【正文】 織有關(guān)研究所、制造廠攻關(guān)，研制了第一種達到使用水平的載體催化元件；接著，撫順煤礦安全儀器廠研制出以該元件為傳感器的AQR1型瓦斯測量儀。60年代以后，主要產(chǎn)煤國家都把發(fā)展載體催化元件作為瓦斯檢測儀器的主攻方向。1815年，英國發(fā)明了世界上第一種瓦斯監(jiān)測儀器——瓦斯檢定燈，利用火焰的高度來測量瓦斯?jié)舛?。因此，在相當長的時期內(nèi)，對于監(jiān)控裝置的裝備、管理和培訓(xùn)任務(wù)十分艱巨。盡管煤礦安全監(jiān)控技術(shù)已得到發(fā)展和應(yīng)用，但由于多數(shù)礦井技術(shù)基礎(chǔ)薄弱，監(jiān)控裝置的裝備情況與有關(guān)規(guī)定相距甚遠。在煤礦中，裝備礦井安全監(jiān)控裝置是防止煤礦事故的重要手段，這就要求有更多的煤礦監(jiān)控系統(tǒng)的研究。我國煤田遍布全國，但煤層的賦存條件和地質(zhì)情況差異很大，很多礦井自然環(huán)境惡劣，受到水、火、瓦斯、粉塵、頂板事故等自然災(zāi)害的威脅。 本論文側(cè)重介紹“單片機壓力檢測系統(tǒng)”的軟件設(shè)計及相關(guān)內(nèi)容。采用單片機對壓力進行檢測不僅具有檢測方便、簡單和靈活性大等優(yōu)點，而且可以大幅度提高被測壓力的精確度。在工業(yè)生產(chǎn)的很多領(lǐng)域中，都需要對壓力進行檢測。而井下壓力的檢測對礦井安全更是尤其重要。因此，單片機對壓力的檢測問題是一個工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常會遇到的控制問題。論文的主要內(nèi)容包括：采樣、濾波、鍵盤、LED顯示和報警系統(tǒng)，單片機AT89S52的開發(fā)以及系統(tǒng)應(yīng)用軟件開發(fā)等。在這些自然災(zāi)害所造成的事故中，瓦斯事故死亡人數(shù)占總死亡人數(shù)的30%~40%。在煤礦監(jiān)控系統(tǒng)中，井下監(jiān)控分站擔負著非常重要的作用，主要包括對井下甲烷、一氧化碳、氧氣、二氧化碳等氣體濃度的檢測；對風速、風量、氣壓、溫度、粉塵濃度等環(huán)境參數(shù)的檢測；對生產(chǎn)設(shè)備運行狀態(tài)的監(jiān)測、監(jiān)控等。國有重點煤礦中，尚有布部分瓦斯災(zāi)害嚴重的礦井沒有裝備監(jiān)控系統(tǒng)，瓦斯斷電裝置、便攜式瓦斯檢測儀器的裝備數(shù)量也不足，國有地方煤礦和鄉(xiāng)鎮(zhèn)集體煤礦的差距很大。 為了從根本上解決煤礦安全問題，需要依靠科技進步手段提高煤礦整體安全技術(shù)裝備與管理水平。20世紀30年代，日本發(fā)明了光干涉瓦斯檢定器，一直沿用至今。電子技術(shù)的進步推動了瓦斯監(jiān)測裝置的進一步發(fā)展，首先是研制小型化個人攜帶式儀器，以后是礦井監(jiān)控系統(tǒng)，如70年代后期法國研制的CTT63/40礦井監(jiān)控系統(tǒng)、英國的MINOS系統(tǒng)、美國的SCADA系統(tǒng)等。隨著敏感元件制造水平的提高和電子技術(shù)的發(fā)展，特別是大規(guī)模集成電路的、微型計算機的廣泛應(yīng)用，使監(jiān)控分站技術(shù)進入了新的發(fā)展階段。 問題及發(fā)展趨勢如前所述，測量瓦斯主要采用載體催化元件，它具有宜于將非電量轉(zhuǎn)化為電量、便于采用電子技術(shù)、靈敏度高、響應(yīng)時間快、測量精度高、不受溫度和濕度影響等優(yōu)點。攜帶式儀器應(yīng)提高集成度，采用表面安裝技術(shù)，實現(xiàn)開機自檢和運行中自檢功能。向小型化、多參數(shù)、多功能、智能化的方向發(fā)展。小型礦井因測點較少，只布置分站和智能化傳感器就可以滿足需要。