2.1总体方案论述
采矿环境监控系统使用单片机AT89C51作为信息处理器和按键控制单元。该系统使用温度和湿度传感器以及瓷砖浓度传感器将采集的采矿温度，湿度和气体浓度传输到单芯片微型计算机。单片机将获取的信息发送到地面控制中心，并对其进行处理以确定是否超出了限制范围。当达到警报极限时，单片机指示声光警报器发出声音，并且当达到警报极限时，屏幕将显示实时温度，湿度和气体浓度。
整个系统架构图如图2.1 。
2.2方案一的论述2.2.1方案一的设计结构图
系统由数据采集模块、A/D转换模块、显示模块、报警模块和无线模块组成。
单片机：STC89C52RC；
采集模块：温湿度传感器DHT11、甲烷浓度传感器MQ-4；
A/D转换模块：ADC0809；
显示模块：LCD1602；
无线模块：NRF2401。
方案一的系统设计结构图如图2.2所示。
2.2.2方案一的设计方法设计系统主要分为两个部分。在矿井中，温度和湿度传感器以及甲烷浓度传感器收集数据，然后通过模数转换电路将其发送到单个芯片（监视系统）以处理收集的数据，并在矿井下方显示和处理实时监视结果。数据通过无线电发射器传输到地面的控制中心。地面控制中心接收通过无线接收设备处理的实时监控数据。除了通过控制系统实时显示矿山下方的各种数据指示器外，还将数据与设置的安全值进行比较，并且当安全值范围超过或低于此值时，警报模块将发送相应的声光警报。 信息收集模块主要收集温度，湿度和甲烷浓度的三个指标，分别由DHT11温湿度传感器和MQ-4甲烷浓度传感器实现。温湿度传感器DHT11收集矿井下的空气的温度和湿度，并将由单片机处理的一系列数字信号输出到单片机。 MQ-4检测甲烷和其他气体的浓度，输出模拟信号，通过模数转换芯片将其转换为8位的数字信号，然后将其输入到单片机中。单片机将收集到的信号恢复到摄氏温度，相对湿度和甲烷体积浓度，并在LCD1602显示屏上显示，通过射频芯片NRF2401发送和接收数据。 2.2.3方案一的优缺点方案1的设计思想具有价格便宜且易于实现的优点。传感器DHT11，MQ-4，LCD1602和无线NRF2401都是市场上常见且便宜的设备。 缺点是传感器精度不高，显示器的显示空间有限，无线传输距离短。 2.3方案二的论述2.3.1方案二的设计结构图
该系统由数据采集模块，模拟/数字转换模块，显示模块，警报模块，无线模块和无线中继模块组成。
单片机：STC89C52RC；
采集模块：温湿度传感器DHT21(又名AMS2301)、甲烷浓度传感器MQ-4；
A/D转换模块：ADC0809；
显示模块：OLED；
无线模块：NRF905；
无线中继模块：NRF905。
方案二的设计结构图如图2.3所示。
2.3.2方案二的设计方法设计系统主要分为三个部分。在我研究的情况下，它类似于计划1。在单片机（监控系统）上进行处理，显示矿井中的实时监控结果，并将处理后的数据通过无线传输设备发送到中继系统。根据采矿环境的复杂程度，将N个中继器设置为中继无线电信号，直到将无线电控制信号发送到地面控制中心为止。 每个设备都具有与方案1相同的操作模式。温湿度传感器被DHT11升级芯片DHT21取代，显示模块使用OLED屏幕，无线模块使用NRF905芯片。 2.3.3方案二的优缺点第二种解决方案改善了第一种解决方案的缺点。方案2的设计具有较高的温度和湿度收集精度，显示模块的显示空间更大，并大大增加了无线传输距离。添加的中继系统更好地满足了复杂采矿环境中的无线传输要求。与选项1相比，选项2的制造成本更高。 2.4方案的选择
比较计划1和计划2，如下表所示：选项2比选项1更准确和适用。选择一个无线模块，NRF2401更适合于室内短距离传输。 905系列具有NRF905B，NRF905SE，NRF905RD，RFC-30系列等模块，可以实现从最小100m到最大3000m的线性可见光传输距离。
因此，选择方案2来实现该系统的设计。根据不同的复杂采矿环境，选择NRF905芯片进行无线传输。您也可以选择其他905模块。该系统目前采用NRF905SE模块设计，可以达到300m的线性观察距离。 下表2.1为两种方案的比较。
对比项目 方案一 方案二
温度 DHT11精确度1℃；有效量程0~50℃ DHT21精确度0.1℃；有效量程 -40~80℃
湿度 DHT11精确度1RH% DHT21精确度0.1RH%
甲烷浓度 MQ-4经ADC0809转换成8位数字信号，精确度40ppm；有效量程0~10000ppm
显示屏 LCD1602显示2行16列；需要11个I/O口 OLED显示4行；需要4个I/O口
无线传输 NRF2401工作在2.4Ghz，1Mkbps，短距传输 NRF905工作在433Mhz，50kbps，传输距离长
中继器 无 延长传输距离
器件成本 以上传感器各取一件和20元左右 以上传感器各取一件和65元左右
第一章. 硬件电路设计与调试硬件分为三个独立的部分：采集，继电器和控制。包括采集模块，模拟/数字转换模块，最小系统模块，显示模块，无线模块，警报模块，键盘控制和电源模块。 3.1采集模块
根据矿山的环境设计选择了适合于环境的数字温湿度传感器和气体传感器，数字温湿度传感器为DHT21数字温湿度传感器，气体传感器为MQ-4气体传感器。其中，DHT21模块应预热约1秒，而MQ-4模块应预热约30秒。在预热过程中请勿向传感器发送信号。否则，可能会错误地读取数据。
3.1.1DHT21简介
上电后，数字温度和湿度传感器会更改电阻器分辨率，以使电阻器温度进入连续转换温度模式或单转换模式。在连续转换模式下，数字温度传感器连续转换温度并将结果存储在温度寄存器中，读取温度寄存器的内容不会影响温度转换。在单转换模式下，数字温度传感器执行温度转换并将结果存储在温度中，此转换模式适用于对温度敏感的应用。它还适用于采矿环境中的监视。可以通过编程设置分辨率寄存器以获得不同的温度分辨率，一共有8位，9位，10位，11位或12位的5种分辨率，相应的温度分辨率为1.0℃，0.5℃，0.25。温度转换结果在℃，0.125℃或0.0625℃时的默认分辨率为9位。该采集模块的温度和湿度传感器使用DHT21数字温度和湿度传感器。
DHT21数字温度和湿度传感器是组合的温度和湿度传感器，具有校准确的数字信号输出。该产品采用特殊的数字模块采集技术和温度湿度检测技术，这使得该产品具有很高的稳定性和长期性。该传感器包括一个电容式湿度感测元件和一个NTC温度测量元件，并能连接到高性能的8位单片机。因此，该产品具有质量优良，响应速度快，抗干扰能力强，性价比高的优点。每个DHT21传感器均在高精度湿度校准室中进行校准。校准系数以程序的形式存储在OTP存储器中，并在处理传感器内部的检测信号时调用这些校准系数。单线串行接口使系统集成变得快速而简单。超紧凑，极低的功耗以及高达20米或更长的信号传输距离是此设计中要求最苛刻的应用来完成的最佳原因。 DATA用于通过单总线数据格式在微处理器和DHT21之间进行通信和同步，并且通信时间约为5毫秒。
DHT21模块具有三个外部引脚，每个引脚都连接到5V DC电源，接地和数据端口。数据输出端口使用单一总线数据格式与单片机通信，并输出40位高/低电平信号以传输温度和湿度，每个响应时间约为80-100微秒。 DHT21的硬件连接非常简单，调试过程的困难如下。因为DIHT21的电源电压为5V。开启传感器后，您必须等待Is来克服不稳定的情况，因此在此期间无需发送命令。 DHT21程序需要精确的30us延迟，错误不能超过2us，延迟或不正确，主程序不能运行一次，并且不显示性能。
DHT21模块的数据格式：40位数据=16位湿度数据+ 16位温度数据+ 8位测试代码，温度和湿度数据由高8位数据和低8位数据组成，测试代码为第一位32位数据的总和。当微控制器将DHT21总线拉低至500us时，DHT21立即响应。下图显示了MCU向DHT21发送启动信号和DHT21响应的工作过程。
DHT21开始数据传输后，每个1位数据由低电平间隔和较高电平组成。当最后的1位传输完成时，一条总线将总共40位的数据拉回至50us，然后释放并汇总为高电平。
DHT21数字温湿度传感器的电路图如下图所示。
图3.3 DHT21数字温湿度传感器电路图
3.1.2MQ-4简介
MQ-4气体传感器对甲烷和天然气高度敏感。对于乙醇，烟雾敏感性非常低，能快速响应恢复特性。使用寿命长，稳定性好，驱动电路简单。
MQ-4气体传感器模块具有4个外部引脚，每个引脚都连接到5V DC电源，地，TTL输出和模拟信号输出。该模块具有内置比较器，并且可以通过调节MQ-4模块中的滑动可变电阻器来更改预设比较值。当超过设定的安全值时，TTL输出引脚将输出为高电平。在本设计中，不使用此功能，MQ-4的模拟信号输出引脚连接到A/D转换电路。
MQ-4气体传感器适用于检测易燃气体，例如甲烷，氢气，一氧化碳和烟雾。每种气体具有不同的灵敏度特性。 MQ-4传感器检测到不同浓度的气体并输出不同的电压值。
