【導讀】河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書。儲煤場是煤炭生產中的重要設施之一，煤炭企業(yè)儲煤場由于物料流動、現場裝卸作。業(yè)、風力擾動等原因，煤塵、土等粉塵在空氣中彌漫，嚴重污染了現場作業(yè)環(huán)境，影響?，F場作業(yè)人員身心健康，而且也損失煤炭資源，影響企業(yè)形象。本文通過分析儲煤場作業(yè)特點及揚塵原因，研究設計堆煤場粉塵污染源自動監(jiān)控系。該系統(tǒng)采用粉塵傳感器和單片機技術，對堆煤場粉塵進行檢測控制，以光散射原理。為基礎，圍繞單片機為核心，完成檢測儀數據采集、顯示、報警及噴霧降塵等電路的設。該系統(tǒng)能夠實現對堆煤場粉塵濃度實時監(jiān)測和控制，開發(fā)完整的具有成本低、運行。穩(wěn)定可靠、開發(fā)周期短等優(yōu)點的高性能控制系統(tǒng)，并熟練掌握單片機系統(tǒng)及其相關的軟。件調試工具的使用。

　　

【正文】 、電磁線圈、磁鐵、振動膜片及外殼等組成。接通電源后，振蕩器產生的音頻信號電流通過電磁線圈，使電磁線圈產生磁場，振動膜片在電磁線圈河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 28 和磁鐵的相互作用下，周期性的振動發(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成，當接通電源后 （ ~15V 直流工作電壓），多謝振蕩器起振，輸出 ~ 的音頻信號，阻抗匹配器推動壓電蜂鳴器片發(fā)聲。 本設計中使用蜂鳴器來做提示報警，當粉塵的濃度或粒度大于設定值時蜂鳴器就會發(fā)出警報。 本設計中采用自激蜂鳴器，自激蜂鳴器是直流電壓驅動的，不需要利用交流信號進行驅動，只需對驅動口輸出驅動電平并通過放大電路放大驅動電流就能使蜂鳴器發(fā)出聲音，非常簡單。報警電路如圖 49 所示。 圖 49 報警電路 原理圖 模擬噴霧降塵電路設計 實際生產中的 噴霧降塵裝置主要由電動球閥、過濾器、手動閥和水泵、噴嘴組成。本設計中使用 繼電器 來 模擬噴霧降塵裝置 ， 電路圖如圖 410 所示 當粉塵的濃度或粒度大于設定值時 繼電器就會動作，在實際工作中相當于噴霧降塵裝置啟動，進行除塵降塵。 河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 29 圖 410 模擬噴霧降塵設備電路圖 通信部分設計 本粉塵監(jiān)測控制系統(tǒng)是由 一個帶有 RS232/485 通信接口的單片機控制其構成的分布式數據采集和控制系統(tǒng) ，電路接線圖如圖 411 所示 。 相對于 RS232 通信距離短﹑抗干擾能力差等缺點， RS485 具有網絡連接方便、抗干擾性能好、 傳輸距離遠等優(yōu)點。RS4856 芯片采用平衡傳送和差分接受技術，具有較高的靈敏度和抑制 共模 干擾的能力，信號傳輸距離達幾千米。 RS485 通訊協議簡單，速率適中 ,且所有 RS485 接口公用一對絞線作為信號總線，施工容易，結構簡單。這是系統(tǒng)設計采用分布式數據采集和控制結構的重要理由。 在本系統(tǒng)中 RS485 接口芯片采用 TI 公司的 75LBC184，相對普通的 RS485 接口芯片，它有 3 項獨特設計： ，可以承受峰值為 400V（典型值）的瞬時電壓，因此，可直接與傳輸線相接而不需要另加保護元件。 ，輸入端為高電平，這樣，當該接收器輸入端有開路故障時，不影響系統(tǒng)內其他 RS485 接口正常工作。 RS485 標準輸入阻抗的 2 倍多，最多可在總線上掛接 64 個同類收發(fā)器。 RS485 網絡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發(fā)生器。對于 RS485 網絡只需要提供兩個導線： DATA+和 DATA，便宜的防護雙絞線在這里應河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 30 用。設備采用 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網絡允許系統(tǒng)擴大、充值，并在修理時不用打亂區(qū)域絞線。每個模塊的包裝為 硬塑料袋。因為設置由軟件控制，所以模塊設計為不能打開。這大大加強了抵抗腐蝕物質、濕氣和振動的能力。這對現場高粉塵的環(huán)境有很好的適應。 圖 411 通訊電路圖 看門狗部分的設計 看門狗就是在程序飛跑或死機時 ,對系統(tǒng)進行復位重新置位 ,以使系統(tǒng)恢復正常運行的一種專用電路。現在常用的看門狗主要有兩種 :軟件狗和硬件狗。 (1) 軟件狗實際上就是通常說的軟件指令 ,一旦程序跑飛 ,只要程序指針指向這些地址 ,便立即被強行跳轉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) 硬件狗現在更多的被采用。