【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 信號(hào)時(shí)，先自動(dòng)切斷感煙回路電源，使離子感煙器復(fù)歸，過(guò)一段時(shí)間后再進(jìn)行采集。若三次連續(xù)采集均為報(bào)警，則認(rèn)為是真實(shí)報(bào)警。感煙數(shù)據(jù)采集電路主要完成對(duì)各離子感煙器的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，檢查是否有報(bào)警現(xiàn)象存在。 (1)感煙復(fù)位電路 感煙復(fù)位電路電路如圖26所示。 圖中IRFU9024是P溝道增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管，在沒(méi)有報(bào)警的情況下，光藕導(dǎo)通，IRFU9024的G、S極之間產(chǎn)生12V電壓，根據(jù)場(chǎng)效應(yīng)管原理，IRFU9024的D、S極之間短路，感煙電源輸出為+12V電壓，使離子感煙器正常工作。相反，有報(bào)警時(shí)，使光藕關(guān)斷，G、S極之間無(wú)電壓，離子感煙器工作電源消失，達(dá)到復(fù)位報(bào)警功能。圖26 感煙復(fù)位電路 (2)感煙數(shù)據(jù)采集電路感煙數(shù)據(jù)采集電路如圖27所示。其工作原理如下：八路感煙傳感器輸出的8路開(kāi)關(guān)量信號(hào)經(jīng)光電隔離后再經(jīng)CD4051進(jìn)行八選一。圖27 感煙數(shù)據(jù)采集電路采用光電隔離是為了防止感煙傳感器外部電路故障時(shí)可能會(huì)造成整個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)的癱瘓。本系統(tǒng)中采用兩片TLP5214光電藕合器，每片有4對(duì)光電藕合驅(qū)動(dòng)接口，共為8對(duì)，分別供8路煙霧傳感器使用。光電藕合器輸入端的電流一般為10~20mA，~。限流電阻R由下式計(jì)算： R=（VCCVF）/IF (22)式中，Vcc為電源電壓；VF為輸入端發(fā)光二極管的壓降，；If為發(fā)光二極管的工作電流。對(duì)本系統(tǒng)，Vcc= 12V，~1kΩ，可取為750Ω。八選一芯片CD4051的選用是考慮了CPU接口數(shù)量有限，為節(jié)約端口數(shù)量，8路感煙信號(hào)經(jīng)光藕隔離后進(jìn)行了八選一，由CPU逐個(gè)將8路信號(hào)數(shù)據(jù)讀入。CD4051芯片的管角在圖210中己給出，其中X0一X7為八路模擬開(kāi)關(guān)的8個(gè)輸入/出端，作多路傳輸時(shí)為輸入端，作信號(hào)分離時(shí)為輸出端；X為公共端，傳輸信號(hào)時(shí)為輸出端，分離信號(hào)時(shí)變成輸入端；INH為禁比端，INH=1時(shí)模擬開(kāi)關(guān)均斷開(kāi)，輸出呈現(xiàn)高阻態(tài)；A、B、C是二進(jìn)制地址碼輸入端，當(dāng)INH=0時(shí)根據(jù)地址碼選中相應(yīng)的通道，例如當(dāng)C=0，B=1， A=1時(shí)，地址碼為011(所對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)為3)，就接通第3路。UEE為負(fù)電源端。本系統(tǒng)中，～、B、C，用以選擇各路感煙傳感器信號(hào)；，用以讀取各路感煙傳感器信號(hào)。 溫度傳感器數(shù)據(jù)采集電路主要完成對(duì)終端采集器所帶的各溫度傳感器DS18B20的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集。DS18B20有兩種供電方式，一種是寄生電源供電(parasite power)方式，如圖28(A)所示；一種是外部VDD供電(external supply)方式，如圖28(B)所示。圖28 DS18B20的供電方式 DS18B20在溫度變換過(guò)程中，DQ線上必須提供足夠的功率。為保證溫度變換期間DS18B20能得到足夠的供電電流，寄生電源供電方式在電路設(shè)計(jì)時(shí)需使用一個(gè)MOSFET將DQ線接至+5V，且需多采用CPU的一個(gè)管腳，回路設(shè)計(jì)復(fù)雜，軟件設(shè)計(jì)麻煩。而外部VDD供電方式，無(wú)需這種強(qiáng)上拉，總線上主機(jī)不需強(qiáng)制上拉便在溫度變換期間使DQ線保持高電平，回路和軟件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。本系統(tǒng)中溫度傳感器電路采用的就是外部電源供電方式。 系統(tǒng)中DS18820數(shù)據(jù)采集電路如圖29所示，各DS18B20數(shù)據(jù)線DQ直接與89C52的P1端口相連，其采集的溫度數(shù)據(jù)經(jīng)端口P1傳輸?shù)紺PU內(nèi)；各DS18B20的電源線VDD由系統(tǒng)+5V模塊提供，從而構(gòu)成外部電源供電模式。