D0〜D7引脚连接到微控制器的I/O端口，以输出数字信号。 START开始转换，高水平是有效的。 EOC可以检查用于查询微控制器转换状态的芯片的转换状态。 OE引脚向微控制器发送读取数据请求。 500Khz脉冲的时钟信号输入到CLK引脚，每个脉冲完成转换。 ADDA引脚用于选择通道。
单片机读取了转换后的数字信号后，根据MQ-4气体传感器对甲烷气体的敏感性降低了甲烷气体的浓度。下图是灵敏度特性曲线。
图3.4 MQ-4气体传感器灵敏特性
可以看出，纯净空气中甲烷气体的浓度约为1000 ppm。根据特性曲线，我们认为微控制器读取的数字信号乘以等于40的空气中实际甲烷浓度。
MQ-4气体传感器的电路图如下所示。
图3.5 MQ-4气体传感器电路图
3.13ADC0809简介3.2 A/D转换模块
3.2.1 A/D的转换原理A/D转换器功能（1）模拟信号输入。 输入的模拟信号包括进气流量，空气温度，发动机冷却液温度，发动机负载（速度），电源电压等。闭环调节控制系统还具有从氧气传感器（Ox）输入的剩余氧气电压信号。 这些信号由相应的处理电路处理，然后由A/D转换器转换，然后以数字量的形式发送给CPU。 以上所有信号已转换为相应的电压信号，因为它们反映了经过传感器和处理电路后的物理量，例如流量，压力和温度。 通常，缓慢变化的连续信号必须先转换为数字量，然后再输入ECU进行处理。例如，如果空气流量计的输出是从0到5V的电压信号，则它处于A/D转换器设置的范围，则无需进行电压转换就可以直接输入到A/D转换器。在这些工作条件下，变化幅度很大，有时会超出A/D转换器的设置范围，因此必须在进入A/D转换器之前执行电压转换。 在A/D转换器中，其模拟量随时间线性变化的锯齿形电压波被转换为脉冲方波，脉冲计数是物理量的值。大部分转换部件是ADC-0809芯片，它具有8通道多路开关和微机兼容的控制逻辑功能。传感器监视的数据经过模数转换后输入到单片机。这里使用ADC0809模数转换芯片。该芯片可以将0〜5V模拟信号转换为8位数字信号。 3.2.2工作原理及内部结构
ADC0809芯片具有8个通道和28个外部引脚。在这种设计中，MQ-4信号输入到IN0，D0至D7连接到微控制器的P3端口。其余5个信号引脚分别连接到微控制器的I/O端口。 ADC0809需要模拟输入。信号单极，ADC0809的电压范围为0-5V，因此可以将0〜5V模拟信号转换为8位数字信号。如果信号太小，则必须放大信号，并且在转换过程中输入模拟量的数量不应改变。如果模拟量变化太快，则需要在输入之前保留样品和电路。调试过程的困难在于CLK引脚必须输入5KHz的正脉冲信号。每个脉冲完成转换。传入和传出的脉冲信号不正确或频率太低而无法减慢转换过程。
图3.6 ADC0809电路原理图图 3.7 ADC0809外部引脚图
ADC0809共有28个外部引脚，D7-D0为8位数字量输出引脚，IN0-IN7位8位模拟量输入引脚，VCC为+5V工作电压引脚，GND为地引脚，ST为A/D转换启动信号输入引脚，ALE为地址锁存允许信号输入引脚，EOC为转换结束信号输出引脚，OE为输出允许控制引脚，CLK为时钟信号输入引脚，A、B、C为地址输入引脚。
ST为转换启动信号输入引脚，当ST为上升沿时，ADC0809内的所有寄存器清零，当ST为下降沿时，进行A/D转换。在A/D转换期间，ST引脚应当保持低电平。EOC为转换结束信号输出引脚，当EOC为高电平时，表明A/D转换结束，当EOC为低电平时，表明A/D转换仍在进行。OE为输出允许控制引脚，用于控制输出锁存器向单片机输出转换得到的数据，当OE为1时，输出转换得到的数据，当OE为0时，输出数据线呈现高阻状态。
ADC0809的内部结构如下图所示，由8路模拟开关、地址锁存与译码器、A/D转换器和三态输出锁存器组成，8路模拟开关可以选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，通过A/D转换器进行转换，三态输出锁存器锁存A/D转换后的数字量。
图3.8 ADC0809内部结构原理图
3.2.3ADC0809与单片机连接电路
ADC0809与单片机AT89C51的电路连接如下图所示，P2.2-P2.0控制ADC0809的A、B、C地址输入引脚，P0.0-P0.7控制ADC0809的数字量输出引脚，P2.5控制ADC0809的地址锁存允许信号输入引脚，P2.7控制ADC020- 66 660809的时钟脉冲输入引脚，P2.6控制ADC0809
图3.9 ADC0809与单片机AT89C51的电路连接图
3.3单片机最小系统模块3.3.1AT89C51
AT89C51是低电压，高性能CMOS 8位微处理器，具有4K字节的闪存可编程可擦写只读存储器（FPEROM-FalROM可编程和可擦写只读存储器），通常称为微控制器。它具有以下标准功能： 8K字节的闪存，可以在不像计算机硬盘一样供电的情况下长时间存储数据； 32位I/O端口线各8位，包括256字节的RAM，P0端口，P1端口，P2端口，P3端口； 3个16位定时器/计数器，使用定时器/计数器功能，以编程方式设置定时器/计数器的初始值，达到指定值后即可进入中断程序并执行相应的操作2级中断结构和6个中断源，包括三个16位定时器/计数器。其他中断源的工作模式与定时器/计数器的工作模式相似，不同之处在于中断触发条件与全双工串行端口，片上晶体振荡器和时钟电路不同。
AT89C51微控制器共有40个引脚，下图显示了AT89C51微控制器：EA端口是输入端口，用于访问外部程序存储器控制信号，并且为低电平有效。当EA端口为低电平时，MCU执行程序，直接从外部程序存储器执行指令，而不执行内部程序存储器的指令;如果EA端口为高电平，则MCU执行程序并直接从内部程序存储器执行指令。在本主题中，不需要外部存储器，而是直接执行仿真，用微控制器记录程序，因此该引脚直接连接到高电平。端口P0-P2是三组8位双向I/O端口，端口I3不仅可以用作双向I/O端口，还可以用作特殊功能端口，例如中断，定时，读/写操作控制等。
图3.10 AT89C51单片机引脚图
3.3.2复位电路
单片机每次启动都需要复位操作，目的是使单片机的各元件恢复初始状态，单片机的复位方式分为手动复位和上电复位两种。手动复位需要在单片机的复位输入引脚上添加高电平，如下图所示，在RST与电源VCC之间连接有按钮，当手动按下按钮后，VCC的电压直接加在RST端，使得单片机复位。
图3.11 AT89C51单片机手动复位电路图
上电复位需要在单片机的复位输入引脚与电源VCC之间连接电容并下接电阻接地，当单片机系统接电后，电源VCC经过电容会在RST端施加短暂高电平信号，该信号随着电源VCC对电容的充电而逐渐衰弱，RST端的高电平信号的持续时间与电容的充电时间相关，为了保证系统可靠上电复位，需要确保RST端的高电平信号维持足够长的时间，上电复位的电路图如下图所示。
图3.12 AT89C51单片机上电复位电路图
图3.13 AT89C51单片机复位电路图
复位电路由串联电阻的电容器组成，并具有不能改变电容器电压的特性，因此在打开系统电源时，您可以看到RST引脚出现在高电平，并且该高电平持续，时间电路的RC值由RST确定，典型的51单片机在RST引脚的高电平持续两个以上的机器周期时会复位，因此RC值的正确组合可以确保稳定的复位。 AT89C51的上电复位电路只需将电容器连接至RST复位输入引脚的Vcc端子，然后将电阻器接地即可。 CMOS MCU的RST端子内部有一个下拉电阻，可省去外部电阻并将外部电容器减小至1µF。上电复位的操作过程是在接通电源时，复位电路通过电容器向RST端子添加一个短的高电平信号，并通过Vcc逐渐增加到电容器的充电过程，即RST端子的高功率。平稳的持续时间取决于电容器的充电时间。 为了能够可靠地复位系统，必须将RST端的高电平信号保持足够长的时间。上电时，Vcc的上升时间约为10ms，振荡器的启动时间取决于振荡频率。例如，晶体频率为10 MHz，开始时间为1 ms。晶振频率为1 MHz，起始时间为10 ms。 当Vcc断电时，RST端子上的电压将不可避免地降至0V以下，但是由于内部电路的限制，该负电压不会损坏器件。同样，在复位期间，端口引脚处于随机状态，并且在复位之后，系统将端口设置为完全“ l”状态。如果上电时系统未正确复位，则程序计数器PC就无法获得正确的初始值，因此CPU可以在不确定的位置开始运行程序。3.3.3晶振电路
单片机晶振电路如下图所示，晶振通常分为有源晶振和无源晶振，无源晶振一般被称为晶体，有源晶振一般被称为振荡器。无源晶振无法自主振荡，需要与芯片内部的振荡电路配合才能振荡，无源晶振的两侧通常会连接有电容，电容值通常选在10pF-40pF，无源晶振的成本远低于有源晶振。有源晶振是完整的谐振振荡器，它是利用石英晶体的压电效应起振，需要电源供电才能实现振荡的功能，有源晶振的信号质量与频率精度要远高于无源晶振，图中的晶振电路为无源晶振。
图3.14 AT89C51单片机晶振电路图
