【導讀】基于at89s52單片機的煤礦瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)的研制.txt偶爾要回頭看看，否則永遠都在追尋，而不知道自己失去了什么。男人掏錢是戀人關系，女人掏錢是夫妻關系，男女搶著掏錢是朋。男人愛用眼睛看女人，最易受美貌迷惑；女人愛用心看男人，最易受傷心折磨。石油價格的飚升，煤炭行業(yè)的重要地位和不可替代性也日益顯現(xiàn)。在這些事故中，瓦斯爆炸又占絕大多數(shù)。段落后是造成事故頻發(fā)的重要原因之一。據(jù)至地面監(jiān)控PC，通過串口通訊軟件界面顯示。過流、漏電保護裝置。在此基礎上，詳細論述了瓦斯氣體監(jiān)測系統(tǒng)的。硬件電路設計與系統(tǒng)軟件設計及實用分析。本課題采用具有較高性價。實現(xiàn)將單片機的數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫娔X端，而且能實現(xiàn)電腦對單片機的控制。之間通訊的配套工具?；诖瓻l通訊協(xié)議，使用該軟件可以通過Pc機。實時監(jiān)控煤礦氣體監(jiān)測系統(tǒng)的運行狀態(tài)，讀取系統(tǒng)存儲器中的數(shù)據(jù)，

　　

【正文】 個字節(jié)必須為 8位，而且 每個傳送的寧節(jié)后面必須跟一個認可位 (第 9位 )，也叫應答位 (ACK)。每次都 是先傳最高位，通常從器件在接收到每個字節(jié)后都會作出響應，即釋放 SCL線返 回高電平，準備接收下一個數(shù)據(jù)字節(jié)，主器件可繼續(xù)傳送。如果從器件正在處理 一個實時事件而 4i能接收數(shù)據(jù)時， (例如正在處理一個內(nèi)部中斷， 在這個中斷處 理完之前就／ fi能接收 IzC總線上的數(shù)據(jù)寧節(jié) )可以使時鐘 SCL線保持低電平，從 器件必須使 SDA保持高電平，此時主器件產(chǎn)生 1個結(jié)束信號，使傳送異常結(jié)束， 迫使主器件處于等待狀態(tài)。當從器件處理完畢時將釋放 SCL線，主器件繼續(xù)傳送。 當主器件發(fā)送完一個字節(jié)的數(shù)據(jù)后，接著發(fā)出對應于 SCL線上的一個時鐘 (ACK)認可位，在此時鐘內(nèi)主器件釋放 SDA線，一個字節(jié)傳送結(jié)束，而從器件 的響應信號將 SDA線拉成低電平，使 SDA在該時鐘的高電平期間為穩(wěn)定的低電平。 從器件的響麻信號結(jié)束后， SDA線返回高電平， 進入下一個傳送周期。 5． 12c總線接口器件 日前在視頻處理、移動通信、數(shù)據(jù)采集等領域采用 12C總線接口器件已經(jīng)比 較普遍。另外。通用的 I℃總線接口器件，如帶 12C總線的單片機、 RAM， ROM、 A／ D、 D／ A、 LCD驅(qū)動器等器件，也越來越多地應用于計算機及自動控制系統(tǒng)中。 AT24C02是美國 ATMEL公司的低功耗 CMOS串行 EEPROM，它是內(nèi)含 256X8位 存儲空間，具有丁作電壓寬 (2． 5～ 5． 5V)、擦寫次數(shù)多 (大于 10000次 )、寫入 速度快 (小于 lOms)等特點。 AT24C02與 AT89S52連 接電路見圖 3． 13。 圖 3． 13 AT24C02與 AT89S52連接電路圖 江蘇大學碩士學位論文 圖中 AT24C02的 I、 3腳是三條地址線，用于確定芯片的硬件地址。它們 都接地，第 8腳和第 4腳分別為正、負電源。第 5腳 SDA為串行數(shù)據(jù)輸入／輸出， 數(shù)據(jù)通過這條雙向 12C總線串行傳送，和單片機的 P3． 7連接。第 6腳 SCL為串 行時鐘輸入線，和單片機的 P3． 6連接。 SDA和 SCL都需要和正電源間各接一個 5． IK的電阻上拉。第 7腳需要接地。 3． 2． 