【正文】 ......................................... 23 of variable frequency speed regulating device in the fan ........ 24 working characteristics of variable frequency speed regulating device ......................................................................................................................... 25 Frequency control hardware .............................................................................. 25 Chapter 5 Software design ..................................................................................... 29 Main program design chart ................................................................................ 29 subprogram chart ................................................................................. 30 handing ..................................................................................................... 31 subroutine design flow chart .................................................................. 32 Conclusion ................................................................................................................ 34 Apreciate ................................................................................................................... 35 Refrence Documentation ........................................................................................ 36 Addenda1 The whole system hardware circuit diagram ................................... 38 Addenda2 The various parts of the power circuit diagram .............................. 39 Addenda3 Current and Voltage detection circuir diagram .............................. 40 Addenda4 Frequency hardware control diagram .............................................. 41 Addenda5 Parts of program of the single chip ................................................... 42 1 第 1 章 緒 論 近年人們對(duì)環(huán)境質(zhì)量要求逐漸提高和對(duì)自身健康的關(guān)注，如何改善煤礦井下大量使用無(wú)軌防爆柴油機(jī)車的現(xiàn)代化大型、高產(chǎn)、高效礦井的工作環(huán)境，逐漸成為研究重點(diǎn)。本設(shè)計(jì)的硬件電路包括濃度檢測(cè)， A/D 轉(zhuǎn)換，單片機(jī)系統(tǒng)，數(shù)據(jù)顯示電路，報(bào)警電路，通風(fēng)系統(tǒng)電路及各控制電路；軟件設(shè)計(jì)包括濃度采集，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換及處理，動(dòng)態(tài)顯示及濃度控制等。然而隨著煤礦井下防爆柴油機(jī)的使用量逐年增加，造成煤礦井下防爆柴油機(jī)排氣污染越來(lái)越嚴(yán)重，使得煤礦安全生產(chǎn)面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。此次設(shè)計(jì)的主要課題是針對(duì)防爆柴油機(jī)尾氣（ CO 及 NOx）排放的監(jiān)測(cè)報(bào)警。通過(guò)軟件設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)對(duì) CO 及 NOx 濃度的監(jiān)測(cè)并且當(dāng)濃度超過(guò)設(shè)定值時(shí)可進(jìn)行加強(qiáng)通風(fēng)，當(dāng)通風(fēng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)進(jìn)行自動(dòng)報(bào)警。研究結(jié)果表明，除了控制防爆柴油機(jī)尾氣排放外，合理的通風(fēng)量也是改善井下環(huán)境的重要途徑之一。尤其在煤礦井下巷道，尤其是在煤礦井下巷道，由于空間和通風(fēng)條件的限制，柴油機(jī)排放的有害氣體嚴(yán)重危害工人的健康。柴油機(jī)尾氣排放物不僅氣味怪異，而且令人頭昏、惡心，影響人的身體健康。為了保證井下空氣質(zhì)量，防爆柴油機(jī)尾氣污染監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也成為了我們經(jīng)常探討的一個(gè)話題。