图中的C1和C2为起振电容，电容值通常选值为10pF-40pF，如果没有进行特殊说明，电容值的选择能够满足起振条件即可，如果有进行特殊说明，就需要在单片机数据手册的指导下进行电容选择。
晶体振荡器它对应于一个两端网络，其中电容器和电阻器并联连接，电容器串联。在电气工程中，该网络有两个谐振点，分为高频和低频，其中低频是串联谐振。高频是并联谐振。由于晶体本身的特性，这两个频率之间的距离非常接近；在这个非常窄的频率范围内，晶体等于电感。如果晶体的两端并联到适当的电容器，则形成并联谐振电路。该并联谐振电路被添加到负反馈电路以形成正弦波振荡电路。晶体的频率范围因电感而非常窄，因此，即使其他部分的参数发生显著变化，该振荡器的频率也不会改变，不会有很大的变化。
有源晶体振荡器的典型用法：1脚悬空，2脚接地，3脚连接到输出，4脚连接到电压。
有源晶体振荡器不需要DSP的内部振荡器，信号质量好，相对稳定，并且连接方法相对简单（主要是使用由电容器和电感器组成的PI滤波器网络的良好电源）为了进行滤波，输出可以使用一个小的电阻器来对信号进行滤波，而无需任何复杂的配置电路；与无源晶体相比，有源晶体的缺点是信号电平是固定的，您必须自主选择。
活性晶体由正确的晶体组成，之所以可以将晶体晶片用作振荡器是基于压电效应：向晶片的两极施加电场会导致晶体的机械变形。当对石英晶片施加交流电压时，晶体产生机械振动，同时，机械应变振动也产生交流电场，该交流电场的电压非常弱，但是振动频率非常稳定。当所施加的交流电压的频率等于晶片的固有频率（由晶片的尺寸和形状确定）时，机械振动的幅度将迅速增加，这种现象称为“压电共振”。
压电谐振状态的建立和维持必须通过振荡器电路来实现。图3.11是由串联振荡器，晶体管T1和T2以及晶体XT和电容器C2组成LC电路的两级放大器。在该电路中，石英晶体与电感相同，C2是可变电容器，并且可以调节电容，以使电路处于谐振状态。振荡器的电源电压为5V，输出波形为方波。
3.3.4单片机最小系统设计
单片机通过将12M晶体振荡器与18和19引脚连接来工作。复位功能是通过将9引脚复位电路连接到高电平来实现的。下面显示了用于单片机的最小系统的示意图。
图3.15 单片机最小系统原理图
3.4 OLED显示模块
OLED是指在电场驱动下，通过载流子注入和复合导致发光的现象。其原理是用ITO玻璃透明电极和金属电极分别作为器件的阳极和阴极，在一定电压驱动下，电子和空穴分别从阴极和阳极注入到电子和空穴传输层，然后分别迁移到发光层，相遇形成激子使发光分子激发，后者经过辐射后发出可见光。辐射光可从ITO 一侧观察到，金属电极膜同时也起了反射层的作用。OLED显示模块发光的过程如下，OLED设备的电池或电源会在OLED两端施加电压，电流从阴极流向阳极，并经过有机层（电流指电子的流动），阴极向有机分子发射层输出电子，阳极吸收从有机分子传导层传来的电子。（这可以视为阳极向传导层输出空穴，两者效果相等，在发射层和传导层的交界处，电子会与空穴结合，电子遇到空穴时，会填充空穴，它会落入缺失电子的原子中的某个能级），这一过程发生时，电子会以光子的形式释放能量，则OLED发光，光的颜色取决于发射层有机物分子的类型，生产商会在同一片OLED上放置几种有机薄膜，这样就能构成彩色显示器，光的亮度或强度取决于施加电流的大小，电流越大，光的亮度就越高，OLED的工作原理图如下图所示。
OLED是一种自发光材料，不需要光，具有宽视角，均匀的图像质量，快速的响应速度和易于着色的特性，并且可以通过简单的驱动电路实现发光，制造工艺简单，可以进行制造，它是一种符合轻，薄，短原则的柔性面板，其适用范围属于中小型面板。
图3.16 OLED工作原理图
OLED的内部结构图如下图所示，底基层通常为透明塑料、玻璃或金属箔，底基层用来支撑整个OLED，阳极在电流流过设备时消除电子(增加电子“空穴”)，有机层由有机物分子或有机聚合物构成。导电层由有机塑料分子构成，这些分子传输由阳极而来的“空穴”，可采用聚苯胺作为OLED的导电聚合物，发射层由有机塑料分子(不同于导电层)构成，这些分子传输从阴极而来的电子;发光过程在这一层进行，阴极的作用是当设备内有电流流通时，阴极会将电子注入电路。
图3.17 OLED内部结构图
OLED屏幕的引脚结构如下图所示，OLED屏幕有6个外部引脚，除了连接电源和地外，存储了4个引脚以与微控制器通信。RES引脚为复位引脚，可以实现硬件复位OLED，DC引脚为命令/数据标志引脚，当该引脚为0时，表示读写命令，当该引脚为1时，表示读写数据，D0-D1引脚为数据读写引脚。最初设计的监视系统的OLED屏幕显示监视数据和无线传输状态，中继系统显示接收和发送的数据及无线状态，控制系统接收数据和接收显示状态和安全值设定界面。 （右上方的R表示接收状态，而S表示发送状态）
图3.18 OLED引脚结构图
3.5NRF905无线模块
（加工作原理图 内部结构图）
NRF905芯片有两种工作模式，一种工作模式是信号接收模式，一种工作模式是信号发送模式。在信号发送模式中，当微处理器有数据需要发送时，会通过数据接口将接收设备的地址和需要发送的数据传送至NRF905芯片，NRF905芯片的信号发送模式被激发后，会发送接收到的数据。在信号接收模式中，NRF905芯片会不断监测是否有地址与数据传送至端口，当接收到匹配的地址后，NRF905芯片的信号接收模式被激发，开始接收数据，直到所有数据接收完毕，NRF905的内部结构图如下图所示。
图3.19 NRF905芯片内部结构图
NRF905芯片的引脚结构如下图所示，NRF905模块具有14个外部引脚，其中有10个外部引脚连接MCU进行通信。TX引脚为工作模式选择输入引脚，当该引脚为1时，NRF905芯片为信号发送模式；当该引脚为0时，NRF905芯片为信号接收模式。TRX引脚为工作模式使能输入引脚，该引脚为高电平时，使能NRF905芯片进入工作模式。PWR引脚为工作状态选择引脚，NRF905芯片除了信号发送工作模式、信号接收工作模式外，还有关机模式和空闲模式。CLK引脚为时钟输出引脚，可以输出时钟信号。CD引脚为输出引脚，可以进行载波检测。AM引脚为输出引脚，可以进行地址匹配。DR引脚为输出引脚，可以判断接收/发送的数据是否已经准备完毕。MISO引脚为输出引脚，可以进行SPI输出。MOSI引脚为输入引脚，可以进行SPI输入。SCK为输入引脚，可以输入SPI时钟信号。CSN为输入引脚，可以进行SPI片选，使低电平信号有效。NRF905芯片具有强大的抗干扰功能，适用于工业控制场合，它在433Mhz频段内工作。NRF905通过TRX_CE和TX_EN引脚配置芯片掉电模式（低功耗）、待机模式、RX（接收）模式和TX（发送）模式。 5通过Spi接口调整状态寄存器、射频配置寄存器、发送地址寄存器、发送数据寄存器和接收数据寄存器。
该系统已经过测试，因为两个905芯片之间的通信时间非常短，所以我们无需使用中继系统。如果使用中继系统，则需要运行中继系统的程序，因此存在大约2000ms的延迟。
RF90单芯片无线收发器工作在433868/915MHZ的ISM频段，由完全集成的频率调制器、带解调器的接收器、功率放大器、晶体振荡器和稳压器ShockBurst组成。操作模式的特征是：通过SPI接口可以轻松配置自动生成前同步码和CRC，电流消耗非常低。当发射功率为+ 10dBm时，发射电流为30mA，接收电流为12.5mA。它可以轻松实现节电并促进采矿环境中各种变化的反应。
在调试过程中发生了以下问题：
（1）整个电路系统由5V直流电源供电，而905模块必须由3.3V直流电源供电。因此，3.3V稳压器模块采用AMS1117芯片设计。
（2）在NRF905配置期间，载波频率FRF=422.4 + CH_NOd/10 *（1+ HFREQ_PLLd）MHZ。测试中模块硬件必须正确配置参数。 NRF905可设置为在430Mhz和930Mhz之间运行。但是，模块硬件仅适用于430Mhz左右的参数，参数不合适会影响通信距离。
图3.20 NRF905引脚结构图
3.6报警及键盘控制模块
NRF905芯片的引脚结构如下图所示，NRF905模块具有14个外部引脚，其中10个外部引脚连接MCU进行通信。TX引脚为工作模式选择输入引脚，当该引脚为1时，NRF905芯片为信号发送模式；当该引脚为0时，NRF905芯片为信号接收模式。TRX引脚为工作模式使能输入引脚，该引脚为高电平时，使能NRF905芯片进入工作模式。PWR引脚为工作状态选择引脚，NRF905芯片除了信号发送工作模式、信号接收工作模式外，还有关机模式和空闲模式。CLK引脚为时钟输出引脚，可以输出时钟信号。CD引脚为输出引脚，可以进行载波检测。AM引脚为输出引脚，可以进行地址匹配。DR引脚为输出引脚，可以判断接收/发送的数据是否已经准备完毕。MISO引脚为输出引脚，可以进行SPI输出。MOSI引脚为输入引脚，可以进行SPI输入。SCK为输入引脚，可以输入SPI时钟信号。CSN为输入引脚，可以进行SPI片选，使低电平信号有效。NRF905芯片具有强大的抗干扰功能，适用于工业控制场合，它在433Mhz频段内工作。 NRF905通过TRX_CE和TX_EN引脚配置芯片掉电模式（低功耗）、待机模式、RX（接收）模式和TX（发送）模式。 5通过Spi接口调整状态寄存器、射频配置寄存器、发送地址寄存器、发送数据寄存器和接收数据寄存器。
