【正文】 是它們的位選端，每一個數(shù)碼管對應(yīng)一 個位選端，與下面的鎖存器的低四位相連，因為單片機(jī)可以控制鎖存器的鎖存端，進(jìn)而控制鎖存器的數(shù)據(jù)輸出，這種分時的控制方法可方便地控制任意數(shù)碼管顯示任意數(shù)字。 4． 12 聲光報警電路 聲光報警是甲烷傳感器必須有到功能，在測量瓦斯?jié)舛鹊倪^程中，當(dāng)檢測到濃度超過安全值時，就要提醒井下人員采取措施了，這時候就要報警了。報警信號通常有閃光報警、鳴音報警、語音報警。本系統(tǒng)的報警電路包括二極管發(fā)光報警和鳴音報警兩種方式。對硬件來說，聲音 1m外要達(dá)到 80分貝，光到閃爍要在直線 20m范圍內(nèi)可見。 實現(xiàn)聲光報警的接口電路比較簡單。 本設(shè)計采用了光耦隔離，發(fā)光二極管把輸入的電信號轉(zhuǎn)換為光信號傳給光敏管轉(zhuǎn)換為電信號輸出，由于沒有直接的電氣連接，這樣既耦合傳輸了信號，又有隔離作用。只要光耦合器質(zhì)量好，電路參數(shù)設(shè)計合理，一般故障少見。為了驅(qū)動一個蜂鳴器和 4個發(fā)光二極管，采用了一個 NPN的功率三極管保證輸出。發(fā)音元件采用壓電蜂鳴器，只需在其兩條引線上加 3V～ 24V的直流電壓，本設(shè)計采用的是直流 5V的蜂鳴器。為了控制四個發(fā)光二極管的亮度，分別接了一個 500Ω的電阻，發(fā)光適中。 單片機(jī)通過管腳 。 74LS04反相器接到光電隔離器的一端，當(dāng) ，三極管導(dǎo)通，壓電蜂鳴器兩端獲得約 +5V電壓而蜂鳴；當(dāng) ，三極管退出導(dǎo)通狀態(tài)，蜂鳴器停止發(fā)音。 聲光報警電路如圖 412所示。 412 聲光報警連接電路 第 30 頁 4． 13 電橋自動斷電保護(hù)電路的設(shè)計 本設(shè)計要求瓦斯檢測的濃度在 4％以下。如果瓦斯?jié)舛雀哂?4％，會對瓦斯傳感元件造成很大的沖擊而導(dǎo)致不能正常工作。會造成靈敏度下降，穩(wěn)定性變差。需要電路具有自保護(hù)功能，自動斷電關(guān)閉測量電橋電路 。 實現(xiàn)的方法是：將單片機(jī)的 I/O口一端與與一繼電器相接。當(dāng)單片機(jī)檢測到瓦斯?jié)舛仍?4％時，控制繼電器將瓦斯檢測電橋電路斷開，關(guān)閉電源供電，從而實現(xiàn)了自動斷電保護(hù)功能。 將單片機(jī) ，控制繼電器的開關(guān)。如圖413所示。當(dāng)單片機(jī)檢測到瓦斯?jié)舛仍?4％時，置 ?？刂评^電器將瓦斯電橋檢測電路斷開，保護(hù)瓦斯傳感元件。從而實現(xiàn)了自動斷電保護(hù)功能。 413 電橋自動斷電保護(hù)電路 4． 14 RS485通信電路設(shè)計 414 RS485網(wǎng)絡(luò) 原理圖 第 31 頁 瓦斯傳感器要將檢測到的瓦斯?jié)舛葴?zhǔn)確地傳給井下分站，本設(shè)計采用的是RS485總線傳輸。 AT89C52單片機(jī)內(nèi)部有一個串行口，通過發(fā)送端 TXD和接收端 RXD與外部進(jìn)行串行通信。 每臺瓦斯傳感器都通過一個 RS485總線收發(fā)器芯片連接到總線上，本系統(tǒng)中 RS485通信接口芯片選用的是 Sipex公司設(shè)計生產(chǎn)的 RS485收發(fā)器 SP485R，它能夠替換通用的 RS485收發(fā)器，并在許多方面有所增強(qiáng)。 收發(fā)器的 RXD和 TXD分別和單片機(jī)的 TXD和 RXD連接在一起。