系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)為改善接收信號(hào)質(zhì)量問(wèn)題，采用二極配方式，利用二極管的鉗位作用迅速削弱反射信號(hào)，以保證傳輸質(zhì)量。圖29 DS18B20數(shù)據(jù)采集電路考慮到當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行中，數(shù)據(jù)系統(tǒng)的安全，造成系統(tǒng)崩潰。因此，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，在每個(gè)DS18B20采集模塊上加裝了電源保護(hù)。電源保護(hù)原理圖如圖210所示，其工作原理是：當(dāng)電源無(wú)短路時(shí)，圖右側(cè)正常輸出+5V左右電壓。當(dāng)出現(xiàn)電源短路時(shí)，BG2導(dǎo)通，BG1截比，不再輸出+5V電源。圖210 電源保護(hù)原理圖為監(jiān)視各溫度傳感器是否工作正常，在每個(gè)DS18B20回路中均設(shè)有光電二極管。各單線上DS18B20元件若正常工作，光電二極管會(huì)有規(guī)律地閃爍，若工作不正常，光電二極管不會(huì)閃爍。由于每一個(gè)DS18B20有唯一的系列號(hào)，多個(gè)DS18B20可以存在于同一條單線上。經(jīng)驗(yàn)證明，距離在300米以內(nèi)時(shí)，每個(gè)單線上驅(qū)動(dòng)20個(gè)DS18B20不會(huì)出現(xiàn)讀數(shù)故障。但考慮到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，每個(gè)單線上要求驅(qū)動(dòng)DS18B20個(gè)數(shù)5個(gè)以內(nèi)。這樣做主要是考慮了以下幾點(diǎn)：(1)一個(gè)傳感器故障很容易引起同一單線上其它傳感器無(wú)法正確使用，為避免這種故障擴(kuò)大化，同一單線上所帶傳感器個(gè)數(shù)不應(yīng)過(guò)多。 (2)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際安裝時(shí)只將DS18B20安裝在電纜頭處，綜合考慮感煙傳感器與DS 18B20的布置，每個(gè)終端采集器所需帶的DS18B20并不是很多。以渾江發(fā)電廠工程為例，最多的也只是19個(gè)，且這19個(gè)傳感器分布在八路單線上，平均每個(gè)單線上所需驅(qū)動(dòng)的DS18B20個(gè)數(shù)也不足3個(gè)。 (3)有利于系統(tǒng)抗干擾。每個(gè)單線上所需驅(qū)動(dòng)的DS18B20數(shù)量過(guò)多，會(huì)出現(xiàn)元件間的數(shù)據(jù)干擾問(wèn)題。為了加大通訊的安全距離，每路單線采用了1k的上拉電阻，加大驅(qū)動(dòng)電流。根據(jù)實(shí)驗(yàn)證明，每一個(gè)微處理器端口在連有8個(gè)傳感器的時(shí)候，正常的安全距離為300m；但是由于現(xiàn)場(chǎng)條件所限，我們采用的安全距離應(yīng)當(dāng)50m。這樣做主要有這樣幾點(diǎn)原因：(1)最大可能留有安全裕量；(2)考慮到現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，有利于系統(tǒng)抗電磁場(chǎng)干擾；(3)通過(guò)對(duì)各個(gè)終端采集器進(jìn)行合理的布局，完全能滿足現(xiàn)場(chǎng)需要。工業(yè)控制系統(tǒng)中，往往要求用最少的信號(hào)線來(lái)完成通訊任務(wù)。目前主要采用RS23RS485串行接口總線。RS232串行通信標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，驅(qū)動(dòng)器允許有2500pF的電容負(fù)載，因此通信距離受到很大限制，一般通信距離不超過(guò)15m。此外，RS232串行接口采用單端信號(hào)傳輸方式，其抗干擾能力較差?？紤]到RS232串行接口的固有缺點(diǎn)以及終端采集器數(shù)量多、分布范圍大、距離主機(jī)較遠(yuǎn)等實(shí)際情況，本監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用RS485串行總線來(lái)構(gòu)成終端采集器與主機(jī)的接口。RS485串行數(shù)據(jù)發(fā)送接收器采用平衡發(fā)送和差分接收，具有很強(qiáng)的抑制共模干擾能力，而且接受器具有較高的靈敏度，因此通信距離可達(dá)到1000米以上。