该系统已经过测试，因为两个905芯片之间的通信时间非常短，所以我们无需使用中继系统就可以忽略。如果使用中继系统，则需要运行中继系统的程序，存在大约2000ms的延迟。
RF90单芯片无线收发器工作在433868/915MHZ的ISM频段，由完全集成的频率调制器、带解调器的接收器、功率放大器、晶体振荡器和稳压器ShockBurst组成。操作模式的特征是：通过SPI接口可以轻松配置自动生成前同步码和CRC，电流消耗非常低，当发射功率为+ 10dBm时发射电流为30mA，接收电流为12.5mA。它可以轻松实现节电并促进采矿环境中各种变化的反应。
在调试过程中发生了以下问题：
（1）整个电路系统由5V直流电源供电，而905模块必须由3.3V直流电源供电。因此，3.3V稳压器模块采用AMS1117芯片设计。
（2）在NRF905配置期间，载波频率FRF=422.4 + CH_NOd/10 *（1+ HFREQ_PLLd）MHZ。测试中模块硬件必须正确配置参数。 NRF905可以设置为在430Mhz和930Mhz之间运行。但是，模块硬件仅适用于430Mhz左右的参数，参数不合适会影响通信距离。
图3.21 报警电路原理图
图3.22 键控电路原理图
三个LED从上至下指示温度警报、湿度警报和甲烷浓度警报。在采矿环境中，所有超过蜂鸣器限值的指示器都会发出警报。 3.7电源模块
三个电路板的主体设计由5V DC电源供电，需使用具有内置5V稳压器电路的220V至5V电源适配器。电路中的NRF905模块需要采用3.3V供电，因此选择了3.3V DC稳压器模块。
7085芯片是应用最广泛的稳压芯片，通过简单的电路连接即可输出直流稳压电源，7805芯片仅有三个引脚，引脚1是输入端口，可以接收待稳定电压；引脚2为公共端口，即公共地；引脚3为输出端口，可以发出+5V直流电压。
AMS117芯片属于正向低压降稳压器，其输出电压主要有1.5V、1.8V、2.5V、3.0V、3.3V等，AMS117芯片也仅有三个引脚，引脚1为公共端口，即公共地；引脚2为输出端口，可以输出低压降电压；引脚3为输入端口，可以接收工作电压。
本文所设计的单片机系统同时需要5V电压和3.3V电压，所以需要7805芯片与AMS117芯片配合，7805芯片与AMS117芯片构成的电源电路连接如下图所示。
图3.23 电源模块原理图
3.8实现结果
最终设计结果：该设计可以实时测量并显示大气温度、湿度和甲烷浓度。
该设计优点：无线传输距离长、穿透性能强。操作方便、简单。
第一章. 系统软件设计该程序主要分为三个部分：监视系统、继电器系统和控制系统。 监控系统由OLED显示程序、DHT21温湿度读取程序、A/D转换程序、NRF905无线传输程序和主程序组成。 中继系统由OLED显示程序、NRF905发送/接收程序和主程序组成。 控制系统由OLED显示程序、NRF905接收程序、警报程序、键盘控制程序和主程序组成。 4.1系统流程分析
微控制器是通过主程序中的逻辑顺序来相互调用程序。首先，对单芯片计算机进行初始化。在每个系统中，先初始化OLED模块、A/D转换模块和NRF905模块，然后通过DHT21收集温度和湿度信号，MQ-4再输出模拟信号通过ADC0809将自身转换为单个芯片，OLED在单个芯片处理后显示温度、湿度和甲烷浓度，通过无线模块发送到中继系统后，再将其发送到控制系统，由控制系统中的单片机进行处理，并在超出限制时触发声音和视觉警报。程序流程如下。
4.2温湿度采集及处理函数
温湿度采集及处理模块的流程如下图所示，完成初始化以后，温湿度传感器开始工作并采集相应的数据，采集到的数据需要通过数据传输通道传送至微处理器，数据在传送至微处理器后还需进行运算，并转换为显示模块能够识别的数据形式。在此过程中可以循环检测键盘模块是否发生按键控制，即温度报警上下限和湿度报警上下限是否发生调整，据此判断温湿度传感器检测到的数据是否达到报警要求。
图4.2 温湿度采集及处理流程图
4.3 MQ-4甲烷浓度传感器检测流程设计
MQ-4甲烷浓度传感器与A/D转换的流程如下图所示，完成初始化以后，MQ-4甲烷浓度传感器的工作流程与温湿度传感器的工作流程类似，MQ-4甲烷浓度传感器采集到的数据需要通过数据传输通道传送至微处理器，数据在传送至微处理器后还需进行运算，并转换为显示模块能够识别的数据形式。在此过程中可以循环检测键盘模块是否发生按键控制，即气体浓度报警上下限是否发生调整，据此判断气体传感器检测到的数据是否达到报警要求。
图4.3 MQ-4甲烷浓度传感器检测流程图
4.4 A/D转换程序设计
A/D转换的流程如下图所示，完成初始化以后，传感器检测到的数据为模拟量，微处理器接收的数据为数字量，因此需要进行A/D转换， A/D转换芯片开始工作，读取需要转换的数据并进行处理，将转换得到的数据传送至微处理器。
图4.4 A/D转换流程图
4.5 NRF905无线发送/中继/接收程序
NRF905无线发送/中继/接收程序的流程如下图所示， NRF905通过SPI接口接收到数据，可以设置其TX-EN引脚为高电平来激活其信号发送模式，以此完成数据包的发送；可以设置其TX-EN引脚为低电平、TRX-CE引脚为高电平来激活其信号接收模式，当NRF905接收到频率相同的载波时，其载波检测CD变为高电平，在接收到有效地址后，其地址匹配AM变为高电平，以此完成数据包的接收。
图4.4 NRF905无线发送/中继/接收程序流程图
4.5 OLED显示程序
OLED显示程序的流程如下图所示，OLED显示程序使用前必须先初始化OLED屏幕并设置屏幕显示字体库。使用OLED显示程序时，必须先设置显示位置，然后根据字体显示字符。
图4.5 OLED显示模块流程图
4.6报警程序与键盘控制程序
警报程序将接收到的温度、湿度数据以及甲烷浓度数据与设置的安全值进行比较，当超出安全值范围时，蜂鸣器会发出警报，相应的LED会亮起。
键盘控制程序是通过4个按钮来控制屏幕并显示切换，同时可调整每个指示器安全值的上限和下限。按键说明：设置键用于进入设置界面，向上键用于升高指示器，向下键用于降低指示器，选择键用于切换上限和下限指示器。
图4.6 报警程序与按键控制流程图
第二章. 总结5.1问题与处理矿山环境监测系统以51台单片机为核心控制单元，实时监测和预警矿井中的空气温度、湿度和甲烷浓度，进一步提高矿山安全生产的可操作性。该系统主要由监控系统、中继系统和控制系统组成，总共包括8个模块，分别是采集模块、模数转换模块、OLED显示模块、无线模块、警报模块和键盘控制模块。监视系统收集并转换收集的信号，通过无线中继系统中继信号、控制系统接收该信息并将其与键盘控制模块设置的安全值进行比较。 该系统完全符合任务说明的要求，可以随时通过无线传输进行设置。无线中继的使用大大提高了系统的可用性和适用性，整个系统也简单美观。 但设计系统仍然存在一些缺陷，需要以后进行优化和改进。 （1）使用无线中继系统时，应延迟为2000ms，如果使用过多的中继，则延迟会更长。此情况需要实时改进。 （2）使用中继系统时，无法区分监视系统发送的信号和中继系统发送的信号，因此近距离使用时会相互影响。 （3）键盘控制模块的响应不灵活，键控程序简单且不够快。 在以后的学习过程中，我需要不断探索和改进这三个要点。当前由于时间短缺以及技能水平不足，我暂时无法处理前两个问题，问题3下一次将继续改善。问题4仅限于传感器，使用者需要不断找更好的传感器以备将来使用。当然，以上四点不影响当前设计的使用。 在设计和生产过程中还有许多其他问题，我一一进行了改进。在此简要列出一些关键问题。 （1）DHT21模块的确切延迟时间为30us。由于微控制器的频率、定时器设置等原因，很难获得准确的30us。重复实验后，最终可以得到准确的30us。（2）最初监视系统发送的无线电信号和中继系统发送的无线电信号无法区分，并且只能区分不同的工业载频。现在可以区分两者，且范围增大。 （3）硬件使用焊接电路，但不可避免的是，焊丝或焊点可能断开导致与另一根焊丝的短路。使用PCB板可以避免这些问题。 本次设计总结运用了四年的大学知识，您可以通过逐步提高实践技能水平来亲自实现自己的设计。作为工程专业的学生，这是最罕见、最宝贵的经验。5.2展望
该系统还在不断改进，它不再局限于单芯片技术或射频技术。 Jigbee物联网正在逐渐成熟，WiFi模块将得到更广泛的使用。该系统可以吸收物联网和互联网的优势，并将物联网和互联网集成到系统中。您甚至可以使用该应用程序监视地下环境的各种指示器，从而使手机成为系统的监视载体。该系统还可以使用新的精确传感器启动，以进行精确监控。