采用 EGR 系統(tǒng)引入廢氣，降低缸內(nèi)的峰值溫度，降低多余的 O2 限制 NOx 的形成；應(yīng)用電子燃油噴射控制措施，提高噴射油壓，改善燃油在缸內(nèi)的霧化，推遲噴油時(shí)刻和多次噴射來(lái)降低峰值溫度；降低燃油中硫的含量，硫會(huì)形成 PM，同時(shí)硫還會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)后處理系統(tǒng)中的催化劑中毒。日本日產(chǎn)公司的 Hirata 等人的研究成果是在 SCR 系統(tǒng)前加 DOC 用來(lái)產(chǎn)生 NO2，使其與 NO 量一樣，這樣在低溫環(huán)境下與 NH3 反應(yīng)的效率更高。 LNC 系統(tǒng)也是比較具有吸引力的系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用燃油作為還原劑，使用的催化劑（如銀、沸石等）也比較便宜。物理方法是采用水洗法來(lái)降低柴油機(jī)顆粒物的排放。用來(lái)及時(shí)掌握生產(chǎn)或通風(fēng)系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)的動(dòng)態(tài)信息，這對(duì)發(fā)揮生產(chǎn)指揮的準(zhǔn)確性、靈活性、快捷性起到重要的作用。我國(guó)從八十年代初期開始引進(jìn)煤礦生產(chǎn)安全監(jiān)控系統(tǒng)，歷經(jīng)了直接引進(jìn)、消化吸收、仿制配套、自主開發(fā)的過(guò)程，但迄今為止的產(chǎn)品大多都是面對(duì)大型礦井設(shè)計(jì)的，而且自身尚有一些有待解決的問(wèn)題，如 :造價(jià)高，系統(tǒng)最基本的配置過(guò)于龐大，運(yùn)行費(fèi)用大，傳感器測(cè)量穩(wěn)定性差，調(diào)校頻繁，壽命短，系統(tǒng)安裝、維護(hù)復(fù)雜，操作不便，人機(jī)界面較差，系統(tǒng)設(shè)備可靠性差，必須依賴專業(yè)的維護(hù)隊(duì)伍，對(duì)人員技術(shù)，素質(zhì)有較高的要求。 從現(xiàn)在的國(guó)家煤炭生產(chǎn)的現(xiàn)狀及我國(guó)能源結(jié)構(gòu)規(guī)劃均可看出，在本世紀(jì)中葉以前，煤炭仍是支持我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要能源。 課題的主要研究?jī)?nèi)容與要求 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容與要求是：設(shè)計(jì)一個(gè) CO 與氮氧化合物安全監(jiān)控系統(tǒng)，將 CO 與氮氧化合物氣體濃度許可值上限通過(guò)電腦程序輸入系統(tǒng)中，在氣體濃度的一定范圍內(nèi)進(jìn)行安全檢測(cè)，在氣體濃度達(dá)到上限時(shí)進(jìn)行自動(dòng)加強(qiáng)通風(fēng)，如果通風(fēng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障，電路實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警功能，及時(shí)通知礦內(nèi)工作人員。 系統(tǒng)性能的描述 在生活中如果有一個(gè)能及時(shí)發(fā)現(xiàn)有毒及易爆氣體，并且能自動(dòng)加強(qiáng)通風(fēng)量而且還能報(bào)警，這無(wú)疑是給井下煤礦工人的工作環(huán)境的安全上了雙重保險(xiǎn)。在微型結(jié)構(gòu)硅橋結(jié)構(gòu)中嵌入的加熱器上制作一層 SnO2 薄膜，由于硅膜減少了熱傳導(dǎo)的熱損失，從而大大降低了功耗。設(shè)置氣體濃度臨界值，超過(guò)臨界值通風(fēng)系統(tǒng)電路工作，當(dāng)通風(fēng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障，報(bào)警電路響應(yīng)。對(duì)于國(guó)內(nèi)增壓中冷柴油機(jī)，一般經(jīng)濟(jì)油耗率為 206～ 225g/(kWh),標(biāo)定工況下耗油率為 270～ 290g/(kWh),因此，增壓中冷柴油機(jī)在標(biāo)定工況下需要的新鮮空氣量 m1。；則需要的空氣量m1= /=179。如式（ 222）所示。 按照規(guī)定的要求，礦用柴油機(jī)車在煤礦井下正常運(yùn)行時(shí)，排氣中的 CO和 NOx 的排放濃度被巷道中風(fēng)流稀釋后，井下空氣中的 CO、 NOx 不得超過(guò)下列規(guī)定：一氧化碳（ CO）為 %；氮氧化物（ NOx）（換算成 NO2）：25%。因此，在計(jì)算整個(gè)井下供風(fēng)系統(tǒng)時(shí)，防爆柴油機(jī)本身工作需要的空氣量可以忽略不計(jì) [7]。 PIC16F877 屬于內(nèi)嵌功能較多的單片機(jī)，除了 CPU、 POM、 RAM、 I/O 等基本構(gòu)造外，還包括以下各種功能，簡(jiǎn)介如下： A/D converter：模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，最多可以讀取 8 組模擬輸入訊 10 號(hào)。 MSSP： Master Synchronous Serial Port，兩線式 (I2C)與三線式 (SPI)標(biāo)準(zhǔn)同步串行傳輸協(xié)定，常用于 EEPROM 內(nèi)存資料的燒錄與讀取，或是與其它集成電路溝通與聯(lián)系，形成多芯片網(wǎng)絡(luò)。 5V 電源電路設(shè)計(jì)如 321 所示： 圖 321 5V 電源設(shè)計(jì)圖 此電源電路采用 LM7805 芯片，它采用的是三端正電源穩(wěn)壓電路。 15V 電源電路設(shè)計(jì)如圖 323 所示： 圖 323 15V 電源設(shè)計(jì)圖 電流、電壓、采集電路的設(shè)計(jì) 電流互感器和電壓互感器在電路中的作用就是“檢測(cè)元件”，我們對(duì)大 12 電流和高電壓直接測(cè) 量起來(lái)不方便、也不安全，就開發(fā)了這種電器當(dāng)作人們的“眼睛”，隨時(shí)監(jiān)視著電路的電流和電壓。（將很大的一次電流轉(zhuǎn)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)的5安培； 為測(cè)量裝置和繼電保護(hù)的線圈提供電流； 對(duì)一次設(shè)備和二次設(shè)備進(jìn)行隔離。 