【正文】 主要清除剛開(kāi)機(jī)時(shí)的誤動(dòng)作。圖48 電源及控制電路 電機(jī)驅(qū)動(dòng)在控制系統(tǒng)中，步進(jìn)電機(jī)使用非常廣泛。區(qū)別于其他電機(jī)的最大特點(diǎn)是：它通過(guò)輸入脈沖信號(hào)來(lái)控制，即電機(jī)的總轉(zhuǎn)動(dòng)角度由輸入脈沖數(shù)決定，而電機(jī)的轉(zhuǎn)速由脈沖頻率決定[18]。 驅(qū)動(dòng)電路：電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路主要由驅(qū)動(dòng)芯片組成，有前面的可知：本系統(tǒng)使用的電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片是UC3717A。Aout和Bout于電機(jī)相連。軟件采用模塊化設(shè)計(jì)，各個(gè)模塊完成特定的功能，由單片機(jī)以命令的形式統(tǒng)一調(diào)用。聲光報(bào)警的程序也由主程序和通訊中斷程序兩部分組成，主程序根據(jù)主控系統(tǒng)傳送來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并按規(guī)定格式顯示、循環(huán)掃描并轉(zhuǎn)到相應(yīng)的處理程序，通過(guò)中斷程序則完成與主控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換功能。 56 結(jié)論本課題主要了研究礦山通風(fēng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，其中給出了CO、風(fēng)速、溫度、粉塵傳感器的設(shè)計(jì)，通過(guò)單片機(jī)的命令將結(jié)果通過(guò)顯示器及報(bào)警傳送給管理人員進(jìn)行操作。在硬件設(shè)計(jì)過(guò)程中，主控制器選用性能較好的16位MSP430微控制器，外圍電路設(shè)計(jì)均采用目前較為成熟、廣泛的電路，使系統(tǒng)控制性能大大提高。從總體上說(shuō)，將基于單片機(jī)控制技術(shù)應(yīng)用在通風(fēng)系統(tǒng)中建立智能控制系統(tǒng)是可行的，具有自動(dòng)化水平高、節(jié)約能耗等特點(diǎn)，有很好的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，為以后礦山通風(fēng)自動(dòng)化的發(fā)展提供了理論上的依據(jù)。 2. 基于MSP430內(nèi)核的處理器功能強(qiáng)大，還可以在現(xiàn)有基礎(chǔ)上加入其它功能，使數(shù)據(jù)采集，人機(jī)接口，風(fēng)機(jī)控制，數(shù)據(jù)通信等多任務(wù)并行處理，增強(qiáng)處理器工作的實(shí)時(shí)性，使得系統(tǒng)工作效率更高。本研究及學(xué)位論文是在我的導(dǎo)師施云波老師的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。同時(shí)也要謝謝在一起愉快的度過(guò)畢業(yè)論文小組的同學(xué)們，正是由于你們的幫助和支持，我才能克服一個(gè)一個(gè)的困難和疑惑，直至本文的順利完成。 the extraction rooms are ?lled and a new level further down along the decline is bored. All equipment have to be moved and recon?gured in the new level. Hence mining is like a mobile process industry. Obviously there is a clear economic bene?t in fast remissioning of the ventilation control system. In this context, the idea of having wireless access to the sensors as well as fan control inputs is quite natural. Moreover, wiring is unfeasible in the extraction rooms because of blasting and drilling operations.III. CONTROL OBJECTIVES AND PROPOSED WIRELESSCONTROL ARCHITECTURECurrently, the ventilation is achiev。