【導(dǎo)讀】河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書。儲(chǔ)煤場(chǎng)是煤炭生產(chǎn)中的重要設(shè)施之一，煤炭企業(yè)儲(chǔ)煤場(chǎng)由于物料流動(dòng)、現(xiàn)場(chǎng)裝卸作。業(yè)、風(fēng)力擾動(dòng)等原因，煤塵、土等粉塵在空氣中彌漫，嚴(yán)重污染了現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境，影響?，F(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員身心健康，而且也損失煤炭資源，影響企業(yè)形象。本文通過(guò)分析儲(chǔ)煤場(chǎng)作業(yè)特點(diǎn)及揚(yáng)塵原因，研究設(shè)計(jì)堆煤場(chǎng)粉塵污染源自動(dòng)監(jiān)控系。該系統(tǒng)采用粉塵傳感器和單片機(jī)技術(shù)，對(duì)堆煤場(chǎng)粉塵進(jìn)行檢測(cè)控制，以光散射原理。為基礎(chǔ)，圍繞單片機(jī)為核心，完成檢測(cè)儀數(shù)據(jù)采集、顯示、報(bào)警及噴霧降塵等電路的設(shè)。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)堆煤場(chǎng)粉塵濃度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制，開發(fā)完整的具有成本低、運(yùn)行。穩(wěn)定可靠、開發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)的高性能控制系統(tǒng)，并熟練掌握單片機(jī)系統(tǒng)及其相關(guān)的軟。件調(diào)試工具的使用。

　　

【正文】 、電磁線圈、磁鐵、振動(dòng)膜片及外殼等組成。接通電源后，振蕩器產(chǎn)生的音頻信號(hào)電流通過(guò)電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，振動(dòng)膜片在電磁線圈河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 28 和磁鐵的相互作用下，周期性的振動(dòng)發(fā)聲。 壓電式蜂鳴器主要由多謝振蕩器、壓電蜂鳴器片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。多謝振蕩器由晶體管或集成電路構(gòu)成，當(dāng)接通電源后 （ ~15V 直流工作電壓），多謝振蕩器起振，輸出 ~ 的音頻信號(hào)，阻抗匹配器推動(dòng)壓電蜂鳴器片發(fā)聲。 本設(shè)計(jì)中使用蜂鳴器來(lái)做提示報(bào)警，當(dāng)粉塵的濃度或粒度大于設(shè)定值時(shí)蜂鳴器就會(huì)發(fā)出警報(bào)。 本設(shè)計(jì)中采用自激蜂鳴器，自激蜂鳴器是直流電壓驅(qū)動(dòng)的，不需要利用交流信號(hào)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，只需對(duì)驅(qū)動(dòng)口輸出驅(qū)動(dòng)電平并通過(guò)放大電路放大驅(qū)動(dòng)電流就能使蜂鳴器發(fā)出聲音，非常簡(jiǎn)單。報(bào)警電路如圖 49 所示。 圖 49 報(bào)警電路 原理圖 模擬噴霧降塵電路設(shè)計(jì) 實(shí)際生產(chǎn)中的 噴霧降塵裝置主要由電動(dòng)球閥、過(guò)濾器、手動(dòng)閥和水泵、噴嘴組成。本設(shè)計(jì)中使用 繼電器 來(lái) 模擬噴霧降塵裝置 ， 電路圖如圖 410 所示 當(dāng)粉塵的濃度或粒度大于設(shè)定值時(shí) 繼電器就會(huì)動(dòng)作，在實(shí)際工作中相當(dāng)于噴霧降塵裝置啟動(dòng)，進(jìn)行除塵降塵。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 29 圖 410 模擬噴霧降塵設(shè)備電路圖 通信部分設(shè)計(jì) 本粉塵監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)是由 一個(gè)帶有 RS232/485 通信接口的單片機(jī)控制其構(gòu)成的分布式數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng) ，電路接線圖如圖 411 所示 。 相對(duì)于 RS232 通信距離短﹑抗干擾能力差等缺點(diǎn)， RS485 具有網(wǎng)絡(luò)連接方便、抗干擾性能好、 傳輸距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)。RS4856 芯片采用平衡傳送和差分接受技術(shù)，具有較高的靈敏度和抑制 共模 干擾的能力，信號(hào)傳輸距離達(dá)幾千米。 RS485 通訊協(xié)議簡(jiǎn)單，速率適中 ,且所有 RS485 接口公用一對(duì)絞線作為信號(hào)總線，施工容易，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。這是系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用分布式數(shù)據(jù)采集和控制結(jié)構(gòu)的重要理由。 在本系統(tǒng)中 RS485 接口芯片采用 TI 公司的 75LBC184，相對(duì)普通的 RS485 接口芯片，它有 3 項(xiàng)獨(dú)特設(shè)計(jì)： ，可以承受峰值為 400V（典型值）的瞬時(shí)電壓，因此，可直接與傳輸線相接而不需要另加保護(hù)元件。 ，輸入端為高電平，這樣，當(dāng)該接收器輸入端有開路故障時(shí)，不影響系統(tǒng)內(nèi)其他 RS485 接口正常工作。 RS485 標(biāo)準(zhǔn)輸入阻抗的 2 倍多，最多可在總線上掛接 64 個(gè)同類收發(fā)器。 RS485 網(wǎng)絡(luò)提供了低噪聲傳感器讀，因此傳感器可以盡可能的靠近信號(hào)發(fā)生器。對(duì)于 RS485 網(wǎng)絡(luò)只需要提供兩個(gè)導(dǎo)線： DATA+和 DATA，便宜的防護(hù)雙絞線在這里應(yīng)河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 30 用。設(shè)備采用 DIN 軌道，可以安裝在任意面板上和給定支架上，使用螺栓固定的 RS485網(wǎng)絡(luò)允許系統(tǒng)擴(kuò)大、充值，并在修理時(shí)不用打亂區(qū)域絞線。每個(gè)模塊的包裝為 硬塑料袋。因?yàn)樵O(shè)置由軟件控制，所以模塊設(shè)計(jì)為不能打開。這大大加強(qiáng)了抵抗腐蝕物質(zhì)、濕氣和振動(dòng)的能力。這對(duì)現(xiàn)場(chǎng)高粉塵的環(huán)境有很好的適應(yīng)。 圖 411 通訊電路圖 看門狗部分的設(shè)計(jì) 看門狗就是在程序飛跑或死機(jī)時(shí) ,對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位重新置位 ,以使系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行的一種專用電路?，F(xiàn)在常用的看門狗主要有兩種 :軟件狗和硬件狗。 (1) 軟件狗實(shí)際上就是通常說(shuō)的軟件指令 ,一旦程序跑飛 ,只要程序指針指向這些地址 ,便立即被強(qiáng)行跳轉(zhuǎn)至程序的開頭或其他指定地址處 ,從而使程序繼續(xù)正常執(zhí)行。 (2) 硬件狗現(xiàn)在更多的被采用。所謂硬件狗，就是一個(gè)能夠發(fā)送“復(fù)位”信號(hào)的計(jì)數(shù)器或定時(shí)器電路。以前常用的硬件狗由脈沖計(jì)數(shù)器和一些外圍電路組成，計(jì)數(shù)清零和溢出端分別和單片機(jī)的 I/O 于 RST 相連接。其工作原理是： 由脈沖發(fā)生電路產(chǎn)生脈沖，計(jì)數(shù)器對(duì)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。程序正常運(yùn)行時(shí)， CPU 在計(jì)數(shù)器溢出之前通過(guò) I/O 口對(duì)計(jì)數(shù)器河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 31 清零，使計(jì)數(shù)器不能溢出，此時(shí)由于溢出端與 CPU 的 RST 端相連接，所以使單片機(jī)系統(tǒng)“復(fù)位”，使其能重新正常運(yùn)行。 單片機(jī)系統(tǒng)的供電電源有時(shí)候因?yàn)楦鞣N不同原因而不穩(wěn)定，發(fā)生電壓波動(dòng)或瞬時(shí)掉電的現(xiàn)象，從而影響系統(tǒng)的正常工作和數(shù)據(jù)保存。如果能對(duì)電源電壓進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)電源電壓下降到某一特定值時(shí)，發(fā)生一個(gè)信號(hào)給單片機(jī)和電源切換電路，那么就使 CPU 及時(shí)進(jìn)行必要的操作和維持工作電源的穩(wěn)定。 本設(shè)計(jì)采用軟件看門狗。 本系統(tǒng)采用的是三端穩(wěn)壓器制成的電源，此方案輸出電流精度高，能滿足題目要求，且簡(jiǎn)單實(shí)用，易于自制，其電路原理如圖 412 所示。 圖 412 供電電源電路圖 （ 1） 供電部分的技術(shù)指標(biāo) 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 32 +15V，額定電流 ，紋波電壓≤ 10V； +5V，額定電流 ，紋波電壓≤ 10V。 注：輸出額定電流量均有富裕量，目的在于提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。 （ 2） 電路組成 供電部分有三組電壓輸出，其電路結(jié)構(gòu)是一樣的。有變壓器、橋式整流、濾波和穩(wěn)壓等部分組成 。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 33 5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 及仿真 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) C 語(yǔ)言程序本身不依賴于機(jī)器硬件系統(tǒng)，基本上不做修改就可將程序從不同的機(jī)器中互相移植。 C 語(yǔ)言提供了很多數(shù)學(xué)函數(shù)并支持浮點(diǎn)運(yùn)算，開發(fā)效率高，故可縮短開發(fā)時(shí)間，增加程序的可讀性和可維護(hù)性。 單片機(jī)的 C 語(yǔ)言采用 C51編譯器。 C 語(yǔ)言源程序經(jīng)過(guò) C51編譯器編譯及 L51（或 BL51）連接 /定位后生成 .BIN 和 .HEX 的目標(biāo)程序。 與匯編語(yǔ)言相比， C51 有如下優(yōu)點(diǎn)： 178。 