采用電源供電，則需要數據線將220V的電壓轉換成5V的電壓。若使用電池供電，則需要一個移動電源套料，本儀器采用的是18650移動電源套料，將電池放入，也是通過數據線將電轉化成5V。下圖時供電模塊的電路圖。圖3-5供電模塊電路圖液晶顯示模塊3.4.1LCD1602液晶顯示器簡介 顯示的原理：兩塊平行板之間會配備一些液晶材料，通過改變電壓等因素影響其內部的分子排列，最終達到了遮光及透光的作用，從而可以形成深淺不一的圖形。并且這種顯示器它擁有一些不錯的優點，比如占用的空間小、能耗小、便于攜帶等。這種顯示屏現在也被廣大群眾使用。這款顯示器有背光和無背光兩種，具體區分它們的途徑就是看儀器的厚度，下圖所示的器件尺寸示意圖可以幫助鑒別是否帶背光。圖3-6液晶尺寸說明圖3.4.2指令說明（1）光標復位指令表3-1光標歸位指令功能表（2）進入模式設置指令表3-2進入模式設置功能指令表本次設計主要用到以上兩個指令功能。3.4.3LCD1602液晶顯示模塊引腳說明液晶顯示模塊電路如下圖所示，第1腳和第2腳都是用作電源輸出，這兩個腳控制著顯示屏的輸入，第3腳通過一個10K的上拉可變電阻接地，通過改變該可變電阻的值來調節對比度。第4腳是寄存器選擇腳。第5腳是讀寫控制腳。第6腳一般和單片機連在一起。第7腳到第14腳是8位數據總線，一般接在單片機的I/O輸出口上。最后第15腳和第16腳是用來控制液晶顯示器光源的電源。圖3-7液晶模塊電路圖按鍵模塊 本文設計的礦井環境綜合檢測儀需要檢測各種氣體的參數，故需要自己手動設置標準值，通過四個按鍵來實現設置各個被測氣體的標準值以及掉電存儲功能。 其中當儀器連接上電源并開機時，系統會初始化，首先進入被測氣體參數畫面，按下K2按鈕后，會進入參數設定畫面，然后K1按鈕的功能是使設定參數加1，K3按鈕的功能是使設定參數減1，然后每按下一次K2按鈕時，都會調轉到另一個要設定的參數上，若三秒內不按任何按鍵，則會自動返回被測氣體參數畫面。按下K4按鈕時，系統會進行設定參數的儲存，然后關機后仍然能有之前設定的參數，方便下次開機時使用，這就是掉電存儲功能。圖3-8按鍵模塊電路按鍵模塊電路圖如上圖所示，這四個按鈕分別接在單片機的第7腳到第10腳上。當某一按鍵按下時，該引腳將接地，單片機檢測到引腳電平的下降沿后將觸發外部中斷，進入中斷函數執行相應的程序從而實現按鍵功能。語音報警模塊3.6.1DY-SV17F簡介 本次設計采用的語音模塊是DY-SV17F，里面有集成I/O口，UART串口控制，標準MP3等七種工作模式，并且有自帶32Mbitflash存儲芯片、5WD類功放芯片、USB音頻文件下載接口。圖3-9DY-SV17F引腳圖表3-3引腳定義引腳序號引腳名稱引腳描述1TXD/IO0IO觸發模式下為輸入引腳IO0；UART控制模式下為TX引腳，連接控制端（MCU）的RX2RXD/IO1IO觸發模式下為輸入引腳IO1;UART控制模式下為RX引腳，連接控制端（MCU）的TX3IO2IO觸發模式輸入引腳IO24IO3IO觸發模式輸入引腳IO35IO4/ONE_LINEIO觸發模式輸入引腳IO4；One_Line一線串口控制模式數據接收引腳6IO5IO觸發模式輸入引腳IO57IO6IO觸發模式輸入引腳IO68IO7IO觸發模式輸入引腳IO79GND參考地端10CON1模式配置引腳111CON2模式配置引腳212CON3/BUSY上電30mS內作為模式配置引腳3/30mS后作為BUSY信號輸出，播放曲目時輸出低電平（0V），播放結束輸出高電平（3.3V）13V55V電源正極輸入14V333.3V電源輸出，最大80mA15DACR右聲道音頻輸出16DACL左聲道音頻輸出17SPK-5W功放輸出負，接喇叭負極18SPK+5W功放輸出正，接喇叭正極3.6.2DY-SV17F工作模式本次設計采用的模式是I/O組合模式0表3-4工作模式配置控制模式配置引腳I/O功能CON3CON2CON1IO7IO6IO5IO4IO3IO2IO1IO0I/O組合模式0000按鍵組合播放，可播放2^8-1（255）首曲目I/O組合模式0（按鍵組合播放）當對應的I/O為低電平時就播放當前曲目下所放置的音頻，當其變為高電平時就會停止播放；當播放的中途有新的I/O為低電平時，則會播放新的曲目上的音頻；若I/O一直處于低電平狀態，則會循環播放那段音頻。