祝恩師身體健康，家庭幸福！感謝論文中引文的原作者，他們都是學(xué)術(shù)界的名師大家，大師風(fēng)范，高山仰止。施老師不僅在學(xué)業(yè)上給我以精心指導(dǎo)，同時(shí)還在思想、生活上給我以無(wú)微不至的關(guān)懷，在此謹(jǐn)向施老師致以誠(chéng)摯的謝意和崇高的敬意。如果在控制算法上再做出進(jìn)一步研究，本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)會(huì)更具有意義。針對(duì)本文的研究結(jié)果，今后有條件時(shí)可以在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行全面的測(cè)量，這樣可以對(duì)這些理論成果加以補(bǔ)充完善，以便更好的在實(shí)際系統(tǒng)中運(yùn)行。分別研究了一氧化碳測(cè)量、風(fēng)速測(cè)量、溫度測(cè)量、粉塵檢測(cè)及聲光報(bào)警、電機(jī)驅(qū)動(dòng)。 完成的主要工作有：1. 本課題主要應(yīng)用單片機(jī)控制技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)，控制礦山井下污染物濃度。千萬(wàn)不要?jiǎng)h除行尾的分節(jié)符，此行不會(huì)被打印。主控系統(tǒng)的程序由主程序和中斷服務(wù)程序組成，主程序控制MSP430微機(jī)控制器的主要工作流程，完成實(shí)現(xiàn)模擬量的采集和相應(yīng)數(shù)據(jù)處理，控制計(jì)算，控制命令的發(fā)出以及限制、保護(hù)等功能。 軟件設(shè)計(jì)總體結(jié)構(gòu)軟件有以下四個(gè)主要部分：主程序、串口接收中斷服務(wù)程序、外中斷服務(wù)程序、A/D中斷服務(wù)程序、定時(shí)器中斷服務(wù)程序。由于UC3717A包含1個(gè)H橋，因此使用兩個(gè)UC3717A就能構(gòu)成完整的驅(qū)動(dòng)電路，如圖410所示：圖410 驅(qū)動(dòng)電路圖410所示是驅(qū)動(dòng)電路的一部分，因?yàn)閁C3717A芯片只有一個(gè)H橋，因此完成整個(gè)驅(qū)動(dòng)電路需要兩個(gè)圖中的電路。 由圖48可以看到，該電源電路很簡(jiǎn)單，只需要簡(jiǎn)單的外圍器件。步進(jìn)電機(jī)是數(shù)字控制電機(jī)，它將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變成角度，即給一個(gè)脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，因此非常適合單片機(jī)的控制。 電路元件：電路中V1采用LM321，V2為10106，V3為NE556，V4為1011。瞬時(shí)高濃度極限報(bào)警電路比較器由V1b構(gòu)成，R11，R12，R13構(gòu)成的分壓器給定基準(zhǔn)電壓，當(dāng)放大器U送來(lái)的信號(hào)超過(guò)此基準(zhǔn)電壓時(shí)，V1b動(dòng)作，一路送至顯示電路，一路送至報(bào)警和控制電路，使它們動(dòng)作。當(dāng)空氣中CO濃度維持在此報(bào)警限上達(dá)到一定時(shí)間后，啟動(dòng)聲光報(bào)警電路并使驅(qū)動(dòng)電路工作帶動(dòng)排氣風(fēng)扇工作，或使其他空氣交換設(shè)備工作，及時(shí)稀釋排除污濁空氣。元件上加有按一定周期變化的+5V或+3V的加熱電源，期中+5V用于清洗，+3V用于檢測(cè)。 