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一、设计背景与目标

在煤矿开采、燃气输送等场景中，瓦斯（主要成分为甲烷）泄漏易引发爆炸或中毒事故，传统检测设备存在体积大、便携性差、报警响应慢等问题。基于单片机的便携式瓦斯检测仪，能实现瓦斯浓度实时监测与快速报警，适合电子类专业毕设课设，兼具安全实用价值与教学意义。

本设计以STC89C52单片机为核心，目标明确：检测范围0-5%LEL（甲烷爆炸下限），测量精度±0.1%LEL；实时显示瓦斯浓度，浓度≥1%LEL时触发一级声光报警（黄灯闪+蜂鸣器间歇响），≥3%LEL时触发二级报警（红灯闪+蜂鸣器长响）；配备锂电池供电（续航≥8小时），支持浓度数据存储（最近100组）；设备体积控制在120mm×80mm×30mm内，适配井下作业、燃气巡检等移动场景。

二、系统硬件设计

系统硬件采用模块化架构，各模块协同实现检测功能。核心控制模块选用STC89C52单片机，其低功耗特性适配便携需求，通过I/O口连接各外设，协调数据采集与报警控制。

瓦斯检测模块采用MQ-4甲烷传感器，传感器接触瓦斯后，电导率随浓度升高而增大，输出模拟信号经ADC0832转换为数字量，传输至单片机计算浓度值。为提升稳定性，传感器前端增设RC滤波电路，滤除环境干扰信号。

显示与报警模块选用128×64 OLED屏，实时显示浓度值、报警等级与剩余电量，屏幕亮度支持两档调节；报警电路含红、黄LED与有源蜂鸣器，单片机通过PWM信号控制LED闪烁频率与蜂鸣器发声模式，确保报警信号清晰可辨。

电源与存储模块采用3.7V/2000mAh锂电池，经AMS1117-3.3V稳压芯片为系统供电，内置欠压保护（电压≤3.0V时提示充电）；数据存储采用AT24C02 EEPROM芯片，自动记录每5分钟的浓度数据，支持通过串口导出至电脑分析。

三、系统软件设计

软件基于Keil C51开发，采用模块化编程，核心逻辑围绕“采集-处理-显示-报警”流程展开。主程序完成初始化（GPIO、ADC、OLED、定时器）后，进入1秒周期的循环检测，确保数据实时性。

数据采集子程序控制MQ-4传感器与ADC0832，每0.5秒采集一次模拟信号，转换为数字量后，通过校准算法（对比标准浓度下的输出值）换算为瓦斯浓度，同时采用滑动平均滤波（连续5次采样取均值），减少环境温度、湿度对检测结果的影响。

显示与报警子程序将浓度值格式化后显示在OLED屏，同步更新电池电量与报警状态；浓度达到阈值时，单片机输出对应控制信号，驱动LED与蜂鸣器工作，报警触发后需手动按键解除，避免漏报。

数据存储子程序按时间戳（精确到分钟）记录浓度数据，满100组后自动覆盖最早数据；通过串口通信子程序，可连接电脑读取存储数据，生成浓度变化曲线，便于事后分析泄漏趋势。

四、系统测试与优化

系统搭建后，在标准瓦斯浓度环境中测试，初始存在两方面问题：一是传感器预热不足（需3分钟）导致开机初期误差大（±0.3%LEL）；二是高湿度环境（湿度≥85%RH）下，浓度检测波动明显。

针对问题优化：软件添加预热倒计时功能，开机后OLED显示“预热中”，3分钟后才进入正常检测模式，初期误差降至±0.1%LEL；硬件在MQ-4传感器周围增设防潮涂层，软件中加入湿度补偿算法（根据环境湿度修正浓度值），湿度波动影响控制在±0.05%LEL内。

优化后测试：浓度检测精度符合设计要求，报警响应时间≤0.5秒；满电状态下连续工作8.5小时，数据存储完整；设备在-10℃~50℃环境中正常运行，满足井下、户外等复杂场景需求，整体设计符合毕设课设实用性与便携性要求。

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