采矿环境监控系统使用单片机AT89C51作为信息处理器和按键控制单元。该系统使用温度和湿度传感器以及瓷砖浓度传感器将采集的采矿温度，湿度和气体浓度传输到单芯片微型计算机。单片机将获取的信息发送到地面控制中心，并对其进行处理以确定是否超出了限制范围。当达到警报极限时，单片机指示声光警报器发出声音，并且当达到警报极限时，屏幕将显示实时温度，湿度和气体浓度。
整个系统架构图如图2.1 。
2.2方案一的论述2.2.1方案一的设计结构图
系统由数据采集模块、A/D转换模块、显示模块、报警模块和无线模块组成。
单片机：STC89C52RC；
采集模块：温湿度传感器DHT11、甲烷浓度传感器MQ-4；
A/D转换模块：ADC0809；
显示模块：LCD1602；
无线模块：NRF2401。
方案一的系统设计结构图如图2.2所示。
2.2.2方案一的设计方法设计系统主要分为两个部分。在矿井中，温度和湿度传感器以及甲烷浓度传感器收集数据，然后通过模数转换电路将其发送到单个芯片（监视系统）以处理收集的数据，并在矿井下方显示和处理实时监视结果。数据通过无线电发射器传输到地面的控制中心。地面控制中心接收通过无线接收设备处理的实时监控数据。除了通过控制系统实时显示矿山下方的各种数据指示器外，还将数据与设置的安全值进行比较，并且当安全值范围超过或低于此值时，警报模块将发送相应的声光警报。 信息收集模块主要收集温度，湿度和甲烷浓度的三个指标，分别由DHT11温湿度传感器和MQ-4甲烷浓度传感器实现。温湿度传感器DHT11收集矿井下的空气的温度和湿度，并将由单片机处理的一系列数字信号输出到单片机。 MQ-4检测甲烷和其他气体的浓度，输出模拟信号，通过模数转换芯片将其转换为8位的数字信号，然后将其输入到单片机中。单片机将收集到的信号恢复到摄氏温度，相对湿度和甲烷体积浓度，并在LCD1602显示屏上显示，通过射频芯片NRF2401发送和接收数据。 2.2.3方案一的优缺点方案1的设计思想具有价格便宜且易于实现的优点。传感器DHT11，MQ-4，LCD1602和无线NRF2401都是市场上常见且便宜的设备。 缺点是传感器精度不高，显示器的显示空间有限，无线传输距离短。 2.3方案二的论述2.3.1方案二的设计结构图
该系统由数据采集模块，模拟/数字转换模块，显示模块，警报模块，无线模块和无线中继模块组成。
单片机：STC89C52RC；
采集模块：温湿度传感器DHT21(又名AMS2301)、甲烷浓度传感器MQ-4；
A/D转换模块：ADC0809；
显示模块：OLED；
无线模块：NRF905；
无线中继模块：NRF905。
方案二的设计结构图如图2.3所示。
2.3.2方案二的设计方法设计系统主要分为三个部分。在我研究的情况下，它类似于计划1。在单片机（监控系统）上进行处理，显示矿井中的实时监控结果，并将处理后的数据通过无线传输设备发送到中继系统。根据采矿环境的复杂程度，将N个中继器设置为中继无线电信号，直到将无线电控制信号发送到地面控制中心为止。 每个设备都具有与方案1相同的操作模式。温湿度传感器被DHT11升级芯片DHT21取代，显示模块使用OLED屏幕，无线模块使用NRF905芯片。 2.3.3方案二的优缺点第二种解决方案改善了第一种解决方案的缺点。方案2的设计具有较高的温度和湿度收集精度，显示模块的显示空间更大，并大大增加了无线传输距离。添加的中继系统更好地满足了复杂采矿环境中的无线传输要求。与选项1相比，选项2的制造成本更高。 2.4方案的选择
比较计划1和计划2，如下表所示：选项2比选项1更准确和适用。选择一个无线模块，NRF2401更适合于室内短距离传输。 905系列具有NRF905B，NRF905SE，NRF905RD，RFC-30系列等模块，可以实现从最小100m到最大3000m的线性可见光传输距离。
因此，选择方案2来实现该系统的设计。根据不同的复杂采矿环境，选择NRF905芯片进行无线传输。您也可以选择其他905模块。该系统目前采用NRF905SE模块设计，可以达到300m的线性观察距离。 下表2.1为两种方案的比较。
对比项目 方案一 方案二
温度 DHT11精确度1℃；有效量程0~50℃ DHT21精确度0.1℃；有效量程 -40~80℃
湿度 DHT11精确度1RH% DHT21精确度0.1RH%
甲烷浓度 MQ-4经ADC0809转换成8位数字信号，精确度40ppm；有效量程0~10000ppm
显示屏 LCD1602显示2行16列；需要11个I/O口 OLED显示4行；需要4个I/O口
无线传输 NRF2401工作在2.4Ghz，1Mkbps，短距传输 NRF905工作在433Mhz，50kbps，传输距离长
中继器 无 延长传输距离
器件成本 以上传感器各取一件和20元左右 以上传感器各取一件和65元左右
第一章. 硬件电路设计与调试硬件分为三个独立的部分：采集，继电器和控制。包括采集模块，模拟/数字转换模块，最小系统模块，显示模块，无线模块，警报模块，键盘控制和电源模块。 3.1采集模块
根据矿山的环境设计选择了适合于环境的数字温湿度传感器和气体传感器，数字温湿度传感器为DHT21数字温湿度传感器，气体传感器为MQ-4气体传感器。其中，DHT21模块应预热约1秒，而MQ-4模块应预热约30秒。在预热过程中请勿向传感器发送信号。否则，可能会错误地读取数据。
3.1.1DHT21简介
上电后，数字温度和湿度传感器会更改电阻器分辨率，以使电阻器温度进入连续转换温度模式或单转换模式。在连续转换模式下，数字温度传感器连续转换温度并将结果存储在温度寄存器中，读取温度寄存器的内容不会影响温度转换。在单转换模式下，数字温度传感器执行温度转换并将结果存储在温度中，此转换模式适用于对温度敏感的应用。它还适用于采矿环境中的监视。可以通过编程设置分辨率寄存器以获得不同的温度分辨率，一共有8位，9位，10位，11位或12位的5种分辨率，相应的温度分辨率为1.0℃，0.5℃，0.25。温度转换结果在℃，0.125℃或0.0625℃时的默认分辨率为9位。该采集模块的温度和湿度传感器使用DHT21数字温度和湿度传感器。
DHT21数字温度和湿度传感器是组合的温度和湿度传感器，具有校准确的数字信号输出。该产品采用特殊的数字模块采集技术和温度湿度检测技术，这使得该产品具有很高的稳定性和长期性。该传感器包括一个电容式湿度感测元件和一个NTC温度测量元件，并能连接到高性能的8位单片机。因此，该产品具有质量优良，响应速度快，抗干扰能力强，性价比高的优点。每个DHT21传感器均在高精度湿度校准室中进行校准。校准系数以程序的形式存储在OTP存储器中，并在处理传感器内部的检测信号时调用这些校准系数。单线串行接口使系统集成变得快速而简单。超紧凑，极低的功耗以及高达20米或更长的信号传输距离是此设计中要求最苛刻的应用来完成的最佳原因。 DATA用于通过单总线数据格式在微处理器和DHT21之间进行通信和同步，并且通信时间约为5毫秒。
DHT21模块具有三个外部引脚，每个引脚都连接到5V DC电源，接地和数据端口。数据输出端口使用单一总线数据格式与单片机通信，并输出40位高/低电平信号以传输温度和湿度，每个响应时间约为80-100微秒。 DHT21的硬件连接非常简单，调试过程的困难如下。因为DIHT21的电源电压为5V。开启传感器后，您必须等待Is来克服不稳定的情况，因此在此期间无需发送命令。 DHT21程序需要精确的30us延迟，错误不能超过2us，延迟或不正确，主程序不能运行一次，并且不显示性能。
DHT21模块的数据格式：40位数据=16位湿度数据+ 16位温度数据+ 8位测试代码，温度和湿度数据由高8位数据和低8位数据组成，测试代码为第一位32位数据的总和。当微控制器将DHT21总线拉低至500us时，DHT21立即响应。下图显示了MCU向DHT21发送启动信号和DHT21响应的工作过程。
DHT21开始数据传输后，每个1位数据由低电平间隔和较高电平组成。当最后的1位传输完成时，一条总线将总共40位的数据拉回至50us，然后释放并汇总为高电平。
DHT21数字温湿度传感器的电路图如下图所示。
图3.3 DHT21数字温湿度传感器电路图
3.1.2MQ-4简介
MQ-4气体传感器对甲烷和天然气高度敏感。对于乙醇，烟雾敏感性非常低，能快速响应恢复特性。使用寿命长，稳定性好，驱动电路简单。
MQ-4气体传感器模块具有4个外部引脚，每个引脚都连接到5V DC电源，地，TTL输出和模拟信号输出。该模块具有内置比较器，并且可以通过调节MQ-4模块中的滑动可变电阻器来更改预设比较值。当超过设定的安全值时，TTL输出引脚将输出为高电平。在本设计中，不使用此功能，MQ-4的模拟信号输出引脚连接到A/D转换电路。
MQ-4气体传感器适用于检测易燃气体，例如甲烷，氢气，一氧化碳和烟雾。每种气体具有不同的灵敏度特性。 MQ-4传感器检测到不同浓度的气体并输出不同的电压值。