表3-5曲目控制IO7IO6IO5IO4IO3IO2IO1IO0播放曲目1111111000001.mp31111110100002.mp31111101100003.mp31111011100004.mp43.6.3DY-SV17F語音模塊電路 因為需要使用到四段語音報警，根據2^n-1可得，當n=3時，能滿足四段語音報警，所以DY-SV17F的第1、2、3引腳分別連接到單片機的第4、5、6引腳，第9引腳接地，第17、18引腳分別接喇叭的負極和正極，因為選擇了I/O組合模式0，CON1,CON2,CON3均為0，所以第10、11、12引腳分別接一個上拉電阻然后接地。 實際使用時，當某個被測氣體在空氣中的含量大于設定值時，單片機會把低電平傳到語音模塊內，對應的IO口為低電平時，才能播放當前的曲目，觸發報警語音。語音模塊電路圖如下圖。圖3-10語音模塊電路圖本章小結 本章先介紹了檢測各個氣體的傳感器的選型，然后詳細的介紹了本次設計的硬件設計，包括了整個系統的顯示模塊、按鍵模塊、供電模塊、語音報警模塊，以及一些芯片的簡單介紹。儀器的整體電路圖見附錄。

礦井環境綜合檢測儀軟件設計編程語言及軟件模塊本文研究的軟件部分是在KeiluVision4上編寫的，采用的編程語言是C語言，C語言是一種高級的計算機語言，用它來編程能獲得不少便利。該儀器具有多種功能，采集環境數據并顯示出來，多參數可調的人機交互功能，語音報警功能，數據保存功能。因為要實現上述的功能，所以本次設計的軟件采用模塊化設計，軟件模塊主要由以下幾個部分組成：主程序模塊、參數采集模塊、屏幕模塊、按鍵模塊、掉電存儲模塊。主程序模塊主要用于對儀器的數據進行初始化，并用while函數對環境參數進行循環采集；參數采集模塊用于采集并處理傳感器返回的數據，同時判斷從環境中檢測到的參數的值是否超過設定值；屏幕模塊用于驅動屏幕顯示各個傳感器所檢測到的相應的信息；按鍵模塊為外部中斷函數，用于執行各個按鍵功能。掉電存儲模塊調用一個EEProm函數來實現氣體參數設定值的保存功能。程序流程圖設計4.2.1總體程序流程圖設計 總體的流程圖如下圖，當儀器開機后，先是定時器，外部中斷和液晶顯示屏幕初始化，等到顯示屏上顯示出信息，剛開始時，二氧化碳的濃度默認是400ppm，TVOC默認是0ppd，大約經過30秒延時，傳感器信號穩定后，儀器才會開始檢測當前空氣中的氣體參數。可以按下設置鍵對報警的設定值進行重新設定，若不設定則會沿用上次保存的設定值。在采集模塊中，程序將會檢測溫濕度，一氧化碳濃度，二氧化碳濃度，TVOC濃度的參數，然后，會將檢測到的數據傳到屏幕上顯示出來，并將檢測到的數據同設定值相比較，若超過設定值，則會觸發語音報警；反之，則會返回到采集模塊中繼續采集環境中氣體的參數。至此，完成一次循環。圖4-1總體流程圖4.2.2液晶顯示器程序流程圖設計LCD1602液晶顯示器的整個顯示過程是先定位一個坐標，這個坐標就是要顯示的地方，然后再開始顯示所需要的內容。在這整個過程中，顯示器所要顯示的內容是按照由高位到低位開始的。比方說一個數字“389”，其中“3”是最先開始顯示出來的，之后的數字依次往右顯示，而且每次顯示數據的時候，只需要定位一次最高位就可以了，其余的低位可以按照之前定位的最高位依次往右就可以了。具體流程圖如下圖。圖4-2液晶顯示流程圖部分程序分析（1）LCD1602屏幕的實際顯示效果如下圖，從第一排開始依次顯示濕度、溫度、一氧化碳濃度，第二排顯示二氧化碳濃度和TVOC濃度。在顯示過程中用到了LCD_Write_Char函數，以濕度部分的程序為例，細談程序是如何讓其在屏幕上顯示的。LCD_Write_Char(0,0,'R');LCD_Write_Char(1,0,RH/10+0x30);LCD_Write_Char(2,0,RH%10+0x30);LCD_Write_Char(3,0,'%');在此之前，先了解LCD1602顯示屏共有兩行，有第0行和第1行，每行有16格，從0開始到15。