【文章內(nèi)容簡介】 信號時，先自動切斷感煙回路電源，使離子感煙器復歸，過一段時間后再進行采集。若三次連續(xù)采集均為報警，則認為是真實報警。感煙數(shù)據(jù)采集電路主要完成對各離子感煙器的數(shù)據(jù)進行采集，檢查是否有報警現(xiàn)象存在。 (1)感煙復位電路 感煙復位電路電路如圖26所示。 圖中IRFU9024是P溝道增強型場效應(yīng)管，在沒有報警的情況下，光藕導通，IRFU9024的G、S極之間產(chǎn)生12V電壓，根據(jù)場效應(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，有報警時，使光藕關(guān)斷，G、S極之間無電壓，離子感煙器工作電源消失，達到復位報警功能。圖26 感煙復位電路 (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路開關(guān)量信號經(jīng)光電隔離后再經(jīng)CD4051進行八選一。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可能會造成整個單片機系統(tǒng)的癱瘓。本系統(tǒng)中采用兩片TLP5214光電藕合器，每片有4對光電藕合驅(qū)動接口，共為8對，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路感煙信號經(jīng)光藕隔離后進行了八選一，由CPU逐個將8路信號數(shù)據(jù)讀入。CD4051芯片的管角在圖210中己給出，其中X0一X7為八路模擬開關(guān)的8個輸入/出端，作多路傳輸時為輸入端，作信號分離時為輸出端；X為公共端，傳輸信號時為輸出端，分離信號時變成輸入端；INH為禁比端，INH=1時模擬開關(guān)均斷開，輸出呈現(xiàn)高阻態(tài)；A、B、C是二進制地址碼輸入端，當INH=0時根據(jù)地址碼選中相應(yīng)的通道，例如當C=0，B=1， A=1時，地址碼為011(所對應(yīng)的十進制數(shù)為3)，就接通第3路。UEE為負電源端。本系統(tǒng)中，～、B、C，用以選擇各路感煙傳感器信號；，用以讀取各路感煙傳感器信號。 溫度傳感器數(shù)據(jù)采集電路主要完成對終端采集器所帶的各溫度傳感器DS18B20的實時數(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)計時需使用一個MOSFET將DQ線接至+5V，且需多采用CPU的一個管腳，回路設(shè)計復雜，軟件設(shè)計麻煩。而外部VDD供電方式，無需這種強上拉，總線上主機不需強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)計簡單。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)計時為改善接收信號質(zhì)量問題，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，以保證傳輸質(zhì)量。圖29 DS18B20數(shù)據(jù)采集電路考慮到當系統(tǒng)運行中，數(shù)據(jù)系統(tǒng)的安全，造成系統(tǒng)崩潰。因此，系統(tǒng)設(shè)計時，在每個DS18B20采集模塊上加裝了電源保護。電源保護原理圖如圖210所示，其工作原理是：當電源無短路時，圖右側(cè)正常輸出+5V左右電壓。當出現(xiàn)電源短路時，BG2導通，BG1截比，不再輸出+5V電源。圖210 電源保護原理圖為監(jiān)視各溫度傳感器是否工作正常，在每個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，光電二極管會有規(guī)律地閃爍，若工作不正常，光電二極管不會閃爍。由于每一個DS18B20有唯一的系列號，多個DS18B20可以存在于同一條單線上。經(jīng)驗證明，距離在300米以內(nèi)時，每個單線上驅(qū)動20個DS18B20不會出現(xiàn)讀數(shù)故障。但考慮到現(xiàn)場實際情況，每個單線上要求驅(qū)動DS18B20個數(shù)5個以內(nèi)。這樣做主要是考慮了以下幾點：(1)一個傳感器故障很容易引起同一單線上其它傳感器無法正確使用，為避免這種故障擴大化，同一單線上所帶傳感器個數(shù)不應(yīng)過多。 (2)現(xiàn)場實際安裝時只將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，且這19個傳感器分布在八路單線上，平均每個單線上所需驅(qū)動的DS18B20個數(shù)也不足3個。 (3)有利于系統(tǒng)抗干擾。每個單線上所需驅(qū)動的DS18B20數(shù)量過多，會出現(xiàn)元件間的數(shù)據(jù)干擾問題。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)動電流。根據(jù)實驗證明，每一個微處理器端口在連有8個傳感器的時候，正常的安全距離為300m；但是由于現(xiàn)場條件所限，我們采用的安全距離應(yīng)當50m。這樣做主要有這樣幾點原因：(1)最大可能留有安全裕量；(2)考慮到現(xiàn)場環(huán)境，有利于系統(tǒng)抗電磁場干擾；(3)通過對各個終端采集器進行合理的布局，完全能滿足現(xiàn)場需要。工業(yè)控制系統(tǒng)中，往往要求用最少的信號線來完成通訊任務(wù)。目前主要采用RS23RS485串行接口總線。RS232串行通信標準規(guī)定，驅(qū)動器允許有2500pF的電容負載，因此通信距離受到很大限制，一般通信距離不超過15m。此外，RS232串行接口采用單端信號傳輸方式，其抗干擾能力較差。考慮到RS232串行接口的固有缺點以及終端采集器數(shù)量多、分布范圍大、距離主機較遠等實際情況，本監(jiān)測系統(tǒng)采用RS485串行總線來構(gòu)成終端采集器與主機的接口。