D0〜D7引脚连接到微控制器的I/O端口，以输出数字信号。 START开始转换，高水平是有效的。 EOC可以检查用于查询微控制器转换状态的芯片的转换状态。 OE引脚向微控制器发送读取数据请求。 500Khz脉冲的时钟信号输入到CLK引脚，每个脉冲完成转换。 ADDA引脚用于选择通道。
单片机读取了转换后的数字信号后，根据MQ-4气体传感器对甲烷气体的敏感性降低了甲烷气体的浓度。下图是灵敏度特性曲线。
图3.4 MQ-4气体传感器灵敏特性
可以看出，纯净空气中甲烷气体的浓度约为1000 ppm。根据特性曲线，我们认为微控制器读取的数字信号乘以等于40的空气中实际甲烷浓度。
MQ-4气体传感器的电路图如下所示。
图3.5 MQ-4气体传感器电路图
3.13ADC0809简介3.2 A/D转换模块
3.2.1 A/D的转换原理A/D转换器功能（1）模拟信号输入。 输入的模拟信号包括进气流量，空气温度，发动机冷却液温度，发动机负载（速度），电源电压等。闭环调节控制系统还具有从氧气传感器（Ox）输入的剩余氧气电压信号。 这些信号由相应的处理电路处理，然后由A/D转换器转换，然后以数字量的形式发送给CPU。 以上所有信号已转换为相应的电压信号，因为它们反映了经过传感器和处理电路后的物理量，例如流量，压力和温度。 通常，缓慢变化的连续信号必须先转换为数字量，然后再输入ECU进行处理。例如，如果空气流量计的输出是从0到5V的电压信号，则它处于A/D转换器设置的范围，则无需进行电压转换就可以直接输入到A/D转换器。在这些工作条件下，变化幅度很大，有时会超出A/D转换器的设置范围，因此必须在进入A/D转换器之前执行电压转换。 在A/D转换器中，其模拟量随时间线性变化的锯齿形电压波被转换为脉冲方波，脉冲计数是物理量的值。大部分转换部件是ADC-0809芯片，它具有8通道多路开关和微机兼容的控制逻辑功能。传感器监视的数据经过模数转换后输入到单片机。这里使用ADC0809模数转换芯片。该芯片可以将0〜5V模拟信号转换为8位数字信号。 3.2.2工作原理及内部结构
ADC0809芯片具有8个通道和28个外部引脚。在这种设计中，MQ-4信号输入到IN0，D0至D7连接到微控制器的P3端口。其余5个信号引脚分别连接到微控制器的I/O端口。 ADC0809需要模拟输入。信号单极，ADC0809的电压范围为0-5V，因此可以将0〜5V模拟信号转换为8位数字信号。如果信号太小，则必须放大信号，并且在转换过程中输入模拟量的数量不应改变。如果模拟量变化太快，则需要在输入之前保留样品和电路。调试过程的困难在于CLK引脚必须输入5KHz的正脉冲信号。每个脉冲完成转换。传入和传出的脉冲信号不正确或频率太低而无法减慢转换过程。
图3.6 ADC0809电路原理图图 3.7 ADC0809外部引脚图
ADC0809共有28个外部引脚，D7-D0为8位数字量输出引脚，IN0-IN7位8位模拟量输入引脚，VCC为+5V工作电压引脚，GND为地引脚，ST为A/D转换启动信号输入引脚，ALE为地址锁存允许信号输入引脚，EOC为转换结束信号输出引脚，OE为输出允许控制引脚，CLK为时钟信号输入引脚，A、B、C为地址输入引脚。
ST为转换启动信号输入引脚，当ST为上升沿时，ADC0809内的所有寄存器清零，当ST为下降沿时，进行A/D转换。在A/D转换期间，ST引脚应当保持低电平。EOC为转换结束信号输出引脚，当EOC为高电平时，表明A/D转换结束，当EOC为低电平时，表明A/D转换仍在进行。OE为输出允许控制引脚，用于控制输出锁存器向单片机输出转换得到的数据，当OE为1时，输出转换得到的数据，当OE为0时，输出数据线呈现高阻状态。
ADC0809的内部结构如下图所示，由8路模拟开关、地址锁存与译码器、A/D转换器和三态输出锁存器组成，8路模拟开关可以选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，通过A/D转换器进行转换，三态输出锁存器锁存A/D转换后的数字量。
图3.8 ADC0809内部结构原理图
3.2.3ADC0809与单片机连接电路
ADC0809与单片机AT89C51的电路连接如下图所示，P2.2-P2.0控制ADC0809的A、B、C地址输入引脚，P0.0-P0.7控制ADC0809的数字量输出引脚，P2.5控制ADC0809的地址锁存允许信号输入引脚，P2.7控制ADC020- 66 660809的时钟脉冲输入引脚，P2.6控制ADC0809
图3.9 ADC0809与单片机AT89C51的电路连接图
3.3单片机最小系统模块3.3.1AT89C51
AT89C51是低电压，高性能CMOS 8位微处理器，具有4K字节的闪存可编程可擦写只读存储器（FPEROM-FalROM可编程和可擦写只读存储器），通常称为微控制器。它具有以下标准功能： 8K字节的闪存，可以在不像计算机硬盘一样供电的情况下长时间存储数据； 32位I/O端口线各8位，包括256字节的RAM，P0端口，P1端口，P2端口，P3端口； 3个16位定时器/计数器，使用定时器/计数器功能，以编程方式设置定时器/计数器的初始值，达到指定值后即可进入中断程序并执行相应的操作2级中断结构和6个中断源，包括三个16位定时器/计数器。其他中断源的工作模式与定时器/计数器的工作模式相似，不同之处在于中断触发条件与全双工串行端口，片上晶体振荡器和时钟电路不同。
AT89C51微控制器共有40个引脚，下图显示了AT89C51微控制器：EA端口是输入端口，用于访问外部程序存储器控制信号，并且为低电平有效。当EA端口为低电平时，MCU执行程序，直接从外部程序存储器执行指令，而不执行内部程序存储器的指令;如果EA端口为高电平，则MCU执行程序并直接从内部程序存储器执行指令。在本主题中，不需要外部存储器，而是直接执行仿真，用微控制器记录程序，因此该引脚直接连接到高电平。端口P0-P2是三组8位双向I/O端口，端口I3不仅可以用作双向I/O端口，还可以用作特殊功能端口，例如中断，定时，读/写操作控制等。
图3.10 AT89C51单片机引脚图
3.3.2复位电路
单片机每次启动都需要复位操作，目的是使单片机的各元件恢复初始状态，单片机的复位方式分为手动复位和上电复位两种。手动复位需要在单片机的复位输入引脚上添加高电平，如下图所示，在RST与电源VCC之间连接有按钮，当手动按下按钮后，VCC的电压直接加在RST端，使得单片机复位。
图3.11 AT89C51单片机手动复位电路图
上电复位需要在单片机的复位输入引脚与电源VCC之间连接电容并下接电阻接地，当单片机系统接电后，电源VCC经过电容会在RST端施加短暂高电平信号，该信号随着电源VCC对电容的充电而逐渐衰弱，RST端的高电平信号的持续时间与电容的充电时间相关，为了保证系统可靠上电复位，需要确保RST端的高电平信号维持足够长的时间，上电复位的电路图如下图所示。
图3.12 AT89C51单片机上电复位电路图
图3.13 AT89C51单片机复位电路图
复位电路由串联电阻的电容器组成，并具有不能改变电容器电压的特性，因此在打开系统电源时，您可以看到RST引脚出现在高电平，并且该高电平持续，时间电路的RC值由RST确定，典型的51单片机在RST引脚的高电平持续两个以上的机器周期时会复位，因此RC值的正确组合可以确保稳定的复位。 AT89C51的上电复位电路只需将电容器连接至RST复位输入引脚的Vcc端子，然后将电阻器接地即可。 CMOS MCU的RST端子内部有一个下拉电阻，可省去外部电阻并将外部电容器减小至1µF。上电复位的操作过程是在接通电源时，复位电路通过电容器向RST端子添加一个短的高电平信号，并通过Vcc逐渐增加到电容器的充电过程，即RST端子的高功率。平稳的持续时间取决于电容器的充电时间。 为了能够可靠地复位系统，必须将RST端的高电平信号保持足够长的时间。上电时，Vcc的上升时间约为10ms，振荡器的启动时间取决于振荡频率。例如，晶体频率为10 MHz，开始时间为1 ms。晶振频率为1 MHz，起始时间为10 ms。 当Vcc断电时，RST端子上的电压将不可避免地降至0V以下，但是由于内部电路的限制，该负电压不会损坏器件。同样，在复位期间，端口引脚处于随机状态，并且在复位之后，系统将端口设置为完全“ l”状态。如果上电时系统未正确复位，则程序计数器PC就无法获得正确的初始值，因此CPU可以在不确定的位置开始运行程序。3.3.3晶振电路
单片机晶振电路如下图所示，晶振通常分为有源晶振和无源晶振，无源晶振一般被称为晶体，有源晶振一般被称为振荡器。无源晶振无法自主振荡，需要与芯片内部的振荡电路配合才能振荡，无源晶振的两侧通常会连接有电容，电容值通常选在10pF-40pF，无源晶振的成本远低于有源晶振。有源晶振是完整的谐振振荡器，它是利用石英晶体的压电效应起振，需要电源供电才能实现振荡的功能，有源晶振的信号质量与频率精度要远高于无源晶振，图中的晶振电路为无源晶振。
图3.14 AT89C51单片机晶振电路图