函數中的（0,0,R）的意思就是第0行的第0個格子顯示R，因為R是一個字符，所以后面不需要加0x30；第二行的(1,0,RH/10+0x30)的意思就是第0行的第1個各自顯示RH/10+0x30，因為LCD1602不能識別16進制，所以后方要加個0x30轉換成字符，”/10”的意思是除以10取整數，”%10”的意思是除以10后取余數；%也是字符，所以可以直接顯示。圖4-3LCD1602液晶顯示屏（2）以二氧化碳模塊初始化然后進入主程序為例，SGP30模塊開機需要一定時間初始化，在初始化階段讀取的CO2濃度為400ppm，TVOC為0ppd且恒定不變，因此上電后每隔500ms讀取一次。SGP30模塊的值，如果CO2濃度為400ppm，TVOC為0ppd，則屏幕閃爍顯示“pleasewait...”，直到SGP30模塊初始化完成后才進入主程序。while(CO2Data==400&&TVOCData==0) { SGP30_Write(0x20,0x08); //發送讀數據命令 sgp30_dat=SGP30_Read();//讀取SGP30的值 CO2Data=(sgp30_dat&0xffff0000)>>16;//取出CO2濃度值 TVOCData=sgp30_dat&0x0000ffff; //取出TVOC值 LCD_Write_String(0,0,"pleasewait...");//屏幕從第0行第0個單元格依次往后寫入這個字符串對應的字母?？崭褚菜阋粋€字母 DelayMs(400); //延時 LCD_Write_String(0,0,"");//把第0行全部變為空格。實現一閃一閃的效果 DelayMs(100); }（3）在進行設置標準值的時候對應的位置會出現一閃一閃的效果，以一小部分程序為例if(flag==1){ LCD_Write_Char(7,0,co2up%1000%100%10+0x30);//把第1行。第五個單元格，寫入這個數據。延時一段時間后 DelayMs(time6); LCD_Write_Char(7,0,'');// 把這個單元格變為空格。這樣就是一閃一閃的效果。下面全是一樣的道理。//然后，這個flag是和上面那個按鍵檢測對應起來的。不同的數調整不同的變量。閃不同的變量 DelayMs(time7); }（4）掉電存儲功能的程序如下if(key4==0)//這里就是按下數據保存鍵，就會保存數據 { eepromcun();//調用EEProm函數 LCD_Clear();//清屏 time10ms=0;//把標志位清零。這樣就是在3秒以后才會再次清屏 LCD_Write_String(2,0,"Datasaved");//顯示字符串 LCD_Write_String(2,1,"successfully"); delay1s(); //延時一秒 flag1=0; //返回主界面嗎 DelayMs(2); flag=0;//清屏 }本章小結 本章首先介紹了使用的編程語言和編程軟件，然后介紹了一下本次設計的主程序和其他模塊，包括參數采集模塊、屏幕模塊、按鍵模塊和掉電存儲模塊。同時還對一些模塊附上了具體流程圖和部分代碼及注釋。

硬件組裝與調試元器件的選擇 本次設計的元器件主要有：STC15W408AS單片機、LCD1602液晶顯示模塊、DY-SV17F語音播放模塊、MQ7一氧化碳傳感器、4個按鍵、DHT11溫濕度傳感器、usb轉TTL模塊、3W4歐喇叭、導線、洞洞板、SGP30二氧化碳傳感器等。這些所用的元器件的功能、內部電路、外部引腳都需要我們詳細地去閱讀說明書和查閱資料后，對每一個元件有了一定地了解后才能進行組裝和焊接。而且比較便利的是這些元件可以直接根據其型號，在淘寶網上很容易就買到。元器件的焊接和組裝 在組裝和焊接電路的時候，我們應該遵循以下幾條：（1）在開始項目開始之前，要先檢測一下已購的所有元器件，經過查閱資料，了解標準值，判斷元器件是否符合，若不符合則應該立即重購。（2）在焊接時，值得需要注意的就是元件的正負極性問題，若接反，則會引起元器件的燒毀，情節嚴重的還會引發爆炸。