收發(fā)器的發(fā)送使能端 (DE)和接收使能端 (RE)短接 在一起，然后接到單片機(jī)的一個輸入輸出端口。當(dāng)置 ，接收器開啟，這時收發(fā)器監(jiān)聽總線的狀態(tài)，隨時可以接收數(shù)據(jù)。當(dāng)置 ，發(fā)送驅(qū)動器打開，接收器關(guān)閉，可以向總線上發(fā)送數(shù)據(jù)。通信電路如圖 415所示。 415 RS485通信電路 圖中， SP485R 芯片是由業(yè)內(nèi)專業(yè)的通訊接口器件廠商 Sipex 公司設(shè)計生產(chǎn)的 ESD 保護(hù)增強(qiáng)型 RS485 收發(fā)器，能夠直接替換通用的 RS485 收發(fā)器。下面，就對 SP485R 的引腳進(jìn)行說明。 表 43 SP485R 引腳說明 管腳 名稱 描述 1 0R 接收器輸出 2 RE 接收器輸出使能（低電平有效） 3 DE 發(fā)送器輸出使能（高電平有效） 4 DI 發(fā)送器輸入 5 GND 接地線 6 A 發(fā)送器輸出 /接收器輸入反相 7 B 發(fā)送器輸出 /接收器輸入反相 8 CCV 正電源電壓（ CCV ） 第 32 頁 RS485 標(biāo)準(zhǔn)只是一個物理的通信接口標(biāo)準(zhǔn)，要實現(xiàn)總線監(jiān)控還要在此基礎(chǔ)上建立自己的高層通信協(xié)議。 (a)上下位機(jī)通訊的幀格式采用標(biāo)準(zhǔn)的異步串行通信模式，其格式為： l位起始位， 8位數(shù)據(jù)位， l位數(shù)據(jù)／地址位， l位停止位。 (b)主機(jī)采用查詢方式接收／發(fā)送數(shù)據(jù)，下位機(jī)采用中斷方式接收／發(fā)送數(shù)據(jù)。通訊只能由主機(jī)發(fā)起，下位機(jī)收到命令后響應(yīng)。下位機(jī)從不主動申請，下位機(jī)只能和主機(jī)進(jìn) 行通訊，下位機(jī)之間不能相互通訊。 (c)分站主機(jī)以廣播的方式向全體從機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)。首先發(fā)送從地址，各從機(jī)收到地址信息后，判斷地址是否是本從機(jī)。如果不是，不能接收數(shù)據(jù)；如果是本從機(jī)，接收數(shù)據(jù)。 由于井下工作惡劣，傳輸數(shù)字信號時仍然可能會出錯，錯誤類型包括位出錯、幀丟失、幀重復(fù)、硬件工作紊亂等等。本協(xié)議采用出錯重發(fā)機(jī)制來糾正錯誤。本協(xié)議的查錯機(jī)制采用將發(fā)送的各個數(shù)據(jù)相加取和是否相等即采用校驗和的方式，便可方便的檢驗數(shù)據(jù)傳輸正確與否，此方法簡便快捷。 當(dāng)主機(jī)向下位機(jī)發(fā)出命令后，下位機(jī)應(yīng)立即 應(yīng)答，向上位機(jī)發(fā)送本地地址，表示下位機(jī)已經(jīng)準(zhǔn)備好并處于接收狀態(tài)，準(zhǔn)備接收主機(jī)發(fā)送的命令。如果下位機(jī)沒有發(fā)送，主機(jī)應(yīng)重發(fā)命令。下位機(jī)完整接收到主機(jī)的數(shù)據(jù)后，檢錯校驗處理，如果校驗錯誤，認(rèn)為本次接收數(shù)據(jù)無效，向上位機(jī)返回錯誤信息。 通信規(guī)定：雙方波特率為 9600b／ s， 1位起始位， 8位數(shù)據(jù)位， 1位數(shù)據(jù)／地址位， l位停止位。