【導(dǎo)讀】基于at89s52單片機(jī)的煤礦瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研制.txt偶爾要回頭看看，否則永遠(yuǎn)都在追尋，而不知道自己失去了什么。男人掏錢(qián)是戀人關(guān)系，女人掏錢(qián)是夫妻關(guān)系，男女搶著掏錢(qián)是朋。男人愛(ài)用眼睛看女人，最易受美貌迷惑；女人愛(ài)用心看男人，最易受傷心折磨。石油價(jià)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(guò)串口通訊軟件界面顯示。過(guò)流、漏電保護(hù)裝置。在此基礎(chǔ)上，詳細(xì)論述了瓦斯氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的。硬件電路設(shè)計(jì)與系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)及實(shí)用分析。本課題采用具有較高性價(jià)。實(shí)現(xiàn)將單片機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫娔X端，而且能實(shí)現(xiàn)電腦對(duì)單片機(jī)的控制。之間通訊的配套工具。基于串El通訊協(xié)議，使用該軟件可以通過(guò)Pc機(jī)。實(shí)時(shí)監(jiān)控煤礦氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，讀取系統(tǒng)存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)，

　　

【正文】 個(gè)字節(jié)必須為 8位，而且 每個(gè)傳送的寧節(jié)后面必須跟一個(gè)認(rèn)可位 (第 9位 )，也叫應(yīng)答位 (ACK)。每次都 是先傳最高位，通常從器件在接收到每個(gè)字節(jié)后都會(huì)作出響應(yīng)，即釋放 SCL線返 回高電平，準(zhǔn)備接收下一個(gè)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(gè)實(shí)時(shí)事件而 4i能接收數(shù)據(jù)時(shí)， (例如正在處理一個(gè)內(nèi)部中斷， 在這個(gè)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(shí)鐘 SCL線保持低電平，從 器件必須使 SDA保持高電平，此時(shí)主器件產(chǎn)生 1個(gè)結(jié)束信號(hào)，使傳送異常結(jié)束， 迫使主器件處于等待狀態(tài)。當(dāng)從器件處理完畢時(shí)將釋放 SCL線，主器件繼續(xù)傳送。 當(dāng)主器件發(fā)送完一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)后，接著發(fā)出對(duì)應(yīng)于 SCL線上的一個(gè)時(shí)鐘 (ACK)認(rèn)可位，在此時(shí)鐘內(nèi)主器件釋放 SDA線，一個(gè)字節(jié)傳送結(jié)束，而從器件 的響應(yīng)信號(hào)將 SDA線拉成低電平，使 SDA在該時(shí)鐘的高電平期間為穩(wěn)定的低電平。 從器件的響麻信號(hào)結(jié)束后， SDA線返回高電平， 進(jìn)入下一個(gè)傳送周期。 5． 12c總線接口器件 日前在視頻處理、移動(dòng)通信、數(shù)據(jù)采集等領(lǐng)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(jī)、 RAM， ROM、 A／ D、 D／ A、 LCD驅(qū)動(dòng)器等器件，也越來(lái)越多地應(yīng)用于計(jì)算機(jī)及自動(dòng)控制系統(tǒng)中。 AT24C02是美國(guó) ATMEL公司的低功耗 CMOS串行 EEPROM，它是內(nèi)含 256X8位 存儲(chǔ)空間，具有丁作電壓寬 (2． 5～ 5． 5V)、擦寫(xiě)次數(shù)多 (大于 10000次 )、寫(xiě)入 速度快 (小于 lOms)等特點(diǎn)。 AT24C02與 AT89S52連 接電路見(jiàn)圖 3． 13。 圖 3． 13 AT24C02與 AT89S52連接電路圖 江蘇大學(xué)碩士學(xué)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(fù)電源。第 5腳 SDA為串行數(shù)據(jù)輸入／輸出， 數(shù)據(jù)通過(guò)這條雙向 12C總線串行傳送，和單片機(jī)的 P3． 7連接。第 6腳 SCL為串 行時(shí)鐘輸入線，和單片機(jī)的 P3． 6連接。 SDA和 SCL都需要和正電源間各接一個(gè) 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(biāo) 準(zhǔn)，并從幾個(gè)方面簡(jiǎn)要介紹了本課題在用 RS一 485 進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊時(shí)提高可靠性的一些措施。 RS485作為一種多點(diǎn)差分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸?shù)? 電氣規(guī)范現(xiàn)已成為業(yè)界應(yīng)用最為廣泛的標(biāo)準(zhǔn)通信接口之一，這種通信接口允許在 簡(jiǎn)單的一對(duì)雙絞線上進(jìn)行多點(diǎn)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(zhǎng)度及可靠性等方面是其他標(biāo)準(zhǔn)無(wú)法比擬的。