7 RS一 485串口通訊 本節(jié)主要介紹 RS485的標 準，并從幾個方面簡要介紹了本課題在用 RS一 485 進行數(shù)據(jù)通訊時提高可靠性的一些措施。 RS485作為一種多點差分數(shù)據(jù)傳輸?shù)? 電氣規(guī)范現(xiàn)已成為業(yè)界應用最為廣泛的標準通信接口之一，這種通信接口允許在 簡單的一對雙絞線上進行多點雙向通信。它所具有的噪盧抑制能力、數(shù)據(jù)傳輸速 率、電纜長度及可靠性等方面是其他標準無法比擬的。因此。許多不同領域都采 用 R8485作為數(shù)據(jù)傳輸鏈路。例如：汽車電子電信設備局域網(wǎng)、蜂窩基站工業(yè) 控制儀器儀表等等。這項標準得到廣泛接受的另外一個原因是它的通用性。 RS485標準只對接口 的電氣特性做出規(guī)定而不涉及接插件電纜或協(xié)議，在此基 礎上用戶可以建立自己的高層通信協(xié)議。盡管 RS一 485標準已被廣泛接受，但是 對于它在實際麻用中的一些具體問題并沒有得到深入廣泛的認識，甚至存在著種 種誤區(qū)以壘于影響到整個系統(tǒng)的性能。奉節(jié)在介紹 RS485標準的基礎上重點討 論幾個在奉課題實際麻用中注意的幾個方面。 3． 2． 7． I RS485標準回顧 RS485標準最初由電子 T業(yè)協(xié)會 EIA于 1983年制訂并發(fā)布 .1，后由 TIA通 訊 T業(yè)協(xié)會修訂后命名為 TIA／ EIA一 485一 A39。不過 T程師還是習慣地稱 之為 RS一 485 RS485由 RS422發(fā)展而來，后者是為彌補 RS232之不足而提出的為改進 RS 一 232 通信距離短、速率低的缺點。 RS422定義了一種平衡通信接口將傳輸速率提高 到 lOMbps，傳輸距離延長到 4000英尺 (速率低于 lOOkbps時 )，并允許在一條平 衡線上連接最多 10個接收器。 RS422是一種單機發(fā)送多機接收的單向平衡傳輸 規(guī)范，為擴展應用范圍隨后又為其增加了多點雙向通信能力，即允許多個發(fā)送器 連接到同一條總線上．同時增加了發(fā)送器的驅(qū)動能力和沖突保護特性擴展了總線 共模范圍， 這就是后來的 EIA RS一 485標準。 江蘇大學碩士學位論文 RS一 485是一個電氣接口規(guī)范，它只規(guī)定了平衡驅(qū)動器和接收器的電特性，而 沒有規(guī)定接插件傳輸電纜和通信協(xié)議 .’。 RS一 485標準定義了一個基于單對平衡 線的多點雙向半雙 T通信鏈路，是一種極為經(jīng)濟、并具有相當高噪聲抑制、傳輸 速率、傳輸距離和寬共模范用的通信平臺。 RS一 485接口的主要特點如下： 1)平衡傳輸 2)多點通信 3)驅(qū)動器輸出電壓 (帶載 )≥ I I． 5Vl 4)接收器輸入門限： 200mV 5)7V壘 +12V總線共模范罔 6)最 大輸入電流： 1． OmA／ O． 8mA(12Vin／一 7Vin) 7)最大總線負載： 32個單位負載 (uL) 8)最大傳輸速率： 10枷 ps 9)最大電纜長度： 1200m 3． 2． 7． 2 Rs485遙信硬件電路設計 在使用 RS一 485總線進行數(shù)據(jù)通信時，如果簡單地按常規(guī)方式設計電路，在實 際 T程中可能有以下兩個問題出現(xiàn)。一是通信數(shù)據(jù)收發(fā)的可靠性問題；二是在多 機通信方式下 (圖 3． 14)，一個節(jié)點的故障 (如死機 )，往往會使得整個系統(tǒng)的 通信框架崩潰，而且給故障的排查帶來困難，針對上述問題，我們對 485總線 的 軟硬件采取了具體的改進措施。 幽 3． 14 RS485系統(tǒng)示意圈 1．硬件電路的設計 在論文設計中采用 AT89S52單片機自帶的異步通信口，外接 MAX485芯片轉(zhuǎn)換 成 485總線。其中為了實現(xiàn)總線與單片機系統(tǒng)的隔離，在 AT89S52的異步通信口 與 MAX485之間采用光耦隔離。電路原理圖如圖 3． 15所示。 