同時它也是傳輸系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)施，各種數(shù)據(jù)都要通過它與地面中心站進行通訊。 功能1）可以檢測低濃瓦斯、高濃瓦斯、一氧化碳、風速、溫度、壓力等環(huán)境參數(shù)，以及風門、風筒等開關(guān)參數(shù)，并能監(jiān)測煤倉煤位、水位、電壓、電流以及機電設(shè)備開/停等生產(chǎn)參數(shù)；2）每臺分站收中心站控制，執(zhí)行中心站的各種命令，并將分站的各種監(jiān)控參數(shù)和工作狀態(tài)傳送給中心站；3）適合礦井及地面工廠環(huán)境需要。整個監(jiān)控系統(tǒng)分三級結(jié)構(gòu)：中心站—井下分站—傳感器。同時它也是傳輸系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)施，各種數(shù)據(jù)都要通過它與地面中心站進行通訊。單片機通過多路選擇器(8選1開關(guān))定時巡檢8路信號，對得到的數(shù)字量進行判斷和運算，進而用得到的控制量，去自動控制繼電器的狀態(tài)，從而實現(xiàn)對井下設(shè)備的控制。 檢測系統(tǒng)軟件流程圖系統(tǒng)總體軟件結(jié)構(gòu)如圖22所示。AT89C52是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器((PEROM)和256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器(RAM)，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，與標準MCS51指令系統(tǒng)及8052產(chǎn)品引腳兼容，片內(nèi)置通用8位中央處理器(CPU)和Flash存儲單元，功能強大AT89C52單片機適合于許多較為復(fù)雜控制應(yīng)用場合。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復(fù)位。1000次擦寫周期32個可編程I/O口線低功耗空閑和掉電模式AT89C52有雙列直插式封裝和方形封裝兩種形式。RST：復(fù)位輸入。一般情況下，ALE仍以時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。該位置位后，只有一條MOVX和MOVC指令才能將ALE激活。在此期間，當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將跳過兩次PSEN信號。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位時內(nèi)部會鎖存EA端狀態(tài)。XTAL1：振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向工I/0口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。與AT89C51不同之處是，()和輸入( /T2EX) ,參見表21。對端口P2寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流(IIL)。P3口輸出緩沖級可驅(qū)動(吸收或輸出電流)4個TTL邏輯門電路。本系統(tǒng)采用一片AT89C52 單片機控制。MAX813L有雙列直插和貼片兩種封裝形式，其雙列直插如圖41所示，引腳功能如下：第(1)腳為手動復(fù)位輸入，低電平有效；第(2)、(3)腳分別為電源和地；第(4)腳為電源故障輸入；第(5)腳為電源故障輸出；第(6)腳為看門狗輸入，第(7)腳為復(fù)位輸出，第(8)腳為看門狗輸出。（即第(6)步無脈沖輸入），則第(8)腳輸出一個低電平信號。