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，采用RS485總線可以利用一對雙絞線方便地構(gòu)成主機與多個終端的分布式系統(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總線適合于多點通訊總線互聯(lián)，一個發(fā)送驅(qū)動器最多可以連接32個終端采集器。 圖211 MAX1487本系統(tǒng)采用MAX 1487作為RS485信號發(fā)送和接收器。MAX1487芯片集成了一差分驅(qū)動器和一差分接收器，如圖211所示。它是半雙工通訊芯片，并且該通訊芯片準許所帶負載(終端采集器)的個數(shù)超過32個。這樣，就可滿足現(xiàn)場的實際情況，增強了系統(tǒng)的抗干擾能力，加大了系統(tǒng)的通訊距離(可以超過RS485所局限的1200m)。其真值表見表21。表21 MAX1487芯片真值表驅(qū)動器輸入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的運行方式，P33為1時，接收數(shù)據(jù)，P33為0時，輸出數(shù)據(jù)。系統(tǒng)設(shè)計時，考慮到總線需要并聯(lián)到整個系統(tǒng)中，為避免由于各個獨立的終端采集器故障而影響整個系統(tǒng)，在每個通訊單元的兩側(cè)都采用光藕隔離，同時輔助以反向器，來加大系統(tǒng)總線的驅(qū)動能力，使系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)更加嚴密，覆蓋的范圍更廣。圖212 RS485通訊電路 系統(tǒng)中設(shè)有多個終端采集器，各終端采集器都要有自己的特定編碼，以便被上位機查詢。地址編碼電路就是為了完成這個任務(wù)而設(shè)計的。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)計的。 考慮到89C52端口數(shù)量限制問題，~，由兩片多路模擬開關(guān)CD4053來切換。 CD4053的原理圖如圖213所示，圖中IN/OUT ax、bx、cx和IN/OUT ay,、by、cy分別為模擬開關(guān)的兩組輸入/輸出端，作傳輸時為輸入端，作信號分離時為輸出端。OUT/IN為公共端，傳輸信號時為輸出端，分離信號時變成輸入端。INH為禁止端，INH=1時模擬開關(guān)均斷開，輸出呈現(xiàn)高阻態(tài)。A，B，C是二進制地址碼輸入端，當INH=0時，根據(jù)地址碼選中相應(yīng)的通道。A/B/C為0時選中對應(yīng)的ax/bx/cx， A/B/C為1時選中對應(yīng)的ay/by/cy，例如當A=0，B=1，C=1時，選中ax/by/cy。 系統(tǒng)中模擬開關(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)計時A, B, 。當A=B=C=O時， ~，當A=B=C=1時，~。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采集器均有唯一的地址編碼。編碼電路采用撥碼開關(guān)，編碼為5位2進制數(shù)，共可獲得32個不同地址。 (2)液晶顯示部分 現(xiàn)場應(yīng)用中，在某些場所，終端采集器應(yīng)能獨立工作，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)動器電路KS0108和一片行驅(qū)動器電路KS0107組成，顯示方而由一片128x 64點的液晶片組成。 KS0107是帶有振蕩器和顯示時序發(fā)生器的行驅(qū)動器。它具有64路行驅(qū)動輸出，通過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值開始行掃描工作。它可以自行完成行、列驅(qū)動時序的生成及分配，自動進行行驅(qū)動的工作。同時向列驅(qū)動器輸出同步信號及顯示數(shù)據(jù)驅(qū)動所需的脈沖時序，控制列驅(qū)動器工作。 KS0108是帶有顯示存儲器的圖形液晶顯示列驅(qū)動控制器。它的特點是內(nèi)置64x 64位的顯示存儲器，顯示屏上各像素點的顯示狀態(tài)與顯示存儲器的各位數(shù)據(jù)一一對應(yīng)，顯示存儲器的數(shù)據(jù)直接作為圖形顯示的驅(qū)動信號。顯示數(shù)據(jù)為“1，相應(yīng)的像素點顯示。顯示數(shù)據(jù)為“0，相應(yīng)的像素點就不顯示。從數(shù)據(jù)總線側(cè)看顯示存儲器有64位，按8位數(shù)據(jù)總線長度分成8路，稱為頁而，由X地址寄存器控制。每個頁而都有64個字節(jié)，用Y地址計數(shù)器控制，XY地址計數(shù)器選擇了的顯示存儲器的頁而和列地址，從而唯一地確定顯示存儲器單元。同時，KS0108配備了一套顯示存儲器的管理電路和與計算機的接口電路，允許計算機直接訪問顯示存儲器，但它不能獨立工作，因為它本身不能生成顯示時序，所以KS0108需要與相應(yīng)的帶振蕩器和顯示時序發(fā)生器的行驅(qū)動器KS 1017配套，才能形成一個完整的液晶驅(qū)動和控制系統(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)點陣的液晶顯示模塊，由一片行驅(qū)動器KS0107和兩片列驅(qū)動器KS0108組成驅(qū)動控制系統(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 液晶顯示模式與計算機的連接方式有兩種：一種為間接控制方式，另一種為直接訪問方式。間接控制方式是計算機通過自身的或系統(tǒng)中的并行接口與液晶顯示模塊連接，直接訪問方式是將液晶顯示模塊的接口作為存儲器或I/O設(shè)備掛在計算機總線上，計算機以訪問存儲器或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的存儲器。具體的接口連接方式如下： 單片機的端口 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，而工控機的標準配置為RS232協(xié)議，這就需要配置一個RS485232轉(zhuǎn)換接口，將終端采集器的RS485電平轉(zhuǎn)換為工控機采用的RS232電