江蘇大學碩士學位論文 TXD =) VCC Rl 1K 磚隧 T+57 T 7cc =|暑謄詘手掣 專甌 D1 圈 3． 15 485通信電路原理圖 MAX485各引腳意義如下： 1)ro：接收數(shù)據(jù)的 TTL電平輸出 2)RE：低電半有效的接收允許 3)DE：高電半有效的發(fā)送允許 4)DI：發(fā)送數(shù)據(jù)的 TTL電平輸入 5)A： 485差分信號的正向端 6)B： 485差分信號的反向端 充分考慮現(xiàn)場的復雜環(huán)境，在電路設計中注意了以下三個問題。 1． 1～ BX485芯片 DE控制端的設計 由于應用系統(tǒng)中，主機與分機相隔較遠，通信線路的總長度往往超過 400米， 而分機系統(tǒng)上電或復位又常常小在同一個時刻完成。如果在此時某個 1姒 X485的 DE端電位為“ 1”．那么它的 485總線輸出將會處于發(fā)送狀態(tài)，也就是占用 了 通信總線，這樣其它的分機就無法與主機進行通信。這種情況尤其表現(xiàn)在某個分 機出現(xiàn)異常情況下 (死機 )。會使整個系統(tǒng)通信崩潰。因此在電路設計時，應保 證系統(tǒng)上電復位時 MAX485的 DE端電位為“ 0”。由于 AT89S52在復位期間， I／ O 口輸出高電半，故圖 3． 15電路的接法有效地解決復位期間分機“咬”總線的問 題。 1． 2隔離光耦電路的參數(shù)選取 在瓦斯數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，由于要對現(xiàn)場情況進行實時監(jiān)控及響應，通信數(shù)據(jù) 30 椰‰一罌加 蠱雖 江蘇走擘碩士學位論文 的波特率往往做得較高 (通常都在 4800波特以 上 )。限制通信波特率提高的“瓶 頸”，并不是現(xiàn)場的導線 (現(xiàn)場旋工一般使用 5類非屏蔽的雙絞線 )，而是在與 單片機系統(tǒng)進行信號隔離的光耦電路上。此處采用 TILll7。電阻 R R3 如果選 取得較大，將會使光耦的發(fā)光管由截止進入飽和變得較慢；如果選取得過小，退 出飽和也會很慢，所以這兩只電阻的數(shù)值要精心選取，不同型號的光耦及驅(qū)動電 路使得這兩個電阻的數(shù)值略有差異．這一點在電路設計中要特別慎重，不能隨意， 通?？梢杂蓪嶒瀬矶?。 i． 3 485總線輸出電路部分的設計 輸出電路的設計要充分考慮到線路上的各種干擾及線路特性阻抗的匹配。由 于工程環(huán)境比較復雜，現(xiàn)場常有各種形式的干擾源，所以 485總線的傳輸端一定 要加有保護措施。在電路設計中采用穩(wěn)壓管 D1． D2 組成的吸收回路，也可以選 用能夠抗浪涌的 TVS瞬態(tài)雜波抑制器件，或者直接選用能抗雷擊的 485芯片 (如 SN75LBCl84等 )。 考慮到線路的特殊情況 (如某一臺分機的 485芯片被擊穿短路 )，為防止總線 中其它分機的通信受到影響，在 kⅢ AX485的 485信號輸出端串聯(lián)了兩個 20Q的電 阻 RIO、 RII。這樣本機的硬件故障就 不會使整個總線的通信受到影響。 在應用系統(tǒng)的現(xiàn)場采集中。由于通信載體是雙絞線，它的特性阻抗為 120n 左右，所以線路設計時，在 RS一 485網(wǎng)絡傳輸線的始端和末端各應接 1只 120 Q 的匹配電阻 (如圖 3． 15中 R8)，以減少線路上傳輸信號的反射。 由于 RS一 485芯片的特性，接收器的監(jiān)測靈敏度為177。 200mV，即差分輸入端 vA— VB一 +2DOmV，輸出邏輯 I， vA— vB≤ 200mY，輸出邏輯 0；而 A、 B端電 位差的絕對值小于 200mV時，輸出為不確定。如果在總線上所有發(fā)送器被禁止時． 接收器輸出邏 輯 0，這會誤認為通信幀的起始引起工作不正常。解決這個問題的 辦法是人為地使 ^端電位高于 B兩端電位，這樣 P,XD的電平在 485總線不發(fā)送期 『自 j(總線懸浮時 )呈現(xiàn)唯一的高電平， AT89S52單片機就不會被誤中斷而收到亂 字符。