第(7)腳接單片機的復(fù)位腳，第(6)。圖32 MAX813L的連接電路電源故障輸入PFI通過一個電阻分壓器監(jiān)測未穩(wěn)壓的直流電源。它所提供的復(fù)位信號為高電平，因而是應(yīng)用于復(fù)位信號為高電平場合的單片機系統(tǒng)的理想芯片。A/D單元組成框圖如圖33。它由圖35中運算放大器1組成。傳輸電纜的長短不同，壓降就不同，為了得到真實數(shù)據(jù)，應(yīng)重新調(diào)整圖35中W1，使得運放8端電位與傳感器輸出電壓完全相同，從而使信號得以補償。其邏輯電路如圖36所示。它由一塊LM324四運放集成電路和部分阻容元件組成。信號經(jīng)R89進入8700CJA/D轉(zhuǎn)換芯片的輸入端第14腳，經(jīng)內(nèi)部的轉(zhuǎn)換后由芯片的第23腳輸出一轉(zhuǎn)換結(jié)束脈沖，觸發(fā)D觸發(fā)器，使輸出轉(zhuǎn)換結(jié)束信號END通知MPU。 圖38 A/D轉(zhuǎn)換電路7．緩沖器和觸發(fā)器：74LS74和74HC244為A/D轉(zhuǎn)換輸出控制電路。MPU取數(shù)時，發(fā)出一脈沖至74HC244的19引腳，把緩沖器的數(shù)據(jù)取出，送至數(shù)據(jù)總線，供MPU處理。開關(guān)量輸入電路由光電耦合輸入電路、顯示電路、數(shù)據(jù)鎖存電路等組成。當單片機對緩沖電路使能時，緩沖器內(nèi)的開停狀態(tài)信息經(jīng)數(shù)據(jù)總線送單片機處理。因此，雙耦合器開關(guān)量輸入可監(jiān)測設(shè)備的接通、斷開、斷線三種狀態(tài)。IC1輸出端電平高低表示設(shè)備開/停。當開入口接入觸點信號時，只需將相應(yīng)輸入口上的光電耦合器的輸入與輸出用跳接線短接即可。地面中心站管理人員可隨時了解井下分站的對外控制狀態(tài)。當MPU不對RLY使能時，RLY為高電平，無論控制觸點接在常開端還是常閉端，二極管均不能導(dǎo)通。因此，當RLY使能時，8位數(shù)據(jù)總線上的高低電平代表了8個繼電器觸點的工作狀態(tài)。 圖314 前4路繼電器電路由單片機經(jīng)過數(shù)據(jù)總線控制的后四路繼電器電路如圖315。由于7406是反相的輸出緩沖器，只有對應(yīng)數(shù)據(jù)總線位為高電平的繼電器動作，而對應(yīng)數(shù)據(jù)總線位為低電平的繼電器不動作。作電壓穩(wěn)壓器，不需要任何外整功率管的安全工作區(qū)保護7805可直接用于電路，所以使用起來安全、可靠，如圖316所示。共陰極LED顯示器的發(fā)光二極管的陰極連在一起，通常此公共陰極接地，當某個發(fā)光二極管為高電平時，發(fā)光二極管點亮，相應(yīng)的段被顯示。這樣單片機只要把要顯示的字形代碼發(fā)送到接口電路，就不用管它了，直到要顯示新的數(shù)據(jù)時，再發(fā)送新的字形碼，因此，使用這種方法單片機CPU的開銷小。74LS164是一個串行輸入并行輸出的8位移位寄存器，其引腳1是串行數(shù)據(jù)輸入端；引腳36和 1013是并行數(shù)據(jù)的輸出端，每個74LS164的輸出端Q7Q0各驅(qū)動一個共陰極的LED顯示器；CLR是74LS164的清0端，當CLR偽時，Q7Q0輸出為0，4個LED顯示空白字符；同步移位脈沖由TXD（）送出，=1時允許74LS164串行接收數(shù)據(jù)，其波特率固定為 fosc/12。分站地址開關(guān)是個8位開關(guān)，每位開關(guān)的一端全部接在一起接到CONFIG使能端上，另一端經(jīng)二極管接在總線B0～B7上。例如，總線B0～B7對應(yīng)的地址開關(guān)撥成01010101，即說明該分站地址為55。由CD4011組成兩個不同頻率的音頻振蕩器，74LS126為三態(tài)輸?shù)陀行目偩€