下位機(jī)單片機(jī) AT89C52串口工作在方式 3，多機(jī)通信模式。 串行口工作在方式 3，其波特率由定時器／計數(shù)器 Tl的溢出率與 SMOD位共同控制，其波特率可表示為 ）2（12322 nos cSM OD 波特率 xf ?? （ 46） 式中， oscf AT89C52的晶振頻率 n—— 定時器位數(shù) SMOD— 波特率選擇位，可為 0或 l。 在本系統(tǒng)中， oscf =12MHz， SMOD=1， T1為 8位定時器， n=8，要求波特率為 9600bps 時 xf dx 025 3225 62 12329600 101228 6 ?????? （ 47） 所以將定時器 l的定時初值設(shè)為： THl=0xfd， TLl=0xfd，定時器 l工作在方式 2(自動重裝入方式 )。 4． 15 瓦斯傳感器的遙控器 第 33 頁 智能遙控瓦斯傳感器其中一個顯著的特點是遙控操作。我們知道瓦斯傳感頭一般都安裝在煤礦礦井的地下操作間的頂部，以利于監(jiān)測瓦斯?jié)舛?，而操作人員要在傳感頭上設(shè)置一些技術(shù)參數(shù)時就比較不方便。此智能遙控瓦斯傳感器專門配置了遙控器，來調(diào)整傳感頭上的瓦斯?jié)舛葏?shù)，傳感頭檢測瓦斯?jié)舛鹊姆较虻取＿b控器可完成以下功能：密碼測試、密碼設(shè)置、調(diào)零調(diào)整及顯示、放大倍數(shù)的調(diào)整及顯示、非線性 補(bǔ)償系數(shù)的調(diào)整及顯示、報警點的調(diào)整及顯示、斷電點調(diào)整及顯示、遙控復(fù)位功能、輸出測試功能、電壓顯示等功能。 下圖就是遙控器的電路原理圖： C2C3455KC1R2D2IN4148D1IN4148G11815G21015K1K2K3K4D3TLX105BAT21514131211109R1161K76543218GNDX1X2VCC100100TC1948PU1 圖 416 瓦斯傳感器遙控器電路原理圖 4． 16 瓦斯傳感器抗干擾設(shè)計 干擾是一種無處不在、隨時可能產(chǎn)生的客觀的物理現(xiàn)象，是妨礙某一事件正常運行的各種因素的總稱。在測量中，除了有用信號外，其它信號均可認(rèn)為是干擾信號。干擾是瓦斯測量中的破壞因素，必須加以消除。同時，抗干擾也是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的關(guān)鍵問題，系統(tǒng)抗干擾性能的好壞是系統(tǒng)可靠性的一個重要指標(biāo)。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中， 除了能完成指定的功能外，可靠性也是一個至關(guān)重要的指標(biāo) ， 而可靠性指標(biāo)需要抗干擾來保證。 煤礦環(huán)境常見的干擾源及其危害 礦井的生產(chǎn)現(xiàn)場有很多電磁干擾源，如動力變壓器斷弧過程中的多次復(fù)燃、電磁線圈電感和分布電容的諧振、大電流電弧的電磁輻射、大電流的整流系統(tǒng)的換相與載波、高頻輸電線附近所存在的強(qiáng)大交變電場和磁場等。電磁干擾源的能量是通過電場或磁場形式傳遞給監(jiān)控系統(tǒng)的。電磁干擾造成的后果輕則使 第 34 頁 傳感器系統(tǒng)產(chǎn)生誤差，重則使傳感器系統(tǒng)不能正常工作。 2．