【正文】 4 整個煤礦安全檢測系統(tǒng)簡介 …… 4 檢測系統(tǒng)硬件設計 …… 4 檢測系統(tǒng)軟件流程圖 …… 5 AT89C52 單片機基本知識 …… 6 看門狗電路 …… 10 A/D 轉(zhuǎn)換電路 …… 11 開關量輸入 …… 15 開關量輸出 …… 16 穩(wěn)壓電源電路 …… 18 LED 顯示電路 …… 18 地址開關電路 …… 20 聲光報警電路 …… 20 主程序流程圖 …… 23 中斷子程序流程圖 …… 24 數(shù)據(jù)采集子程序流程圖 …… 25 數(shù)字濾波子程序流程圖 …… 25 3 硬件電路設計 …… 10 4 系統(tǒng)的軟件設計 …… 23 壓力標度變換流程圖 …… 26 III 畢業(yè)設計（論文） 5 總結(jié) …… 28 參考文獻 …… 29 致謝 …… 錯誤！未定義書簽。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)設備運行狀 態(tài)的監(jiān)測、監(jiān)控等。 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裝備與管理水平。 電子技術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。 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、靈敏度高、響應時間快、測量精度高、不受溫度和濕度影響等優(yōu)點。向小型化、多參數(shù)、多功 能、智能化的方向發(fā)展。 同時它也是傳輸系統(tǒng)的關鍵設施， 各種數(shù)據(jù)都要通過它與地面中心站進行通訊。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。單片機通過多路選擇器(8 選 1 開關)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)對井下設備的 控制。 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雜控制應用場合。1000 次擦寫周期 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。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。 在此期間，當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將跳過兩次 PSEN 信號。XTAL1：振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。 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)。 本系統(tǒng)采用一片 AT89C52 單片機控制。如果在 內(nèi)沒有觸發(fā)該電路（即第(6)步無脈沖輸入） ，則 第(8)腳輸出一個低電平信號。 RESET +5V 2 VCC 3 GND PFO PFI WDO 5 4 8 6 WDI 7 RESET 1 MR MAX813L 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。A/D 單元組成框圖如圖 33。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。 它由一塊 LM324 四運放集成電路和部分阻容元件組成。 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。 開關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。因此，雙耦合器開關量輸入可監(jiān)測設備的接通、斷開、斷 線三種狀態(tài)。 當開入口接入觸點信號時， 只需將相應輸入口上的光電耦合器的輸入與輸出用跳接 線短接即可。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，二極管均不能導通。 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。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。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。 分站地址開關是個 8 位開關， 每位開關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。 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€緩沖 門作為音頻切換開關。 