本設(shè)計(jì)采用微型 CT 作為系統(tǒng)電器參量的采集與系統(tǒng)隔離，防止系統(tǒng)干擾的侵入。電壓互感器雖然也是按照電 磁感應(yīng)原理工作的設(shè)備，但是它的電磁機(jī)構(gòu)關(guān)系與電流互感器相比正好相反。 本次設(shè)計(jì)選用的電壓互感器的型號(hào)為 JLBV11，此電壓互感器采用的是閉環(huán)零磁通磁平衡式，電壓直接輸入的工作原理。在另外一些場(chǎng)合，我們需要的信號(hào)和別的信號(hào)混在一起，應(yīng)當(dāng)設(shè)法把前者挑選出來(lái)。 LC 濾波電路有較好低通濾波特性，但電感的重量和體積過(guò)大，既不容易制作而且成本也高，有時(shí)還需要加 磁屏，給制造和安裝帶來(lái) 14 不便。 ，使輸入阻抗很高，輸出阻抗很低。一階低通濾波器的傳遞函數(shù)為： ? ? ? ?? ?01011VsT s AsVs W?? ? 式中 A為運(yùn)放的放大倍數(shù)，若令 S=jw, W0=1/RC=2π?0 15 ? ?011/pT j f f? ? 式中 ?P 為截止頻率， ?P=?0=1/2πRC 其頻率響應(yīng)特性如圖 3342 所示： 圖 3342 一階低通頻率響應(yīng)特性圖 從圖可以看出一階低通濾波器的衰減斜率為 20dB/+倍頻程。 TLC2543 是 TI 公司的 12位串 行模數(shù)轉(zhuǎn)換器，使用開關(guān)電容逐次逼近技術(shù)完成A/D 轉(zhuǎn)換過(guò)程。 1LSBmax。 11路輸入信號(hào)由內(nèi)部多路器選通。其 中 EOC 為轉(zhuǎn)換結(jié)束端。 17 圖 3422 TLC2543 與 CPU 連線 圖 電機(jī)振蕩監(jiān)測(cè)系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) 發(fā)電機(jī)運(yùn)行異?？梢詮臄?shù)據(jù)上體現(xiàn)出來(lái)，根據(jù)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)與診斷是目前風(fēng)機(jī)設(shè)備維護(hù)管理的主要手段，振動(dòng)系統(tǒng)由從機(jī)和主機(jī)兩部分組成，從機(jī)即傳感器模塊安裝在風(fēng)機(jī)的表面和內(nèi)部，負(fù)責(zé)對(duì)振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、濾波和標(biāo)定，并將數(shù)據(jù)上傳主機(jī)。它可測(cè)量 X 軸和 Y軸兩相互正交方向上、平行于芯片平面的加速度矢量，包括動(dòng)態(tài)加速度（如振動(dòng)）和靜態(tài)加速度（如引力），它有模擬和數(shù)字兩種接口，每種接口 18 都輸出 X 軸和 Y 軸 2 路振動(dòng)信號(hào)。 圖 35 ADXL202E 應(yīng)用電路圖 電機(jī)軸承溫度檢測(cè)電路 電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí) ,軸承外圈允許溫度不應(yīng)超過(guò) 95℃ ,如果超過(guò)這個(gè)值就是電動(dòng)機(jī)軸承溫度過(guò)高 ,也稱電動(dòng)機(jī)軸承發(fā)熱。集成溫度傳感器是將溫敏與相應(yīng)的輔助電路集成在同一塊芯片上， 它能直接給出正比于絕對(duì)溫度的理想線性輸出。 圖 36 軸承測(cè)溫電路圖 如圖 36 為測(cè)量電機(jī)軸承溫度電路，整個(gè)電路系統(tǒng)主 要由集成溫度傳感器AD590、放大器芯片 LM32穩(wěn)壓管及一些電阻組成。這種報(bào)警信號(hào)，通常有 兩 種類型：一是閃光報(bào)警，因?yàn)殚W動(dòng)的指示燈更能提醒人們注意；二是鳴音報(bào)警，發(fā)出特定的鳴音 ，作用于人的聽覺器官，易于引起和加強(qiáng)警覺，以上這 兩 種報(bào)警統(tǒng)稱聲光報(bào)警。 本次設(shè)計(jì)通過(guò)紅色的 LED 發(fā)光二極管和一個(gè)蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警 [11]。當(dāng)外部光線通過(guò)液晶分子時(shí)，液晶分子的排列扭曲狀態(tài)不同，使光線通過(guò)的多少就不同，實(shí)現(xiàn)了亮暗變化，可重現(xiàn)圖像。 在此系統(tǒng)設(shè)計(jì)中選擇 LCD12864，此模塊是一種具有 4 位或 8 位并行、2線或 3線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國(guó)標(biāo)一級(jí)、二級(jí)簡(jiǎn)體中文字庫(kù)的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為 128 8192 個(gè) 16 16 點(diǎn)漢字，和 128 個(gè) 16 8點(diǎn) ASCⅡ 字符集。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類型的圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊相比，不論硬件結(jié)構(gòu)或顯示程序都要 簡(jiǎn)潔得多，且該模塊的價(jià)格也略低于相同點(diǎn)陣的圖形液晶模塊。風(fēng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)，電機(jī)處于大馬拉小車狀態(tài)，造成極大的能源浪費(fèi)。 變頻調(diào)速是現(xiàn)代微電子技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的新技術(shù)。對(duì)于現(xiàn)實(shí)PWM 變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的要求越來(lái)越高、高頻化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、安全化成為其發(fā)展方向。根據(jù)控制系統(tǒng)的目標(biāo)需求，隊(duì)控制軟件