【正文】 數(shù)據(jù)集中器中的程序也采用 C5l 語言編寫，主要完成以下幾個功能：①對每個班次的生產量進行計數(shù)、存儲以及絞車運行狀況的實時監(jiān)測；②載波通信程序設計，設置定時中斷，定時抄讀所有終端所屬設備的運行數(shù)據(jù)并存儲，數(shù)據(jù)類型包括當前實時數(shù)據(jù)記錄、日數(shù)據(jù)記錄、月數(shù)據(jù)記錄、報警記錄及時間標識等，另外還具有設備參數(shù)設置程序等；③報警判斷程序的設計；④鍵盤及液晶顯示程序的設計，通過鍵盤可設置下屬終端設備參數(shù)，包括瓦斯報警濃度、溫度報警值、壓力報警值、數(shù)據(jù)存儲周期、班次交接時間等參數(shù)；⑤與計算機經(jīng)本地串口進行串行通信。但這樣調整只可保證在 0℃或 25℃附近有較高精度。例如，若在共陰 LED 管的SP、g、f、e、d、c、b、a 管腳上分別加上 7FH 控制電平（即 SP 上為 0 伏，不g f bae d c dpgndgnd17 / 42亮；其余為 TTL 高電平，全亮） ，則 LED 顯示管顯示字形“8”.7FH 是按SP、g、f、e、d、c、b、a 順序排列后的十六進制編碼（0 為 TTL 低電平，1 為TTL 高電平） ，常稱字形碼。 MCS—51 對 ADC0809 的接口 8031 是和 ADC0809 直接相連的，如圖 38 所示：由圖可見，START 和 ALE互連可使 ADC0809 在接受模擬量路數(shù)地址時啟動工作。 2. ADDA、ADDB、ADDC：3 位地址輸入線，用于選通 8 路模擬輸入中的一路 ALE：地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效。OE 也是一條由用戶控制的輸入線，若給 OE 線上輸入一個TTL 高電平，則數(shù)據(jù)線 O7～O0 處于高阻狀態(tài)；若給 OE 線上輸入一個 TTL 低電平，則 O7～O0 處于讀出狀態(tài)。TR0 狀態(tài)可由用戶通過程序設定：若使 TR0=1，則定時器 T0 立即開始計數(shù)；若 TR0=0，則定時器 T0 停止計數(shù)。例如，若定時器 T0 定時時間設定為 10ms，則 CPU 每響應一次 T0 輸出中斷請求就可在中斷服務程序中使 1/100s單元加 1，100 次中斷后 1/10s 的能源清零的同時使秒單元加 1，以后則重復上述過程。（3）ALE/PROG：地址鎖存允許/編程線。溫度傳感器 AD590CO2 傳感器 8051ADC0809瓦斯傳感器外擴 I/O(8155) 功能指示外擴 ROM (2764)聲光報警顯示鍵盤圖 3—1 系統(tǒng)框圖 8051 單片機的介紹 8051 單片機的基本結構及管腳說明8051 單片機通常有兩種封裝：一種是雙列直插式封裝，一種是方形封裝。與原有同系列的 AD574A/674A 相比,AD1674 的內部結構更加緊湊,集成度更高,工作性能（尤其是高低溫穩(wěn)定性）也更好,而且可以使設計板面積大大減小,因而可降低成本并提高系統(tǒng)的可靠性。外殼結構采用了高強度的不銹鋼材料，增強了傳感器的抗沖擊能力。 二氧化碳檢測傳感器的選擇方案一： TGS4160 集成傳感器。利用物質各種物理性質隨溫度變化的規(guī)律把溫度轉換為電量的傳感器。 