图中的C1和C2为起振电容，电容值通常选值为10pF-40pF，如果没有进行特殊说明，电容值的选择能够满足起振条件即可，如果有进行特殊说明，就需要在单片机数据手册的指导下进行电容选择。
晶体振荡器它对应于一个两端网络，其中电容器和电阻器并联连接，电容器串联。在电气工程中，该网络有两个谐振点，分为高频和低频，其中低频是串联谐振。高频是并联谐振。由于晶体本身的特性，这两个频率之间的距离非常接近；在这个非常窄的频率范围内，晶体等于电感。如果晶体的两端并联到适当的电容器，则形成并联谐振电路。该并联谐振电路被添加到负反馈电路以形成正弦波振荡电路。晶体的频率范围因电感而非常窄，因此，即使其他部分的参数发生显著变化，该振荡器的频率也不会改变，不会有很大的变化。
有源晶体振荡器的典型用法：1脚悬空，2脚接地，3脚连接到输出，4脚连接到电压。
有源晶体振荡器不需要DSP的内部振荡器，信号质量好，相对稳定，并且连接方法相对简单（主要是使用由电容器和电感器组成的PI滤波器网络的良好电源）为了进行滤波，输出可以使用一个小的电阻器来对信号进行滤波，而无需任何复杂的配置电路；与无源晶体相比，有源晶体的缺点是信号电平是固定的，您必须自主选择。
活性晶体由正确的晶体组成，之所以可以将晶体晶片用作振荡器是基于压电效应：向晶片的两极施加电场会导致晶体的机械变形。当对石英晶片施加交流电压时，晶体产生机械振动，同时，机械应变振动也产生交流电场，该交流电场的电压非常弱，但是振动频率非常稳定。当所施加的交流电压的频率等于晶片的固有频率（由晶片的尺寸和形状确定）时，机械振动的幅度将迅速增加，这种现象称为“压电共振”。
压电谐振状态的建立和维持必须通过振荡器电路来实现。图3.11是由串联振荡器，晶体管T1和T2以及晶体XT和电容器C2组成LC电路的两级放大器。在该电路中，石英晶体与电感相同，C2是可变电容器，并且可以调节电容，以使电路处于谐振状态。振荡器的电源电压为5V，输出波形为方波。
3.3.4单片机最小系统设计
单片机通过将12M晶体振荡器与18和19引脚连接来工作。复位功能是通过将9引脚复位电路连接到高电平来实现的。下面显示了用于单片机的最小系统的示意图。
图3.15 单片机最小系统原理图
3.4 OLED显示模块
OLED是指在电场驱动下，通过载流子注入和复合导致发光的现象。其原理是用ITO玻璃透明电极和金属电极分别作为器件的阳极和阴极，在一定电压驱动下，电子和空穴分别从阴极和阳极注入到电子和空穴传输层，然后分别迁移到发光层，相遇形成激子使发光分子激发，后者经过辐射后发出可见光。辐射光可从ITO 一侧观察到，金属电极膜同时也起了反射层的作用。OLED显示模块发光的过程如下，OLED设备的电池或电源会在OLED两端施加电压，电流从阴极流向阳极，并经过有机层（电流指电子的流动），阴极向有机分子发射层输出电子，阳极吸收从有机分子传导层传来的电子。（这可以视为阳极向传导层输出空穴，两者效果相等，在发射层和传导层的交界处，电子会与空穴结合，电子遇到空穴时，会填充空穴，它会落入缺失电子的原子中的某个能级），这一过程发生时，电子会以光子的形式释放能量，则OLED发光，光的颜色取决于发射层有机物分子的类型，生产商会在同一片OLED上放置几种有机薄膜，这样就能构成彩色显示器，光的亮度或强度取决于施加电流的大小，电流越大，光的亮度就越高，OLED的工作原理图如下图所示。
OLED是一种自发光材料，不需要光，具有宽视角，均匀的图像质量，快速的响应速度和易于着色的特性，并且可以通过简单的驱动电路实现发光，制造工艺简单，可以进行制造，它是一种符合轻，薄，短原则的柔性面板，其适用范围属于中小型面板。
图3.16 OLED工作原理图
OLED的内部结构图如下图所示，底基层通常为透明塑料、玻璃或金属箔，底基层用来支撑整个OLED，阳极在电流流过设备时消除电子(增加电子“空穴”)，有机层由有机物分子或有机聚合物构成。导电层由有机塑料分子构成，这些分子传输由阳极而来的“空穴”，可采用聚苯胺作为OLED的导电聚合物，发射层由有机塑料分子(不同于导电层)构成，这些分子传输从阴极而来的电子;发光过程在这一层进行，阴极的作用是当设备内有电流流通时，阴极会将电子注入电路。
图3.17 OLED内部结构图
OLED屏幕的引脚结构如下图所示，OLED屏幕有6个外部引脚，除了连接电源和地外，存储了4个引脚以与微控制器通信。RES引脚为复位引脚，可以实现硬件复位OLED，DC引脚为命令/数据标志引脚，当该引脚为0时，表示读写命令，当该引脚为1时，表示读写数据，D0-D1引脚为数据读写引脚。最初设计的监视系统的OLED屏幕显示监视数据和无线传输状态，中继系统显示接收和发送的数据及无线状态，控制系统接收数据和接收显示状态和安全值设定界面。 （右上方的R表示接收状态，而S表示发送状态）
图3.18 OLED引脚结构图
3.5NRF905无线模块
（加工作原理图 内部结构图）
NRF905芯片有两种工作模式，一种工作模式是信号接收模式，一种工作模式是信号发送模式。在信号发送模式中，当微处理器有数据需要发送时，会通过数据接口将接收设备的地址和需要发送的数据传送至NRF905芯片，NRF905芯片的信号发送模式被激发后，会发送接收到的数据。在信号接收模式中，NRF905芯片会不断监测是否有地址与数据传送至端口，当接收到匹配的地址后，NRF905芯片的信号接收模式被激发，开始接收数据，直到所有数据接收完毕，NRF905的内部结构图如下图所示。
图3.19 NRF905芯片内部结构图
NRF905芯片的引脚结构如下图所示，NRF905模块具有14个外部引脚，其中有10个外部引脚连接MCU进行通信。TX引脚为工作模式选择输入引脚，当该引脚为1时，NRF905芯片为信号发送模式；当该引脚为0时，NRF905芯片为信号接收模式。TRX引脚为工作模式使能输入引脚，该引脚为高电平时，使能NRF905芯片进入工作模式。PWR引脚为工作状态选择引脚，NRF905芯片除了信号发送工作模式、信号接收工作模式外，还有关机模式和空闲模式。CLK引脚为时钟输出引脚，可以输出时钟信号。CD引脚为输出引脚，可以进行载波检测。AM引脚为输出引脚，可以进行地址匹配。DR引脚为输出引脚，可以判断接收/发送的数据是否已经准备完毕。MISO引脚为输出引脚，可以进行SPI输出。MOSI引脚为输入引脚，可以进行SPI输入。SCK为输入引脚，可以输入SPI时钟信号。CSN为输入引脚，可以进行SPI片选，使低电平信号有效。NRF905芯片具有强大的抗干扰功能，适用于工业控制场合，它在433Mhz频段内工作。NRF905通过TRX_CE和TX_EN引脚配置芯片掉电模式（低功耗）、待机模式、RX（接收）模式和TX（发送）模式。 5通过Spi接口调整状态寄存器、射频配置寄存器、发送地址寄存器、发送数据寄存器和接收数据寄存器。
该系统已经过测试，因为两个905芯片之间的通信时间非常短，所以我们无需使用中继系统。如果使用中继系统，则需要运行中继系统的程序，因此存在大约2000ms的延迟。
RF90单芯片无线收发器工作在433868/915MHZ的ISM频段，由完全集成的频率调制器、带解调器的接收器、功率放大器、晶体振荡器和稳压器ShockBurst组成。操作模式的特征是：通过SPI接口可以轻松配置自动生成前同步码和CRC，电流消耗非常低。当发射功率为+ 10dBm时，发射电流为30mA，接收电流为12.5mA。它可以轻松实现节电并促进采矿环境中各种变化的反应。
在调试过程中发生了以下问题：
（1）整个电路系统由5V直流电源供电，而905模块必须由3.3V直流电源供电。因此，3.3V稳压器模块采用AMS1117芯片设计。
（2）在NRF905配置期间，载波频率FRF=422.4 + CH_NOd/10 *（1+ HFREQ_PLLd）MHZ。测试中模块硬件必须正确配置参数。 NRF905可设置为在430Mhz和930Mhz之间运行。但是，模块硬件仅适用于430Mhz左右的参数，参数不合适会影响通信距离。
图3.20 NRF905引脚结构图
3.6报警及键盘控制模块
NRF905芯片的引脚结构如下图所示，NRF905模块具有14个外部引脚，其中10个外部引脚连接MCU进行通信。TX引脚为工作模式选择输入引脚，当该引脚为1时，NRF905芯片为信号发送模式；当该引脚为0时，NRF905芯片为信号接收模式。TRX引脚为工作模式使能输入引脚，该引脚为高电平时，使能NRF905芯片进入工作模式。PWR引脚为工作状态选择引脚，NRF905芯片除了信号发送工作模式、信号接收工作模式外，还有关机模式和空闲模式。CLK引脚为时钟输出引脚，可以输出时钟信号。CD引脚为输出引脚，可以进行载波检测。AM引脚为输出引脚，可以进行地址匹配。DR引脚为输出引脚，可以判断接收/发送的数据是否已经准备完毕。MISO引脚为输出引脚，可以进行SPI输出。MOSI引脚为输入引脚，可以进行SPI输入。SCK为输入引脚，可以输入SPI时钟信号。CSN为输入引脚，可以进行SPI片选，使低电平信号有效。NRF905芯片具有强大的抗干扰功能，适用于工业控制场合，它在433Mhz频段内工作。 NRF905通过TRX_CE和TX_EN引脚配置芯片掉电模式（低功耗）、待机模式、RX（接收）模式和TX（发送）模式。 5通过Spi接口调整状态寄存器、射频配置寄存器、发送地址寄存器、发送数据寄存器和接收数据寄存器。