通過在 485電路的 A、 B輸出端加接 3． 3K的上拉、下拉電阻 R R9，即 可很好地解決這個問題。 2．軟件的編程 485芯片的軟件編程對產(chǎn)品的可靠性也有很大影響。由于 485總線是異步半 雙工的通信總線，在某一個時刻，總線只可能呈現(xiàn)一種狀態(tài)。所以這種方式一般 適用于主機對分機的查詢方式通 信，總線上必然有一臺始終處于主機地位的設備 在巡檢其它的分機，所以需要制定一套合理的通信協(xié)議來協(xié)調(diào)總線的分時共用。 這里采用的是數(shù)據(jù)包通信方式。通信數(shù)據(jù)是成幀成包發(fā)送的，每包數(shù)據(jù)都有引導 碼、長度碼、地址碼、命令碼、內(nèi)容、校驗碼等部分組成。其中引導碼是用于同 步每一包數(shù)據(jù)的引導頭；長度碼是這一包數(shù)據(jù)的總長度；命令碼是主機對分機 (或 分機應答主機 )的控制命令；地址碼是分機的本機地址號；“內(nèi)容”是這一包數(shù) 據(jù)罩的各種信息；校驗碼是這一包數(shù)據(jù)的校驗標志，可以采用奇偶校驗、和校驗 等不同的方式。 在 485芯片的通信 中，尤其要注意對 485控制端 DE 的軟件編程。為了可靠的 工作，在 485總線狀態(tài)切換時需要做適當延時，再進行數(shù)據(jù)的收發(fā)。具體的做法 是在數(shù)據(jù)發(fā)送狀態(tài)下，先將控制端置。 l”，延時 1． ms左右的時問，再發(fā)送有效 的數(shù)據(jù)，一包數(shù)據(jù)發(fā)送結(jié)束后再延時 Ims后，將控制端置 .0。這樣的處理會 使總線在狀態(tài)切換時，有一個穩(wěn)定的工作過程。 3．結(jié)論 經(jīng)過以上的軟硬件共同處理， RS一 485總線在應用系統(tǒng)工程中的可靠性大大提 高，在通常的環(huán)境條件下， 24小時連續(xù)開機，系統(tǒng)的通信始終處于詎常狀態(tài)， 整機性能滿足了對于瓦斯數(shù)據(jù)需時時 采集的需要。 3． 2． 8看門狗硬件電路 在監(jiān)測系統(tǒng)中為了保證單片機可靠而穩(wěn)定的運行，使單片機系統(tǒng)盡快擺脫因 干擾而產(chǎn)生的程序跑飛或死循環(huán)，需要一種監(jiān)視器，提供某種狀態(tài)使 CPU重新回 到用戶程序。這種監(jiān)視器即“看門狗” (Watch dog)。監(jiān)測系統(tǒng)設計有看門狗功 能，一旦系統(tǒng)在現(xiàn)場受到突發(fā)干擾使程序跑飛，單片機沒有自我保護能力，不能 使系統(tǒng)復位，重新工作。為此，本系統(tǒng)采用了 MAX706和 AT89S52構成的“看門 狗”硬件電路，如圖 3． 16所示?！?IAX706是一種性能優(yōu)良的低功耗 CMOS監(jiān)控電 路芯片，其 內(nèi)部電路由上電復位、可重復觸發(fā)“看門狗”定時器及電壓比較器等 組成。 },tAX706有以下特性： 江蘇大學碩士學位論文 1)精確的供電電壓監(jiān)測 (2． 63V。 2． 93V， 3． 08V)； 2)200ms的復位時延； 3)對手動復位信號消抖，兼容 TTL／ clIos； 4)獨立的 1． 6秒時長 watchdog： 5)可輸出高電平有效的復位信號。 CPU正常丁作時．該電路對其不加干預，當 cPu工作失常一段時間后，看 門狗電路動作，使系統(tǒng)復位霞新 T作。 m^X 7口 6 田 3． 16看門狗電路 P1． 3作為喂 狗信號， CPU只要在 1． 6s內(nèi)給 P1． 3一個正脈沖，看門狗定時器 被清零，葡茹引腳維持高電平：當程序跑飛或死機時， CPU不能在 1． 6s 內(nèi)給出 喂狗信號，麗 j石引腳立即跳變?yōu)榈碗娖剑M而觸發(fā) MR 手動復位引腳，使 MAXT06 復位，從而使“看門狗”定時器清零并重新開始計時，麗菇引腳輸出高電平， MAXT06的 — RS— T復位輸出引腳