煤礦安全生產的發(fā)展趨勢作為煤炭行業(yè)唯一的大型綜合性科研機構和技術創(chuàng)新基地，煤炭科學研究總院近年來以瓦斯、火災、水災、頂板和機電等煤礦事故發(fā)生因素為重點研究對象，承擔了我國煤礦安全６０％的科研項目，取得了上百項技術成果，為煤礦安全生產提供了有力的技術、工藝和裝備支撐。近幾年，一些煤礦由于經(jīng)濟困難、資金緊張，降低維簡費和安全技措資金的提取標準，安全投入嚴重不足，安全欠賬多。其中，國有重點煤礦生產煤炭 52．16 億 t，事故死亡 6357 人，平均百萬噸死亡率為 1．22；國有地方煤礦產煤 22．77 億 t，事故死亡 10329 人，平均百萬噸死亡率為 4．54；鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦產煤 50．26 億 t，事故死亡 47673 人，百萬噸死2 / 42亡率為 9．49。瓦斯、二氧化碳、溫度等則成為礦井開采中安全最大的威脅。（2）瓦斯或二氧化碳濃度超過 1%時，發(fā)出橙色聲光報警。（3）瓦斯或二氧化碳濃度超過 %時，發(fā)出紅色聲光報警。瓦斯爆炸有一定的濃度范圍，我們把在空氣中瓦斯遇火后能引起爆炸的濃度范圍稱為瓦斯爆炸界限。詳細情況見表 1－1。一些煤礦通風系統(tǒng)及配套設施不完善，致使礦井通風能力不足；有些高瓦斯礦井監(jiān)控系統(tǒng)不完善或沒有安裝監(jiān)控系統(tǒng)。在地質災害防治、內外因火災的控制與預防、瓦斯煤塵爆炸與塵害防治、礦山防災救災、煤礦應急救災、礦山安全評價等方面，已形成了先進的技術研發(fā)體系與成套裝備。溫度傳感器是溫度測量儀表的核心部分，品種繁多，按測量方式可分為接觸式和非接觸式兩大類。FIGARO（弗加羅）公司生產的 TGS4160 集成傳感器是一種固態(tài)電化學性CO2 傳感器。方 案 二 ：瓦 斯 傳 感 器 MJC4/（ MC112）瓦 斯 傳 感 器 MJC4/ 根 據(jù) 催 化 燃 燒 效 應 的 原 理 工 作 。在本設計中，我們選擇 ADC0809。本系統(tǒng) 8051 單片機采用雙列直插式 40 引腳封裝結構，其引腳功能共可分為端口線、電源線和控制線三類。 當作為 ALE 使用時，為訪問外部程序存儲器的低 8 位地址封鎖信號，輸出正脈沖，利用其下降沿實現(xiàn)地址鎖存，以便空出 ~ 引線去傳送隨后而來的片外存儲器讀寫數(shù)據(jù)。定時器溢出中斷常用于需要進行定時控制的場合。TR1 為定時器 T1 的啟?？刂莆唬坏刂窞?8EH，其作用和 TR0 相同。（4 條） 。 START： A／D 轉換啟動脈沖輸入端，輸入一個正脈沖（至少 100ns 寬）使其啟動（脈沖上升沿使 0809 復位，下降沿啟動 A/D 轉換） 。START 啟動信號由8031WR 和譯碼器輸出端 F0H 經(jīng)或門 M2產生。因此，LED 上所顯示的字形不同，相應的字形碼也不一樣。19 / 42 圖 311 AD590 的封裝形式和基本應用電路 二、溫差測量電路及其應用 圖 312 是利用 AD590 測量溫度的電路。程 序 初 始 化 及 自 檢模擬量的 A \ D 轉化 、 開關量采集及儲存超過報警閥值 ？收到集中器幀 ？主電源掉落 ？串口收到命令 ？收到聲光報警并記錄（ 帶時標 ）回應集中器幀并執(zhí)行操作命令電源監(jiān)測管理并接通備用電源回應幀并執(zhí)行操作命令NYNNNYYY圖 43 數(shù)據(jù)采集程序流程圖 鍵盤掃描子程序鍵盤掃描子程序有兩方面功能：（1）判別鍵盤上是否有鍵按下。程序流程圖見圖 43?