對(duì)單片機(jī)的質(zhì)量系統(tǒng)不必深入了解，但對(duì) 51 單片機(jī)的存儲(chǔ)空間結(jié)構(gòu)需深入了解； 178。 寄存器分配、不同存儲(chǔ)器的尋址等細(xì)節(jié)可由編譯器管理； 178。程序有規(guī)范的結(jié)構(gòu) ,可分解成各種子函數(shù) ,有利于程序的結(jié)構(gòu)化； 178。 庫(kù)文件中包含許多標(biāo)準(zhǔn)子程序，具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力； 178。具有方便的模塊化編程技術(shù)，使程序很容易移植。 所以本設(shè)計(jì)采用單片機(jī) C 語(yǔ)言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 34 主程序流程圖設(shè)計(jì) 開 始系 統(tǒng) 初 始 化鍵 盤 設(shè) 定 濃 度 最 大 限顯 示 濃 度 最 大 限A / D 轉(zhuǎn) 換當(dāng) 前 濃 度 最 大 限切 換 顯 示顯 示 當(dāng) 前 濃 度間 隔 5 S采 集 當(dāng) 前 濃 度報(bào) 警 、 降 塵設(shè) 備 啟 動(dòng)NY 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 35 鍵盤掃描程序流程圖 開 始鍵 盤 掃 描延 時(shí) 去 抖找 到 閉 合 鍵計(jì) 算 鍵 值建 立 有 效 標(biāo) 志掃 描 鍵 盤有 鍵 閉 合閉 合 鍵 釋 放返 回建 立 無(wú) 效 標(biāo) 志YNNNYY 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 36 數(shù)據(jù)采集流程圖 開 始設(shè) 置 模 擬 通 道 地 址輸 出 啟 動(dòng) 信 號(hào)讀 取 轉(zhuǎn) 換 結(jié) 果等 待返 回NY是 否 讀 取 完 數(shù) 據(jù)設(shè) 置 模 擬 通 道 地 址 數(shù)碼管顯示流程圖 開 始初 始 化設(shè) 置 顯 示 模 式輸 出 到 數(shù) 碼 管字 段 碼輸 出 到 數(shù) 碼 管顯 示 數(shù) 據(jù) 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 37 看門狗流程圖 開 始初 始 化 看 門 狗C L R W D IS E T W D I返 回NY復(fù) 位 單 片 機(jī)程 序 是 否 正 常 執(zhí) 行 1 . 6 S 設(shè)計(jì)軟件 Proteus Proteus 軟件是英國(guó) Labcenter Electronics 公司出版的 EDA 工具軟件。它不僅具有其它 EDA 工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到 PCB 設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、 PCB 設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái)，其處理器模型支持 805 HC1 AVR、 ARM、 PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC38086 和 MSP430 等。在編譯方面，它也支持 IAR、 KEIL 和 MPLAB 等多種編譯器。 Proteus 軟件具有其它 EDA 工具軟件（例： Multisim）的功能。這些功能是： （ 1）原理布圖 ； （ 2） PCB 自動(dòng)或人工布線 ； （ 3） SPICE 電路仿真 ； 革命性的特點(diǎn)： （ 1）互動(dòng)的電路仿真 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 38 用戶甚至可以實(shí)時(shí)采用諸如 RAM， ROM， 鍵盤，馬達(dá)， LED， LCD， AD/DA，部分 SPI 器件，部分 IIC 器件。 （ 2）仿真處理器及其外圍電路 可以仿真 51 系列 、 AVR、 PIC、 ARM、等常用主流單片機(jī)。還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，再配合顯示及輸出，能看到運(yùn)行后輸入輸出的效果。配合系統(tǒng)配置的虛擬邏輯分析儀、示波器等， Proteus 建立了完備的電子設(shè)計(jì)開發(fā)環(huán)境。 Proteus 中資源豐富。在 Proteus 繪制好原理圖后，調(diào)入已編譯好的目標(biāo)代碼文件：*.HEX，可以在 Proteus 的原理圖中看到模擬的實(shí)物運(yùn)行狀態(tài)和過(guò)程。 Proteus 不僅可將許多單片機(jī)實(shí)例功能形象化，也可將許多單片機(jī)實(shí)例運(yùn)行過(guò)程形象化。前者可在相當(dāng)程度上得到實(shí)物演示實(shí)驗(yàn)的效果，后者則是實(shí)物演示實(shí)驗(yàn)難以達(dá)到的效果。它的元器件、連接線路等和傳統(tǒng)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)硬件高度對(duì)應(yīng)。這在相當(dāng)程度上替代了傳統(tǒng)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的功能。