主程序流程圖 主程序主要進行初始化、 分配內(nèi)存單元即設置定時器的參數(shù)， 為系統(tǒng)工作創(chuàng)造條件。流程圖如下圖 42： 圖 42 中斷子程序流程圖 24 畢業(yè)設計（論文） 數(shù)據(jù)采集子程序流程圖 本設計中有很多傳感器，由于對這些傳感器進行采集，以及對數(shù)據(jù)的處理所采用的 方法是一樣的。 根據(jù)上述算法，設傳感器的量程， 相應的壓力轉(zhuǎn)換子程序就可以編出來。 2)采用了 7815 和 7805 穩(wěn)壓器，全面的保證了系統(tǒng)的電源供應。其次是計算機的操作方面，能很熟練地應用各種軟 件，進步很大，這對我以后的學習和工作有很大的幫助。 在此，我再一次的向這些幫助過我的人說一聲謝謝，真的非常感謝！ ！ ***** 2008 年 6 月 5 日 301。我們都是分階段完成這次設計的，每個階段我們都需把做好的電子 檔的文件交給他，然后由他給我們做出評價，指出其中的不足并加以改正。系統(tǒng)的軟件由主程序、中斷服務程序和控制子程序等組成。通過這次畢業(yè)設計，培養(yǎng)了自己查閱資料的能力，加深了自己 對四年來所學的專業(yè)知識的印象，并能將之和實踐想結(jié)合，將更為深入地了解和掌握專 業(yè)知識，為日后自己的工作打下了堅實的基礎。 采集子程序的流程圖如下 43： 圖 43 數(shù)據(jù)采集子程序流程圖 數(shù)字濾波子程序流程圖 考慮到本設計所采樣的東西其隨機性很大， 某一次采集到的數(shù)據(jù)很有可能與其 25 畢業(yè)設計（論文） 他次才具到的數(shù)據(jù)相差甚遠。主程序的流程圖為圖 41： 圖 41 主程序流程圖 23 畢業(yè)設計（論文） 中斷子程序流程圖 該系統(tǒng)的采樣周期為 10s，因此需要多個定時器才能保證可靠定時。當瓦斯?jié)舛瘸瑯藭r，單片機使 產(chǎn)生高電平，輸入到與非門，振蕩器起振，使報警揚聲器每秒發(fā)出兩種不同頻率的 報警聲，并且報警燈每秒閃爍一次。 當?shù)刂烽_關設定后，一旦 CONFIG 低電平使能時，則閉合的那一路所對應的 總線 位必然是低電平，而未閉合的那一路所對應的總線位必然是高電平。 在此，利用串行口擴展一個 8 位的 LED 顯示器，硬件電路如圖 318。由于它具有顯 示清晰、亮度高、使用電壓低、壽命長的特點，因此使用非常廣泛。 當 MPU 對鎖存器 DIG0 低電平使能時， 當前數(shù)據(jù)總線上的內(nèi)容被觸發(fā)器鎖存在鎖存 器輸出端。當 MPU 對 RLY 使能時，沒有吸合繼電器的控制點 C 仍與常閉點 NC 相接，此路二極管 D 導通，使其所對應的總線上的這一位為低電平。開關量輸出主要由驅(qū)動器、顯示電路和繼電器電路組成，電路原理框圖 312。 15 畢業(yè)設計（論文） 圖 311 雙耦合器開關原理圖 IC1 與 IC2 接在同一個與非門的輸入端。 圖 310 開關量輸入工作原理框圖 光電耦合開入電路直接與開停狀態(tài)檢測傳感器相接， 將接受到的電流信號或觸點信 號，經(jīng)光電隔離轉(zhuǎn)換成標準的 TTL 電平信號。74HC244 為 8 路數(shù)據(jù)緩沖器，把 A/D 輸出的數(shù)據(jù)與總線可靠地連接，消 除時序的誤差。 13 畢業(yè)設計（論文） 圖 37 6 阻抗匹配電路 . A/D 轉(zhuǎn)換電路：A/D 轉(zhuǎn)換器由 CMOS8 位 8700CJ 轉(zhuǎn)換器、74HC244 緩沖器和 74LS74 雙 D 觸發(fā)器組成。其作用如同開關一樣，俗稱模擬開關。當接入 1～ 5mA 電流信號時，將 E 接在 A 的位置上，在 200 歐姆的電阻上產(chǎn)生 ～1V 的電壓信 號；當接入 4～20mA 電流信號時，E 接在 C 的位置上，即在 250 歐姆電阻上 產(chǎn)生 1～ 5V 的電壓信號；當接入 0～1V 或 0～5V 電壓信號時，E 都接在 B 的位置上，在 47 千 歐姆的電阻上仍然是 0～1V 或 0～5V 電壓信號。把分壓接到未穩(wěn)壓的直流電源是為了更早地對電源故障告警。 4） 時，第(5)腳輸出一個低電平信號。 看門狗電路 幾乎所有的單片機都需要復位電路，對復位電路的基本要求是：在單片機上電時能 可靠復位，在下電時能防止程序亂飛導致 EEPROM 中的數(shù)據(jù)被修改；另外，單片機系 統(tǒng)在工作時，由于干擾等各種因素的影響，有可能出現(xiàn)死機現(xiàn)象導致單片機系統(tǒng)無法正 常工作，為了克服這一現(xiàn)象，除了充分利用單片機本身的看門狗定時器（有些單片機無 看門狗定時器）外，還需外加個看門狗電路；除此以外，有些單片機系統(tǒng)還要求在掉電 瞬間單片機能將重要數(shù)據(jù)保存下來，因掉電