；蛟谑覝叵?25℃)條件下調整電位器,使VO=+25=（mV） 。八段 LED 數(shù)碼顯示管是通過同名管腳上所加電平的高低來控制發(fā)光二極管是否點亮從而顯示不同字形的。VREF(+)和 VREF()常接地或負電源電壓。14 / 42圖 36 ADC0809 內部邏輯結構 引腳功能圖 37 ADC0809 引腳圖 ADC0809 采用雙列直插式封裝，圖 37 為 ADC0809 管腳圖，共有 28 條引腳： 1. IN0～IN7（8 條） IN0～IN7 為 8 路模擬電壓輸入線，用于輸入被轉換檔模擬電壓，被選通路與地址的關系如表 31 所示。允許輸入線 OE。（3）TR0 和 TR1:TR0 為定時器 T0 的啟?？刂莆?、位地址為 8CH。定時器 T0/T1 的定時時間可由用戶通過程序設定，以便CPU 在定時器溢出中斷服務程序內進行計時。在執(zhí)行訪問片外 ROM 的指令 MOVC 時，8031自動在 PSEN 上產生一個負脈沖，用于為片外 ROM 的選通，其它情況下 PSEN 均為高電平封鎖狀態(tài)。本系統(tǒng)采用 8051 作為控制核心來檢測煤礦中CO瓦斯的濃度以及溫度，其中溫度傳感器采用了 AD590，瓦斯傳感器采用GJ(B)煤礦用低濃度瓦斯傳感器。該芯片內部自帶采樣保持器（SHA） 、10 伏基準電壓源、時鐘源以及可和微處理器總線直接接口的暫存/三態(tài)輸出緩沖器。具有故障自檢功能，使用、維護方便。綜上所述,這里選擇 AD590 溫度傳感器檢測溫度。能感受溫度并轉換成可用輸出信號的傳感器。有關業(yè)務部門監(jiān)督檢查不力。(3)“一通三防”工作滑坡，安全欠賬多，礦井總體防災能力下降。 煤礦事故統(tǒng)計據(jù)煤炭工業(yè)經(jīng)濟運行中心的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，在 1990～2022 年的 11 年間，全國煤礦共生產煤炭 126．83 億 t，共死亡 66196 人，平均百萬噸死亡率為 5．22。煤炭作為一種重要的能源，在煤炭開采中采取現(xiàn)代安全監(jiān)測措施在煤炭開采中勢在必行。報警上線指標如下；（1）瓦斯或二氧化碳濃度超過 %時，發(fā)出綠色聲光報警。（4）溫度超過 26℃，發(fā)出紅色聲光報警。瓦斯爆炸界限為 5％～16％ 。安全狀況最好的一年是 1992 年，全年共死亡 4942 人，當年全國煤礦共生產煤炭 10．61 億 t，百萬噸死亡率為 4．65。今年以來組織的兩次安全大檢查發(fā)現(xiàn)，貴州、黑龍江、陜西、江西等省區(qū)的國有重點煤礦都程度不同地存在著“一通三防”監(jiān)測系統(tǒng)不完善、設備老化等問題，礦井防災能力嚴重下降，重大事故隱患增多。 煤科總院配合國家有關部委，組織了一批煤礦安全重大科技項目。利用一般熱敏電阻還需要另外設計連接電路，并要進行溫度修正，故考慮選擇溫度傳感器。該器件除具有體積小，壽命長，選擇性和穩(wěn)定性好等特性外，同時還具有耐高濕和耐低溫等特點。 靈 敏 度 20～ 40 mV/1%甲 烷 ， 工 作 電 壓 V177。 顯示電路的選擇顯示電路可采用液晶 LCD，也可采用數(shù)碼管 LED，本系統(tǒng)由五位顯示，故可采用五位數(shù)碼管組成顯示電路。芯片結構如下圖 32 所示。當不訪問外部存儲器時，ALE 仍以振蕩器 1/6 頻率周期性的出現(xiàn)，此時可作為輸出時鐘信號使用，對于在片外 EPROM 編程時，從此引腳輸出編程脈沖信號。 