该系统已经过测试，因为两个905芯片之间的通信时间非常短，所以我们无需使用中继系统就可以忽略。如果使用中继系统，则需要运行中继系统的程序，存在大约2000ms的延迟。
RF90单芯片无线收发器工作在433868/915MHZ的ISM频段，由完全集成的频率调制器、带解调器的接收器、功率放大器、晶体振荡器和稳压器ShockBurst组成。操作模式的特征是：通过SPI接口可以轻松配置自动生成前同步码和CRC，电流消耗非常低，当发射功率为+ 10dBm时发射电流为30mA，接收电流为12.5mA。它可以轻松实现节电并促进采矿环境中各种变化的反应。
在调试过程中发生了以下问题：
（1）整个电路系统由5V直流电源供电，而905模块必须由3.3V直流电源供电。因此，3.3V稳压器模块采用AMS1117芯片设计。
（2）在NRF905配置期间，载波频率FRF=422.4 + CH_NOd/10 *（1+ HFREQ_PLLd）MHZ。测试中模块硬件必须正确配置参数。 NRF905可以设置为在430Mhz和930Mhz之间运行。但是，模块硬件仅适用于430Mhz左右的参数，参数不合适会影响通信距离。
图3.21 报警电路原理图
图3.22 键控电路原理图
三个LED从上至下指示温度警报、湿度警报和甲烷浓度警报。在采矿环境中，所有超过蜂鸣器限值的指示器都会发出警报。 3.7电源模块
三个电路板的主体设计由5V DC电源供电，需使用具有内置5V稳压器电路的220V至5V电源适配器。电路中的NRF905模块需要采用3.3V供电，因此选择了3.3V DC稳压器模块。
7085芯片是应用最广泛的稳压芯片，通过简单的电路连接即可输出直流稳压电源，7805芯片仅有三个引脚，引脚1是输入端口，可以接收待稳定电压；引脚2为公共端口，即公共地；引脚3为输出端口，可以发出+5V直流电压。
AMS117芯片属于正向低压降稳压器，其输出电压主要有1.5V、1.8V、2.5V、3.0V、3.3V等，AMS117芯片也仅有三个引脚，引脚1为公共端口，即公共地；引脚2为输出端口，可以输出低压降电压；引脚3为输入端口，可以接收工作电压。
本文所设计的单片机系统同时需要5V电压和3.3V电压，所以需要7805芯片与AMS117芯片配合，7805芯片与AMS117芯片构成的电源电路连接如下图所示。
图3.23 电源模块原理图
3.8实现结果
最终设计结果：该设计可以实时测量并显示大气温度、湿度和甲烷浓度。
该设计优点：无线传输距离长、穿透性能强。操作方便、简单。
第一章. 系统软件设计该程序主要分为三个部分：监视系统、继电器系统和控制系统。 监控系统由OLED显示程序、DHT21温湿度读取程序、A/D转换程序、NRF905无线传输程序和主程序组成。 中继系统由OLED显示程序、NRF905发送/接收程序和主程序组成。 控制系统由OLED显示程序、NRF905接收程序、警报程序、键盘控制程序和主程序组成。 4.1系统流程分析
微控制器是通过主程序中的逻辑顺序来相互调用程序。首先，对单芯片计算机进行初始化。在每个系统中，先初始化OLED模块、A/D转换模块和NRF905模块，然后通过DHT21收集温度和湿度信号，MQ-4再输出模拟信号通过ADC0809将自身转换为单个芯片，OLED在单个芯片处理后显示温度、湿度和甲烷浓度，通过无线模块发送到中继系统后，再将其发送到控制系统，由控制系统中的单片机进行处理，并在超出限制时触发声音和视觉警报。程序流程如下。
4.2温湿度采集及处理函数
温湿度采集及处理模块的流程如下图所示，完成初始化以后，温湿度传感器开始工作并采集相应的数据，采集到的数据需要通过数据传输通道传送至微处理器，数据在传送至微处理器后还需进行运算，并转换为显示模块能够识别的数据形式。在此过程中可以循环检测键盘模块是否发生按键控制，即温度报警上下限和湿度报警上下限是否发生调整，据此判断温湿度传感器检测到的数据是否达到报警要求。
图4.2 温湿度采集及处理流程图
4.3 MQ-4甲烷浓度传感器检测流程设计
MQ-4甲烷浓度传感器与A/D转换的流程如下图所示，完成初始化以后，MQ-4甲烷浓度传感器的工作流程与温湿度传感器的工作流程类似，MQ-4甲烷浓度传感器采集到的数据需要通过数据传输通道传送至微处理器，数据在传送至微处理器后还需进行运算，并转换为显示模块能够识别的数据形式。在此过程中可以循环检测键盘模块是否发生按键控制，即气体浓度报警上下限是否发生调整，据此判断气体传感器检测到的数据是否达到报警要求。
图4.3 MQ-4甲烷浓度传感器检测流程图
4.4 A/D转换程序设计
A/D转换的流程如下图所示，完成初始化以后，传感器检测到的数据为模拟量，微处理器接收的数据为数字量，因此需要进行A/D转换， A/D转换芯片开始工作，读取需要转换的数据并进行处理，将转换得到的数据传送至微处理器。
图4.4 A/D转换流程图
4.5 NRF905无线发送/中继/接收程序
NRF905无线发送/中继/接收程序的流程如下图所示， NRF905通过SPI接口接收到数据，可以设置其TX-EN引脚为高电平来激活其信号发送模式，以此完成数据包的发送；可以设置其TX-EN引脚为低电平、TRX-CE引脚为高电平来激活其信号接收模式，当NRF905接收到频率相同的载波时，其载波检测CD变为高电平，在接收到有效地址后，其地址匹配AM变为高电平，以此完成数据包的接收。
图4.4 NRF905无线发送/中继/接收程序流程图
4.5 OLED显示程序
OLED显示程序的流程如下图所示，OLED显示程序使用前必须先初始化OLED屏幕并设置屏幕显示字体库。使用OLED显示程序时，必须先设置显示位置，然后根据字体显示字符。
图4.5 OLED显示模块流程图
4.6报警程序与键盘控制程序
警报程序将接收到的温度、湿度数据以及甲烷浓度数据与设置的安全值进行比较，当超出安全值范围时，蜂鸣器会发出警报，相应的LED会亮起。
键盘控制程序是通过4个按钮来控制屏幕并显示切换，同时可调整每个指示器安全值的上限和下限。按键说明：设置键用于进入设置界面，向上键用于升高指示器，向下键用于降低指示器，选择键用于切换上限和下限指示器。
图4.6 报警程序与按键控制流程图
第二章. 总结5.1问题与处理矿山环境监测系统以51台单片机为核心控制单元，实时监测和预警矿井中的空气温度、湿度和甲烷浓度，进一步提高矿山安全生产的可操作性。该系统主要由监控系统、中继系统和控制系统组成，总共包括8个模块，分别是采集模块、模数转换模块、OLED显示模块、无线模块、警报模块和键盘控制模块。监视系统收集并转换收集的信号，通过无线中继系统中继信号、控制系统接收该信息并将其与键盘控制模块设置的安全值进行比较。 该系统完全符合任务说明的要求，可以随时通过无线传输进行设置。无线中继的使用大大提高了系统的可用性和适用性，整个系统也简单美观。 但设计系统仍然存在一些缺陷，需要以后进行优化和改进。 （1）使用无线中继系统时，应延迟为2000ms，如果使用过多的中继，则延迟会更长。此情况需要实时改进。 （2）使用中继系统时，无法区分监视系统发送的信号和中继系统发送的信号，因此近距离使用时会相互影响。 （3）键盘控制模块的响应不灵活，键控程序简单且不够快。 在以后的学习过程中，我需要不断探索和改进这三个要点。当前由于时间短缺以及技能水平不足，我暂时无法处理前两个问题，问题3下一次将继续改善。问题4仅限于传感器，使用者需要不断找更好的传感器以备将来使用。当然，以上四点不影响当前设计的使用。 在设计和生产过程中还有许多其他问题，我一一进行了改进。在此简要列出一些关键问题。 （1）DHT21模块的确切延迟时间为30us。由于微控制器的频率、定时器设置等原因，很难获得准确的30us。重复实验后，最终可以得到准确的30us。（2）最初监视系统发送的无线电信号和中继系统发送的无线电信号无法区分，并且只能区分不同的工业载频。现在可以区分两者，且范围增大。 （3）硬件使用焊接电路，但不可避免的是，焊丝或焊点可能断开导致与另一根焊丝的短路。使用PCB板可以避免这些问题。 本次设计总结运用了四年的大学知识，您可以通过逐步提高实践技能水平来亲自实现自己的设计。作为工程专业的学生，这是最罕见、最宝贵的经验。5.2展望
该系统还在不断改进，它不再局限于单芯片技术或射频技术。 Jigbee物联网正在逐渐成熟，WiFi模块将得到更广泛的使用。该系统可以吸收物联网和互联网的优势，并将物联网和互联网集成到系统中。您甚至可以使用该应用程序监视地下环境的各种指示器，从而使手机成为系统的监视载体。该系统还可以使用新的精确传感器启动，以进行精确监控。