聲光報(bào)警本裝置中通過(guò)對(duì)礦井空氣中的CO含量的測(cè)定和時(shí)間的測(cè)定，可實(shí)現(xiàn)對(duì)高濃度下的急性CO中毒進(jìn)行瞬時(shí)報(bào)警和對(duì)低濃度下由于累積效應(yīng)而產(chǎn)生的慢性CO中毒進(jìn)行累積報(bào)警。 液晶顯示器本系統(tǒng)采用的液晶為JHD12864，其主要技術(shù)參數(shù)及特性如下：(1) 點(diǎn)陣數(shù)為128*64，可顯示漢字及圖形，內(nèi)置國(guó)標(biāo)GB2312碼簡(jiǎn)體中文庫(kù)（16*16點(diǎn)陣）8192個(gè)漢字、128個(gè)字符（8*16點(diǎn)陣）及64*256點(diǎn)陣顯示RAM（GDRAM）； (2) 可與CPU直接接口，提供兩種方式來(lái)連接微處理器； (3) 8位并行及串行兩種連接方式，具有多種功能； (4) 光標(biāo)顯示、畫(huà)面移位、睡眠模式等；12864模塊有20個(gè)管腳，管腳功能及定義如表41：表41 12864引腳說(shuō)明引腳序號(hào)引腳名稱(chēng)狀態(tài)引腳功能1VSS液晶模塊的電源地 2VDD液晶模塊的電源正3V0液晶驅(qū)動(dòng)電壓的輸入端4RS(CS)H/L并行方式時(shí)為指令/數(shù)據(jù)選擇信號(hào) 5R/W(SID)H/L并行時(shí)為讀寫(xiě)選擇信號(hào)；串行時(shí)為數(shù)據(jù)口6E(CLK)H/L并行的使能信號(hào)；串行的同步時(shí)鐘714DB0DB7H/L并行狀態(tài)下的數(shù)據(jù) 0～數(shù)據(jù) 715PSBH/L并/串行接口選擇：H并行；L串行16﹑18空腳17/RETH/L復(fù)位引腳，低電平有效 19LED_A背光源正極（LED+5V）20LED_K背光源負(fù)極（） 液晶的并行與串行區(qū)別在于：并行需要8根數(shù)據(jù)線，而串行只需要一根數(shù)據(jù)線，但是并行的速度要遠(yuǎn)大于串行，在I/O端口夠用的前提下應(yīng)盡量選用并行方式。而430單片機(jī)因?yàn)橐M(jìn)了flash和JTAG技術(shù)，使其可以在線調(diào)試，而且430單片機(jī)的JTAG制作相對(duì)來(lái)說(shuō)是最簡(jiǎn)單的，價(jià)格最低的，只需通過(guò)電腦的并口利用一個(gè)芯片和幾個(gè)電阻、電容就可以實(shí)現(xiàn)；而且在芯片的熔絲位燒斷后還可以通過(guò)bootloader下載程序[16, 17]。第三個(gè)原因是開(kāi)發(fā)工具簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉。430的單片機(jī)有多種中斷源供選擇，而且各個(gè)中斷可以實(shí)現(xiàn)任意嵌套，430單片機(jī)從低功耗模式到被中斷喚醒只需要6us。被廣泛應(yīng)該的第二個(gè)原因是芯片內(nèi)部功能模塊齊全。430單片機(jī)具有豐富的尋址方式：7種源操作數(shù)尋址、4種目的操作數(shù)尋址；具有較高的處理速度，例如MSP430F1XX系列單片機(jī)在8MHz的晶體振蕩器驅(qū)動(dòng)下，其指令周期僅為125ns。 美國(guó)的TI（德州儀器）公司于1996年開(kāi)始推出一種16位的超低功耗的混合信號(hào)處理器MSP430單片機(jī)，MSP的意思是Mixed Signal Processor。我們生活中常用的電腦由CPU、主板、內(nèi)存、硬盤(pán)等組成，其功能強(qiáng)大，運(yùn)算速度快。在核心板處理部分單片機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的重點(diǎn)，單片機(jī)負(fù)責(zé)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的控制，對(duì)數(shù)據(jù)處理。本文采用由LF398及LM3805構(gòu)成的采樣/保持電路，如圖314所示，它具有采樣速度快，保持電壓下降速度慢以及精度高等特點(diǎn)。其連接電路如圖311。由于是微弱信號(hào)的放大信號(hào)很容易被噪聲等淹沒(méi)，因此盡量將最大放大增益放在第一級(jí)，即轉(zhuǎn)換級(jí)。