所謂硬件狗，就是一個能夠發(fā)送“復位”信號的計數器或定時器電路。以前常用的硬件狗由脈沖計數器和一些外圍電路組成，計數清零和溢出端分別和單片機的 I/O 于 RST 相連接。其工作原理是： 由脈沖發(fā)生電路產生脈沖，計數器對脈沖進行計數。程序正常運行時， CPU 在計數器溢出之前通過 I/O 口對計數器河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 31 清零，使計數器不能溢出，此時由于溢出端與 CPU 的 RST 端相連接，所以使單片機系統(tǒng)“復位”，使其能重新正常運行。 單片機系統(tǒng)的供電電源有時候因為各種不同原因而不穩(wěn)定，發(fā)生電壓波動或瞬時掉電的現象，從而影響系統(tǒng)的正常工作和數據保存。如果能對電源電壓進行監(jiān)視，當電源電壓下降到某一特定值時，發(fā)生一個信號給單片機和電源切換電路，那么就使 CPU 及時進行必要的操作和維持工作電源的穩(wěn)定。 本設計采用軟件看門狗。 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，且簡單實用，易于自制，其電路原理如圖 412 所示。 圖 412 供電電源電路圖 （ 1） 供電部分的技術指標 河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 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，其電路結構是一樣的。有變壓器、橋式整流、濾波和穩(wěn)壓等部分組成 。 河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 33 5 系統(tǒng)軟件設計 及仿真 系統(tǒng)軟件設計 C 語言程序本身不依賴于機器硬件系統(tǒng)，基本上不做修改就可將程序從不同的機器中互相移植。 C 語言提供了很多數學函數并支持浮點運算，開發(fā)效率高，故可縮短開發(fā)時間，增加程序的可讀性和可維護性。 單片機的 C 語言采用 C51編譯器。 C 語言源程序經過 C51編譯器編譯及 L51（或 BL51）連接 /定位后生成 .BIN 和 .HEX 的目標程序。 與匯編語言相比， C51 有如下優(yōu)點： 178。 對單片機的質量系統(tǒng)不必深入了解，但對 51 單片機的存儲空間結構需深入了解； 178。 寄存器分配、不同存儲器的尋址等細節(jié)可由編譯器管理； 178。程序有規(guī)范的結構 ,可分解成各種子函數 ,有利于程序的結構化； 178。 庫文件中包含許多標準子程序，具有較強的數據處理能力； 178。具有方便的模塊化編程技術，使程序很容易移植。 所以本設計采用單片機 C 語言進行程序設計。 河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 34 主程序流程圖設計 開 始系 統(tǒng) 初 始 化鍵 盤 設 定 濃 度 最 大 限顯 示 濃 度 最 大 限A / D 轉 換當 前 濃 度 最 大 限切 換 顯 示顯 示 當 前 濃 度間 隔 5 S采 集 當 前 濃 度報 警 、 降 塵設 備 啟 動NY 河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 35 鍵盤掃描程序流程圖 開 始鍵 盤 掃 描延 時 去 抖找 到 閉 合 鍵計 算 鍵 值建 立 有 效 標 志掃 描 鍵 盤有 鍵 閉 合閉 合 鍵 釋 放返 回建 立 無 效 標 志YNNNYY 河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 36 數據采集流程圖 開 始設 置 模 擬 通 道 地 址輸 出 啟 動 信 號讀 取 轉 換 結 果等 待返 回NY是 否 讀 取 完 數 據設 置 模 擬 通 道 地 址 數碼管顯示流程圖 開 始初 始 化設 置 顯 示 模 式輸 出 到 數 碼 管字 段 碼輸 出 到 數 碼 管顯 示 數 據 河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 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 位 單 片 機程 序 是 否 正 常 執(zhí) 行 1 . 6 S 設計軟件 Proteus Proteus 軟件是英國 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，還能仿真單片機及外圍器件。