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 39 6 結(jié)論與展望 本系統(tǒng)的名稱為堆場(chǎng)粉塵污染源自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng) ，該設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)的一種粉塵監(jiān)控系統(tǒng)。 通過(guò)了解粉塵檢測(cè)原理、 堆煤場(chǎng)的 背景及 粉塵在線監(jiān)測(cè) 發(fā)展前景，確定出方案。我主要在以下幾個(gè)方面做了研究： （ 1） 數(shù)據(jù)的采集及實(shí)現(xiàn) ： ADC0809 如何采集模擬信號(hào)，采集的模擬信號(hào)又是怎么轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的，知道了單片機(jī)如何控制 ADC0809 進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和轉(zhuǎn)換并將轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號(hào)如何傳輸給單片機(jī)進(jìn)行處理。 （ 2） 獨(dú)立按鍵輸入數(shù)值的實(shí)現(xiàn) ： 本模塊編寫了鍵值掃描的程序，通過(guò)軟件確認(rèn)按鍵是否真的按下或者釋放，通過(guò) C 語(yǔ)言軟件編寫了按鍵控制數(shù)字的累加，并做了硬件的仿真。 （ 3） 數(shù)碼管 LED 的顯示 ： 本模塊通過(guò)單片機(jī)的 I/O 端 口軟件編程控制數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)顯示。 （ 4） 通訊接口 :系統(tǒng)是由帶一個(gè) RS232/485 通信接口的單片機(jī)控制其構(gòu)成的數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)。 （ 5）報(bào)警、降塵 ： 本模塊是當(dāng)采集的當(dāng)前濃度值大于設(shè)定的濃度限時(shí)，單片機(jī)軟件驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警， 控制噴霧降塵裝置啟動(dòng) 。 本設(shè)計(jì)中主要完成了整體系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和部分硬件電路的設(shè)計(jì)，隨著社會(huì)的發(fā)展，國(guó)家和企業(yè)對(duì)堆場(chǎng)粉塵污染和流失的關(guān)注，粉塵在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)也會(huì)被廣泛的 關(guān)注和應(yīng)用。通過(guò)對(duì)粉塵監(jiān)測(cè)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行研究，我們可以期望粉塵監(jiān)測(cè)系統(tǒng)會(huì)朝著價(jià)格低廉、功能強(qiáng)大、使用方便、工作穩(wěn)定等方向發(fā)展。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 40 感謝 值此論文完成之際，謹(jǐn)向給予我指導(dǎo)、關(guān)心和幫助的老師、同學(xué)、朋友、親人表示最衷心的感謝。 本研究及學(xué)位論文是在我的 指導(dǎo)老師張宏偉 老師的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。他嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵(lì)著我。從課題的選擇到項(xiàng)目的最終完成， 張老師 都始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持。 總之，本次系統(tǒng)的設(shè)計(jì)讓我學(xué)到了很多知識(shí)，對(duì)系統(tǒng)控制的設(shè)計(jì)流程有了比較全面的了解， 很好的學(xué)習(xí)了 Protues 仿真軟件， 對(duì)很多元器件有了充分的認(rèn)識(shí)和了解，會(huì)自己動(dòng)手設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)用的系統(tǒng)，對(duì)我畢業(yè)以后的工作起到了巨大的作用。 在此謹(jǐn)向郭 張老師 致以誠(chéng)摯的謝意和崇高的敬意！ 此外，我還要感謝在一起做畢業(yè)設(shè)計(jì)的各位同學(xué)，正是由于他們的幫助和支持，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。 在論文即將完成之際，我的心情無(wú)法平靜，從開始進(jìn)入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長(zhǎng)、同學(xué)、朋友給了我無(wú)言的幫助，在這里請(qǐng)接受我誠(chéng)摯的謝意！最后我還要感謝培養(yǎng)我長(zhǎng)大含辛茹苦的父母，謝謝你們 ! 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 41 參考文獻(xiàn) [1] 楊振江 .A/D、 D/A 轉(zhuǎn)換器接口技術(shù)與實(shí)用電路 [M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社 ,1996. 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