（3）整個焊接過程中，要注意焊接的順序，而且焊接時時間不宜過長，否則不僅會對元器件造成損害，而且容易使焊點脆裂，加大后續的焊接難度。電路的調試 在對于單片機的硬件調試之前，首當其沖的就是焊接這個問題，在本文的5.2已有論述，其中焊接的順序尤為重要，因為如果沒有焊接順序，而把元器件雜亂無章的焊接上去，若出現問題，則很難查找原因。若是對整個電路進行功能劃分，分區域焊接調試，這樣可以方便檢查。 首先通電前，要對照這原理圖仔細地檢查一下電路有沒有錯線、少線、多線地情況；當通上電時，應該優先觀察電路地運行情況是否有問題，比如各個傳感器是否有燒壞的現象，電源是否有短路的現象等，等解決完這些問題后，就可以開始正式的調試。若在調試的時候出現問題，首先可以對硬件進行檢查：排除邏輯故障，這類問題的原因往往是在設計上或者加工制板的環節出現了問題，主要是由于工作人員的疏忽和加工儀器的不精密造成的，一些重大的問題，如錯線、短路、開路。具體的檢查方法是利用原理示意圖，對照電路板進行認真檢測，看二者之間有無不同的地方。所以在進行檢查時我們得多加強關注，保證好電源系統這一部分，以防止電源短路和極性錯誤，最好用萬用表來檢查，因為它有一個短路檢測功能，這樣可以節省大量的時間。排除元器件失效，這種情況產生的具體原因是從商家出售時元器件就已經損壞，這種情況一般發生的概率比較??；還有一種就是由于自己組裝時的安裝不當所導致的，由于安裝不當最終導致元器件燒毀。這種情況，一般就是檢查元件的型號、規格與安裝的是否一致。有時候調試出現問題的原因往往不是硬件，而是軟件上的問題，這個時候可以借助仿真開發裝置進行聯機仿真調試。本次系統會先對屏幕進行調試，然后對按鍵進行調試。為使顯示器這個部件能夠順利地進行調試，將先針對led顯示器采取靜態的方法進行調試，分別采取規定的兩個電平線，加到控制數字管段和位來顯示引腳，看看這些數字管的顯示方式是否符合理論要求。如果不一致，則通常認為led顯示器有接觸誤差。然后將STC15W408AS和顯示器結合起來，可以通過一臺計算機，然后編寫一個程序，最后再做調試。按鍵調試能夠借助于顯示器，運用程序來進行調試。在程序上設置一個斷點，通過該停止時間段的斷點來檢測程序中在斷點前后按鍵次數值的改變，這樣即可得出按鍵是否為正常。 最終在室溫的條件下，將儀器通上電，并且打開開關，等待程序初始化以后，本次實驗需要采集的各種參數將顯示在屏幕上。在當前的室溫下，儀器檢測到的濕度為73%，溫度為28攝氏度，CO濃度為3ppm，CO2濃度為509ppm，TVOC的濃度為0。滿足設計要求。圖5-1礦井環境綜合檢測儀

總結 經過這三個月的準備和工作，本次畢業設計終于步入了尾聲，在這三個月的時間里，我收獲頗豐。這次的畢業設計對于我來說是一次難能可貴的實踐機會，它能檢驗我平時在課堂上所學的知識是否完全掌握，以及檢驗我是否已經具有離開學校步入社會的能力。本次畢業設計的課題是礦井環境綜合檢測儀，是以STC15W408AS單片機為主控核心，通過顯示屏、各種氣體傳感器、語音模塊電路等相關電路，設計一個能同時檢測多種氣體，并能實現語音報警的功能，同時還配有按鍵控制。本次的設計不再同于以往的課程設計，不光是論文要求的嚴格，而且涉及的知識性也更加廣泛，已經不是單單一門學科的知識運用，而是多種學科的互相配合。就比如我這次設計的礦井環境綜合檢測儀主要是運用了單片機原理這門學科，還用到了一些相關學科的基礎知識。通過這次的研究設計，我對于單片機軟件設計和硬件設計的理解更加深刻了，而且我的動手能力也得到了很大的提升。我相信這將對我今后的學習生活和工作生涯積累寶貴的經驗和打下良好的理論基礎。在整個大學的學習生活中，由于所學的知識有限，本次設計并沒有設計的十分完美，只是實現了一些簡單的功能，對于那些與互聯網通信，觸摸屏控制，數據讀取等進階功能均未能很好的實現。參考文獻PangBM,ShiHS,LiYX.AnEnergy-EfficientMACProtocolforWirelessWirelessNetworksandInformationSystems.2012.WangTH,LiM,WangZH,etal.Desig