光電轉(zhuǎn)換的基本原理是利用光電轉(zhuǎn)換器件，當(dāng)被測(cè)光照射到光探測(cè)器上時(shí)，產(chǎn)生相應(yīng)的光電流，將光信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)。它是由本征硅材料摻入濃度約為1016~1019個(gè)/cm3雜質(zhì)原子制成的。衡量光電探測(cè)器主要性能的參數(shù)有兩個(gè)：一個(gè)是響應(yīng)時(shí)間，一個(gè)是暗電流。這就是透射式光學(xué)粉塵濃度監(jiān)測(cè)的依據(jù)。（37）： (37) 這里c表示物質(zhì)的濃度，為物質(zhì)單位濃度的消光系數(shù)，該系數(shù)只與粉塵顆粒的性質(zhì)（如塵粒的直徑、塵粒物質(zhì)的折射率）有關(guān)，而與粉塵濃度無(wú)關(guān)。透射式光學(xué)測(cè)塵儀就是以朗伯比爾定律為基礎(chǔ)，通過(guò)測(cè)量入射光強(qiáng)與出射光強(qiáng)，經(jīng)過(guò)計(jì)算得到粉塵濃度[17]。圖38 風(fēng)速傳感器電路連接 此電路的100Ω電阻在PCB布局的時(shí)候要注意位置，一定要離單片機(jī)的A/D端口近，～2V的電壓會(huì)因?yàn)榈仉妷浩贫档汀１鞠到y(tǒng)采用的風(fēng)速傳感器為WD4110型號(hào)，該型號(hào)風(fēng)速變送器是專(zhuān)為測(cè)量管道風(fēng)速進(jìn)行研發(fā)，分為測(cè)量管道平均風(fēng)速的笛形皮托管風(fēng)速變送器和熱線式風(fēng)速變送器，WD4110在低風(fēng)速下仍能保證高精度測(cè)量，具有抗污染能力強(qiáng)，安裝簡(jiǎn)便，性?xún)r(jià)比高，維護(hù)成本低等優(yōu)點(diǎn)。用皮托管式風(fēng)速傳感器測(cè)出的壓差信號(hào)與空氣流速呈二次曲線關(guān)系，其數(shù)學(xué)表達(dá)式如式(35)： ΔP=(Kρ/2)V2 (35)其中：ΔP—皮托管式風(fēng)速傳感器的輸出壓差，Pa； K—皮托管式風(fēng)速傳感器放大系數(shù)，K值最大為3，一般K≤2； V—測(cè)點(diǎn)處氣流的速度，m/s； ρ—流體密度，kg/m3； 皮托管式風(fēng)速傳感器由銅管或不銹鋼管制成，其外徑越小對(duì)氣流干擾越小，測(cè)量精度越高。不怕污染，耐腐蝕，價(jià)格極其經(jīng)濟(jì)。頂端的小孔與側(cè)面的小孔分別與兩條互不相通的管路相連。皮托管根據(jù)流體流動(dòng)引起的壓差進(jìn)行流速檢測(cè)。內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理如圖35所示。 原理和內(nèi)部結(jié)果 DS18B20的測(cè)溫原理為：內(nèi)部計(jì)數(shù)器對(duì)一個(gè)受溫度影響的振蕩器的脈沖計(jì)數(shù)，低溫時(shí)振蕩器的脈沖可以通過(guò)門(mén)電路，而當(dāng)?shù)竭_(dá)某一設(shè)置高溫時(shí)，振蕩器的脈沖無(wú)法通過(guò)門(mén)電路。 溫度的測(cè)量控制 DS18B20本系統(tǒng)選擇數(shù)字溫度傳感器為DS18B20。10nA/ppm，將探頭輸出的電流信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)并進(jìn)行放大，放大采用LM2904，本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)放大倍數(shù)為2000，對(duì)應(yīng)0～100ppm輸出0～177。根據(jù)檢出氣體的不同，有時(shí)會(huì)對(duì)干涉型氣體具有很高的選擇性。 傳感器結(jié)構(gòu) 一般電化學(xué)式氣體傳感器，由作為電極的檢知電極，參照對(duì)向電極、電解液、電解液保持體、除去干涉氣體用的活性炭過(guò)濾網(wǎng)，讀取電極信號(hào)用的貴金屬線和電極腳等構(gòu)成。氣體濃度電壓下降明顯，成為電化學(xué)傳感器直線輸出的阻礙原因。在此檢知電極和對(duì)向電極同外部電路相結(jié)合，電子從檢知電極向?qū)ο螂姌O流動(dòng)，氫離子在電解液中移動(dòng)接受對(duì)向電極側(cè)的電子，發(fā)生如 （32）式的化學(xué)反應(yīng)生成水。