在通信線路安裝方面，RS485總線比RS232總線具有很多優(yōu)勢(shì)RS232總線采用三線共地傳輸，而RS485總線采用兩線差分傳輸，也就是說(shuō)，采用RS485總線可以利用一對(duì)雙絞線方便地構(gòu)成主機(jī)與多個(gè)終端的分布式系統(tǒng)。RS485接口芯片可以采用MAXIM公司的MAX485系列單SV供電低功耗RS485及RS422通信接口芯片(MAX481，MAX483，MAX485，MAX487~MAX491， MAX1487），其中MAX483，MAX487，MAX488和MAX489的傳輸速率為250kbit/s，可以減少由于線路終端阻抗不匹配而引起的反射。MAX481，MAX485，MAX490，MAX491和MAX ～MAX491為全雙工數(shù)據(jù)接口，而MAX481， MAX483，MAX485，MAX487和MAX1487為半雙工數(shù)據(jù)接口，這些芯片均具有7V～+12V的共模輸入電壓。RS485總線適合于多點(diǎn)通訊總線互聯(lián)，一個(gè)發(fā)送驅(qū)動(dòng)器最多可以連接32個(gè)終端采集器。 圖211 MAX1487本系統(tǒng)采用MAX 1487作為RS485信號(hào)發(fā)送和接收器。MAX1487芯片集成了一差分驅(qū)動(dòng)器和一差分接收器，如圖211所示。它是半雙工通訊芯片，并且該通訊芯片準(zhǔn)許所帶負(fù)載(終端采集器)的個(gè)數(shù)超過(guò)32個(gè)。這樣，就可滿足現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，增強(qiáng)了系統(tǒng)的抗干擾能力，加大了系統(tǒng)的通訊距離(可以超過(guò)RS485所局限的1200m)。其真值表見(jiàn)表21。表21 MAX1487芯片真值表驅(qū)動(dòng)器輸入DI使能DE輸出ABHHHLLHLHXL三態(tài)三態(tài)接收器差分輸入VIDAB使能RE輸出ROVID=LHVID+LXVID=LLXH三態(tài)圖212給出了系統(tǒng)所使用的RS485通訊電路，MAX1487的DI和RO端口經(jīng)光藕隔離后分別接至CPU的TXD與RXD ，用以控制RS485的運(yùn)行方式，P33為1時(shí)，接收數(shù)據(jù)，P33為0時(shí)，輸出數(shù)據(jù)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到總線需要并聯(lián)到整個(gè)系統(tǒng)中，為避免由于各個(gè)獨(dú)立的終端采集器故障而影響整個(gè)系統(tǒng)，在每個(gè)通訊單元的兩側(cè)都采用光藕隔離，同時(shí)輔助以反向器，來(lái)加大系統(tǒng)總線的驅(qū)動(dòng)能力，使系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)更加嚴(yán)密，覆蓋的范圍更廣。圖212 RS485通訊電路 系統(tǒng)中設(shè)有多個(gè)終端采集器，各終端采集器都要有自己的特定編碼，以便被上位機(jī)查詢。地址編碼電路就是為了完成這個(gè)任務(wù)而設(shè)計(jì)的。液晶顯示電路主要是為了顯示本終端采集器中一些必要的數(shù)據(jù)而設(shè)計(jì)的。 考慮到89C52端口數(shù)量限制問(wèn)題，~，由兩片多路模擬開(kāi)關(guān)CD4053來(lái)切換。 CD4053的原理圖如圖213所示，圖中IN/OUT ax、bx、cx和IN/OUT ay,、by、cy分別為模擬開(kāi)關(guān)的兩組輸入/輸出端，作傳輸時(shí)為輸入端，作信號(hào)分離時(shí)為輸出端。OUT/IN為公共端，傳輸信號(hào)時(shí)為輸出端，分離信號(hào)時(shí)變成輸入端。INH為禁止端，INH=1時(shí)模擬開(kāi)關(guān)均斷開(kāi)，輸出呈現(xiàn)高阻態(tài)。A，B，C是二進(jìn)制地址碼輸入端，當(dāng)INH=0時(shí)，根據(jù)地址碼選中相應(yīng)的通道。A/B/C為0時(shí)選中對(duì)應(yīng)的ax/bx/cx， A/B/C為1時(shí)選中對(duì)應(yīng)的ay/by/cy，例如當(dāng)A=0，B=1，C=1時(shí)，選中ax/by/cy。 系統(tǒng)中模擬開(kāi)關(guān)CD4053只作為采集器地址編碼與液晶顯示的切換，僅涉及到CD4053的兩種工作方式，即A、B、C全部為0或全部為1，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)A, B, 。當(dāng)A=B=C=O時(shí)， ~，當(dāng)A=B=C=1時(shí)，~。液晶顯示與地址編碼部分電路圖如圖214所示。圖213 CD4053 原理圖圖214 液晶顯示與地址編碼部分電路圖 (1)地址編碼部分每一個(gè)采集器均有唯一的地址編碼。編碼電路采用撥碼開(kāi)關(guān)，編碼為5位2進(jìn)制數(shù)，共可獲得32個(gè)不同地址。 (2)液晶顯示部分 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中，在某些場(chǎng)所，終端采集器應(yīng)能獨(dú)立工作，這就要求終端采集器要具有顯示功能。 顯示模塊采用內(nèi)置KS0108的圖形液晶顯示模塊12864。其控制電路由兩片帶控制器的列驅(qū)動(dòng)器電路KS0108和一片行驅(qū)動(dòng)器電路KS0107組成，顯示方而由一片128x 64點(diǎn)的液晶片組成。 KS0107是帶有振蕩器和顯示時(shí)序發(fā)生器的行驅(qū)動(dòng)器。它具有64路行驅(qū)動(dòng)輸出，通過(guò)外接振蕩電阻使其上電后就以其設(shè)定的占空比系數(shù)1 /N值開(kāi)始行掃描工作。它可以自行完成行、列驅(qū)動(dòng)時(shí)序的生成及分配，自動(dòng)進(jìn)行行驅(qū)動(dòng)的工作。同時(shí)向列驅(qū)動(dòng)器輸出同步信號(hào)及顯示數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)所需的脈沖時(shí)序，控制列驅(qū)動(dòng)器工作。 KS0108是帶有顯示存儲(chǔ)器的圖形液晶顯示列驅(qū)動(dòng)控制器。它的特點(diǎn)是內(nèi)置64x 64位的顯示存儲(chǔ)器，顯示屏上各像素點(diǎn)的顯示狀態(tài)與顯示存儲(chǔ)器的各位數(shù)據(jù)一一對(duì)應(yīng)，顯示存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)直接作為圖形顯示的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。顯示數(shù)據(jù)為“1，相應(yīng)的像素點(diǎn)顯示。顯示數(shù)據(jù)為“0，相應(yīng)的像素點(diǎn)就不顯示。從數(shù)據(jù)總線側(cè)看顯示存儲(chǔ)器有64位，按8位數(shù)據(jù)總線長(zhǎng)度分成8路，稱為頁(yè)而，由X地址寄存器控制。每個(gè)頁(yè)而都有64個(gè)字節(jié)，用Y地址計(jì)數(shù)器控制，XY地址計(jì)數(shù)器選擇了的顯示存儲(chǔ)器的頁(yè)而和列地址，從而唯一地確定顯示存儲(chǔ)器單元。同時(shí)，KS0108配備了一套顯示存儲(chǔ)器的管理電路和與計(jì)算機(jī)的接口電路，允許計(jì)算機(jī)直接訪問(wèn)顯示存儲(chǔ)器，但它不能獨(dú)立工作，因?yàn)樗旧聿荒苌娠@示時(shí)序，所以KS0108需要與相應(yīng)的帶振蕩器和顯示時(shí)序發(fā)生器的行驅(qū)動(dòng)器KS 1017配套，才能形成一個(gè)完整的液晶驅(qū)動(dòng)和控制系統(tǒng)。接口電路由I/O緩沖器、輸入寄存器、輸出寄存器、指令寄存器和狀態(tài)字寄存器組成。 12864是128(列)*64(行)點(diǎn)陣的液晶顯示模塊，由一片行驅(qū)動(dòng)器KS0107和兩片列驅(qū)動(dòng)器KS0108組成驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，它的電路原理圖如圖215所示。Com 111164LCD Panel(Dot Matrix 12864 dots)VSS1VDD1V01RS1RW, E,DEODB7,CS1,CS2,RES,VEE(INTERFACE)Controller Signal to MPUSegment Driver(D1082)Common Driver()01071Sca 1128圖215 12864原理圖 液晶顯示模式與計(jì)算機(jī)的連接方式有兩種：一種為間接控制方式，另一種為直接訪問(wèn)方式。間接控制方式是計(jì)算機(jī)通過(guò)自身的或系統(tǒng)中的并行接口與液晶顯示模塊連接，直接訪問(wèn)方式是將液晶顯示模塊的接口作為存儲(chǔ)器或I/O設(shè)備掛在計(jì)算機(jī)總線上，計(jì)算機(jī)以訪問(wèn)存儲(chǔ)器或I/O設(shè)備的方式操作液晶顯示模塊工作。 為使軟件編程簡(jiǎn)單化，本系統(tǒng)采用直接控制方式，即將液晶顯示模塊直接作為單片機(jī)的存儲(chǔ)器。具體的接口連接方式如下： 單片機(jī)的端口 12864 的DB0~DB7 R/W RS P 2 . 5經(jīng)4053選線 CS1 CS2 E2 .4 RS485RS232轉(zhuǎn)換接口終端采集器采用的是RS485串行協(xié)議，而工控機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)配置為RS232協(xié)議，這就需要配置一個(gè)RS485232轉(zhuǎn)換接口，將終端采集器的RS485電平轉(zhuǎn)換為工控機(jī)采用的RS232電