串行口中斷源由 8031 內部串行口中斷源產生，故也是一種內部中斷源。（4）TF0 和 TF1：TF0 為定時器 T0 的溢出中斷標志位，位地址為 8DH。 VCC 為+5V177。 EOC： A／D 轉換結束信號，輸出，當 A／D 轉換結束時，此端輸出一個高電平（轉換期間一直為低電平） OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號，輸入，高電平有效。平時，START 因譯碼器輸出端 F0H上的高電平而封鎖。八段共陰能顯示的字形及相應字形碼表如下表 32 所示。 圖 312 溫度測量電路 GMM221 礦用二氧化碳傳感器參數(shù)測量范圍：GMM221: 0 2%，0 3%，0 5%，0 10%，0 20% GMM222: 0 3,000, 0 5,000, 0 7,000，0 10,000ppm精度(＋25℃時工廠標定值)：177。方法是讓掃描口 PA0~7 輸出全“0” ，然后25 / 42讀 PC 口的狀態(tài)，若 PC0~1 為全“1” （鍵盤上行線全為高電平） ，則鍵盤上沒鍵按下，若 PC0~1 不為全“1” ，則有鍵按下。23 / 42 圖 42 顯示子程序流程框圖 圖 42 顯示程序流程框圖 數(shù)據(jù)采集終端中的程序采用 C51 語言編寫，主要完成以下幾個功能：①瓦斯、風速、一氧化碳及壓力等各類傳感器模擬量的采集及 A/D 轉換，數(shù)據(jù)讀??；②采用分址編碼方式對單總線數(shù)字式溫度傳感器 DSl8820 的溫度值讀取；③設備的開停、風門、饋電等開關量的采集及對風、電、瓦斯等設備的閉鎖控制；④數(shù)據(jù)計算及存儲、開始顯示緩沖區(qū)指針置初值40H R0顯示掃描位選碼置初值FEH R2（R 2） 8155B 口取顯示數(shù)據(jù)查七段碼表，并將查得的七段碼 8155A 口延時 1ms顯示緩沖區(qū)指針 R0 加 1CY=0？返回24 / 42報警判斷、電源管理及系統(tǒng)自檢；⑤與集中器間以電力線為介質通過載波通信進行數(shù)據(jù)交換；⑥通過本地串口可進行本地數(shù)據(jù)抄讀及參數(shù)設置。調整的方法為：把 AD590 放于冰水混合物中，調整電位器 R2，使 VO=。七段 LED 顯示管比八段 LED 少一只發(fā)光二極管 SP，其它與八段 LED 相同。VREF(+)和 VREF()為參考電壓輸入線，用于給電阻階梯網(wǎng)絡供給標準電壓。 ADC0809 轉換器 ADC0809 的內部結構ADC0809 是 CMOS 單 片 型 逐 次 逼 近 式 A／ D 轉 換 器 ， ADC0809 由 8 路模擬開關、地址鎖存與譯碼器、逐次逼近式寄存器 SAR、控制電路和三態(tài)輸出鎖存器等組成，如圖 36 所示。若給它輸入一個 TTL 高電平（即 VIH）,則 2764 處于正常工作狀態(tài)；若給 PGM 輸入一個 50ms 寬的負脈沖，則 2764 配合 VPP 引腳上的 21V 高壓可以處于編程狀態(tài)。IE1 為外部中斷 INT1 的中斷請求標志位，位地址為 8BH，其作用和 IE0 相同。定時器 T0/T1 在定時脈沖作用下從全“1”變?yōu)槿?”時可以自動向 CPU 提出溢出中斷請求，以表明定時器 T0或 T1 的定時時間已到。（2）PSEN：片外 ROM 選通線。8 / 42第 3 章 硬件設計 系統(tǒng)框圖本系