從原理圖布圖、代碼調試到單片機與外圍電路協同仿真，一鍵切換到 PCB 設計，真正實現了從概念到產品的完整設計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、 PCB 設計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設計平臺，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 自動或人工布線 ； （ 3） SPICE 電路仿真 ； 革命性的特點： （ 1）互動的電路仿真 河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 38 用戶甚至可以實時采用諸如 RAM， ROM， 鍵盤，馬達， 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。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計開發(fā)環(huán)境。 Proteus 中資源豐富。在 Proteus 繪制好原理圖后，調入已編譯好的目標代碼文件：*.HEX，可以在 Proteus 的原理圖中看到模擬的實物運行狀態(tài)和過程。 Proteus 不僅可將許多單片機實例功能形象化，也可將許多單片機實例運行過程形象化。前者可在相當程度上得到實物演示實驗的效果，后者則是實物演示實驗難以達到的效果。它的元器件、連接線路等和傳統(tǒng)的單片機實驗硬件高度對應。這在相當程度上替代了傳統(tǒng)的單片機實驗教學的功能。 河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 39 6 結論與展望 本系統(tǒng)的名稱為堆場粉塵污染源自動監(jiān)控系統(tǒng) ，該設計是基于單片機的一種粉塵監(jiān)控系統(tǒng)。 通過了解粉塵檢測原理、 堆煤場的 背景及 粉塵在線監(jiān)測 發(fā)展前景，確定出方案。我主要在以下幾個方面做了研究： （ 1） 數據的采集及實現 ： ADC0809 如何采集模擬信號，采集的模擬信號又是怎么轉換成數字信號的，知道了單片機如何控制 ADC0809 進行數據的采集和轉換并將轉換的數字信號如何傳輸給單片機進行處理。 （ 2） 獨立按鍵輸入數值的實現 ： 本模塊編寫了鍵值掃描的程序，通過軟件確認按鍵是否真的按下或者釋放，通過 C 語言軟件編寫了按鍵控制數字的累加，并做了硬件的仿真。 （ 3） 數碼管 LED 的顯示 ： 本模塊通過單片機的 I/O 端 口軟件編程控制數碼管的動態(tài)顯示。 （ 4） 通訊接口 :系統(tǒng)是由帶一個 RS232/485 通信接口的單片機控制其構成的數據采集和控制系統(tǒng)。 （ 5）報警、降塵 ： 本模塊是當采集的當前濃度值大于設定的濃度限時，單片機軟件驅動蜂鳴器報警， 控制噴霧降塵裝置啟動 。 本設計中主要完成了整體系統(tǒng)的設計和部分硬件電路的設計，隨著社會的發(fā)展，國家和企業(yè)對堆場粉塵污染和流失的關注，粉塵在線監(jiān)測系統(tǒng)也會被廣泛的 關注和應用。通過對粉塵監(jiān)測的發(fā)展趨勢進行研究，我們可以期望粉塵監(jiān)測系統(tǒng)會朝著價格低廉、功能強大、使用方便、工作穩(wěn)定等方向發(fā)展。 河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 40 感謝 值此論文完成之際，謹向給予我指導、關心和幫助的老師、同學、朋友、親人表示最衷心的感謝。 本研究及學位論文是在我的 指導老師張宏偉 老師的親切關懷和悉心指導下完成的。他嚴肅的科學態(tài)度，嚴謹的治學精神，精益求精的工作作風，深深地感染和激勵著我。從課題的選擇到項目的最終完成， 張老師 都始終給予我細心的指導和不懈的支持。 總之，本次系統(tǒng)的設計讓我學到了很多知識，對系統(tǒng)控制的設計流程有了比較全面的了解， 很好的學習了 Protues 仿真軟件， 對很多元器件有了充分的認識和了解，會自己動手設計一個實用的系統(tǒng)，對我畢業(yè)以后的工作起到了巨大的作用。 在此謹向郭 張老師 致以誠摯的謝意和崇高的敬意！ 此外，我還要感謝在一起做畢業(yè)設計的各位同學，正是由于他們的幫助和支持，我才能克服一個一個的困難和疑惑，直至本文的順利完成。 在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意！最后我還要感謝培養(yǎng)我長大含辛茹苦的父母，謝謝你們 ! 河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 41 參考文獻 [1] 楊振江 .A/D、 D/A 轉換器接口技術與實用電路 [M].西安：西安電子科技大學出版社 ,1996. [2] 董愛華余瓊芳 .煤礦井下粉塵信號光電檢測電路 的研究 [J].儀