本系統(tǒng)選擇的CO傳感器屬于三電極電化學(xué)式傳感器。 本章小結(jié) 本章介紹了礦山通風(fēng)的總體設(shè)計(jì)，以及軟硬件設(shè)計(jì)的要求和原則。其目的是使各模塊之間任務(wù)分工明確，易于編寫(xiě)，通讀性強(qiáng)，糾錯(cuò)和調(diào)試方便，又能實(shí)現(xiàn)軟件的自診斷，提高了軟件的易理解性和易維護(hù)性，這樣使軟件層次結(jié)構(gòu)清晰，有利于軟件的調(diào)試修改。 軟件設(shè)計(jì)原則應(yīng)用系統(tǒng)中的應(yīng)用軟件是根據(jù)系統(tǒng)功能要求設(shè)計(jì)的，應(yīng)該可靠地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的各種功能。相反，提高軟件功能可以降低硬件的造價(jià)，提高靈活性和適應(yīng)性，但相應(yīng)速度要下降，軟件設(shè)計(jì)費(fèi)用和所需的存儲(chǔ)器容量要增加。 硬件設(shè)計(jì)原則 設(shè)計(jì)要求硬件電路是設(shè)計(jì)工作的基礎(chǔ)，其設(shè)計(jì)的好壞，將直接影響到監(jiān)控系統(tǒng)的性能好壞。在本系統(tǒng)中，將所有傳感器均設(shè)計(jì)成智能型傳感器，智能傳感器集數(shù)據(jù)采集、發(fā)送于一體。系統(tǒng)由以下幾大部分組成：CO濃度測(cè)量部分、溫度測(cè)量部分、風(fēng)速測(cè)量部分、粉塵檢測(cè)部分、聲光報(bào)警、顯示部分、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、以430單片機(jī)為核心的數(shù)據(jù)采集、處理、控制部分。第2章 設(shè)計(jì)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 為了徹底解決目前礦井通風(fēng)管理存在的效率低下、浪費(fèi)人力資源的問(wèn)題，加快信息傳遞、交換和處理速度，保證其可靠性、方便性，實(shí)現(xiàn)管理的自動(dòng)化、現(xiàn)代化，有必要設(shè)計(jì)了一套礦井通風(fēng)安全自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，它可以利用現(xiàn)代最新的科技手段和電子計(jì)算機(jī)技術(shù)，可以全面、實(shí)時(shí)、有效的對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)記錄、處理、存儲(chǔ)和報(bào)警?？梢匀〉昧己玫纳鐣?huì)效益和經(jīng)濟(jì)效，不僅能顯著改善井下生產(chǎn)環(huán)境，減少一線生產(chǎn)工人的矽肺病發(fā)病率和中毒等事故，同時(shí)可以減少井下通風(fēng)的投資和運(yùn)行費(fèi)用，減輕通風(fēng)管理人員的勞動(dòng)度。隨著集成電路的出現(xiàn)，推動(dòng)了時(shí)分制技術(shù)的發(fā)展，第3代產(chǎn)品就是以時(shí)分制為基礎(chǔ)的煤礦監(jiān)控系統(tǒng)，最有代表性的是英國(guó)的MINOS系統(tǒng)，該系統(tǒng)很快占領(lǐng)歐美市場(chǎng)，使煤礦監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展上了一個(gè)大臺(tái)階。這樣傳輸信道電纜芯線大大減少，很快將第1代空分制系統(tǒng)取代，最有代表性的是西德H+F公司的TF200系統(tǒng)。因此東歐的波蘭把技術(shù)引入本國(guó)，產(chǎn)生可測(cè)20個(gè)點(diǎn)的CMM20，后來(lái)又把測(cè)點(diǎn)擴(kuò)展到128個(gè)點(diǎn)，形成了新的系統(tǒng)即CMC1系統(tǒng)[1,5]。1981年美國(guó)海爾（）所著《礦井通風(fēng)工程》一書(shū)是以熱力學(xué)理論為基礎(chǔ)，闡述礦內(nèi)風(fēng)流運(yùn)動(dòng)規(guī)律的