傳感器自身的干擾源 這是由于設(shè)計系統(tǒng)時對 某些問題考慮不全面、元器件布局不合理、電路工作不可靠、元器件質(zhì)量差等原因造成的，主要表現(xiàn)為電阻熱噪聲干擾、半導(dǎo)體散粒噪聲干擾和接觸噪聲干擾。這些干擾現(xiàn)象隨流過元器件電流的增大和器件溫度的升高越加明顯。上述干擾源是通過系統(tǒng)自身的電路而影響系統(tǒng)的，其結(jié)果使系統(tǒng)的測量精度下降。 單片機(jī)系統(tǒng)與外界動力系統(tǒng)有著不可分割的聯(lián)系，而外界動力交流配電線路在工業(yè)現(xiàn)場的分布相當(dāng)于吸收各種干擾的網(wǎng)絡(luò)，而且十分方便地以線路傳輸形式經(jīng)電源進(jìn)入傳感器系統(tǒng)。過壓干擾大多是由電源與單片機(jī)系統(tǒng)“共地”而傳遞的，過壓干擾是最為 惡劣的一種干擾，它往往使系統(tǒng)程序“彈飛”，造成“死機(jī)”現(xiàn)象。為了保證傳感器在實際應(yīng)用中可靠的工作，必須要周密考慮和解決抗干擾的問題?？垢蓴_的措施主要是切斷來自傳輸通道的干擾。硬件抗干擾技術(shù)是設(shè)計系統(tǒng)時首選的抗干擾措施，它能有效抑制干擾源，阻斷干擾傳輸信道，只要合理地布置與選擇有關(guān)參數(shù)，硬件抗干擾措施能抑制系統(tǒng)的絕大部分干擾。 4． 硬件抗干擾采取的措施 本系統(tǒng)從設(shè)計、元件選擇、制作等各環(huán)節(jié)充分考慮了抗干擾問題，采用了各種硬件抗干擾的方法，主要措施有： 1．元器件方面 (1)為了使半導(dǎo)體器件滿 足系統(tǒng)性能要求，深入了解了元器件的電器參數(shù)，根據(jù)電器參數(shù)選擇合理器件以滿足系統(tǒng)性能要求； (2)減少焊點數(shù)量可降低接觸不良故障，因此，盡量選用集成度高的電路，減少使用分立源器件；為使半導(dǎo)體器件滿足系統(tǒng)可靠性要求，選擇溫漂小、穩(wěn)定性好的元器件； 2．電源方面 (1)采用電源濾波器。監(jiān)控系統(tǒng)在電源模塊輸出端接入由大容量電解電容和小容量獨立電容組成的濾波器，能夠改善輸出電壓的紋波，并能抑制數(shù)字信號產(chǎn)生的脈沖干擾； (2)隔離。使被隔離的各個部分具有獨立的隔離電源進(jìn)行供電，以切斷通過電源串入的各種干擾。 3．針對傳感器方面 (1)將傳感器全部放置在封閉的鋁合金外殼內(nèi)，外殼厚度不小于 3mm，并可靠接地，以屏蔽外部的電磁干擾； (2)傳感器引入線外面的部分使用金屬蛇皮管可靠屏蔽，且屏蔽牢固接地。 4．信號電纜方面 (1)采用雙屏蔽電纜 (在一般條件下亦可采用單屏蔽電纜 )，外屏蔽兩端接 第 35 頁 地，以抑制差模干擾； （ 2)電纜放入電纜溝內(nèi)時盡量遠(yuǎn)離大功率電纜，以減小其周圍的強(qiáng)電磁場對電纜芯線產(chǎn)生的電磁感應(yīng)； (3)提高傳感器的輸出電壓，提高信噪比。 5．硬件設(shè)備的抗干擾措施 (1)裝置的外殼用導(dǎo)磁性能良好的 鐵磁材料制成，加強(qiáng)了對外部電磁干擾的屏蔽： (2)模擬電路的地線與數(shù)字電路的地線分開，以避免兩者之間的相互干擾； (3)為了抑制串?dāng)_，即信號傳輸線在相鄰導(dǎo)線上所產(chǎn)生的感應(yīng)脈沖噪聲，使信號線盡量貼近底板、印刷板上的信號線盡量靠近地線、信號線分散布線、強(qiáng)弱電應(yīng)分開布線等； (4)合理的系統(tǒng)電路布局，印制板上的元器件按原理圖順序成直線排列，并力求電路安排緊湊、密集，以縮短引線、減小引線電感。 第 36 頁 5 瓦斯傳感器軟件設(shè)