因此。許多不同領(lǐng)域都采 用 R8485作為數(shù)據(jù)傳輸鏈路。例如：汽車(chē)電子電信設(shè)備局域網(wǎng)、蜂窩基站工業(yè) 控制儀器儀表等等。這項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)得到廣泛接受的另外一個(gè)原因是它的通用性。 RS485標(biāo)準(zhǔn)只對(duì)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(chǔ)上用戶可以建立自己的高層通信協(xié)議。盡管 RS一 485標(biāo)準(zhǔn)已被廣泛接受，但是 對(duì)于它在實(shí)際麻用中的一些具體問(wèn)題并沒(méi)有得到深入廣泛的認(rèn)識(shí)，甚至存在著種 種誤區(qū)以壘于影響到整個(gè)系統(tǒng)的性能。奉節(jié)在介紹 RS485標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上重點(diǎn)討 論幾個(gè)在奉課題實(shí)際麻用中注意的幾個(gè)方面。 3． 2． 7． I RS485標(biāo)準(zhǔn)回顧 RS485標(biāo)準(zhǔn)最初由電子 T業(yè)協(xié)會(huì) EIA于 1983年制訂并發(fā)布 .1，后由 TIA通 訊 T業(yè)協(xié)會(huì)修訂后命名為 TIA／ EIA一 485一 A39。不過(guò) T程師還是習(xí)慣地稱 之為 RS一 485 RS485由 RS422發(fā)展而來(lái)，后者是為彌補(bǔ) RS232之不足而提出的為改進(jìn) RS 一 232 通信距離短、速率低的缺點(diǎn)。 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(zhǎng)到 4000英尺 (速率低于 lOOkbps時(shí) )，并允許在一條平 衡線上連接最多 10個(gè)接收器。 RS422是一種單機(jī)發(fā)送多機(jī)接收的單向平衡傳輸 規(guī)范，為擴(kuò)展應(yīng)用范圍隨后又為其增加了多點(diǎn)雙向通信能力，即允許多個(gè)發(fā)送器 連接到同一條總線上．同時(shí)增加了發(fā)送器的驅(qū)動(dòng)能力和沖突保護(hù)特性擴(kuò)展了總線 共模范圍， 這就是后來(lái)的 EIA RS一 485標(biāo)準(zhǔn)。 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 RS一 485是一個(gè)電氣接口規(guī)范，它只規(guī)定了平衡驅(qū)動(dòng)器和接收器的電特性，而 沒(méi)有規(guī)定接插件傳輸電纜和通信協(xié)議 .’。 RS一 485標(biāo)準(zhǔn)定義了一個(gè)基于單對(duì)平衡 線的多點(diǎn)雙向半雙 T通信鏈路，是一種極為經(jīng)濟(jì)、并具有相當(dāng)高噪聲抑制、傳輸 速率、傳輸距離和寬共模范用的通信平臺(tái)。 RS一 485接口的主要特點(diǎn)如下： 1)平衡傳輸 2)多點(diǎn)通信 3)驅(qū)動(dòng)器輸出電壓 (帶載 )≥ I I． 5Vl 4)接收器輸入門(mén)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(fù)載： 32個(gè)單位負(fù)載 (uL) 8)最大傳輸速率： 10枷 ps 9)最大電纜長(zhǎng)度： 1200m 3． 2． 7． 2 Rs485遙信硬件電路設(shè)計(jì) 在使用 RS一 485總線進(jìn)行數(shù)據(jù)通信時(shí)，如果簡(jiǎn)單地按常規(guī)方式設(shè)計(jì)電路，在實(shí) 際 T程中可能有以下兩個(gè)問(wèn)題出現(xiàn)。一是通信數(shù)據(jù)收發(fā)的可靠性問(wèn)題；二是在多 機(jī)通信方式下 (圖 3． 14)，一個(gè)節(jié)點(diǎn)的故障 (如死機(jī) )，往往會(huì)使得整個(gè)系統(tǒng)的 通信框架崩潰，而且給故障的排查帶來(lái)困難，針對(duì)上述問(wèn)題，我們對(duì) 485總線 的 軟硬件采取了具體的改進(jìn)措施。 幽 3． 14 RS485系統(tǒng)示意圈 1．硬件電路的設(shè)計(jì) 在論文設(shè)計(jì)中采用 AT89S52單片機(jī)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(shí)現(xiàn)總線與單片機(jī)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(xué)碩士學(xué)位論文 TXD =) VCC Rl 1K 磚隧 T+57 T 7cc =|暑謄詘手掣 專(zhuān)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(hào)的正向端 6)B： 485差分信號(hào)的反向端 充分考慮現(xiàn)場(chǎng)的復(fù)雜環(huán)境，在電路設(shè)計(jì)中注意了以下三個(gè)問(wèn)題。 1． 1～ BX485芯片 DE控制端的設(shè)計(jì) 由于應(yīng)用系統(tǒng)中，主機(jī)與分機(jī)相隔較遠(yuǎn)，通信線路的總長(zhǎng)度往往超過(guò) 400米， 而分機(jī)系統(tǒng)上電或復(fù)位又常常小在同一個(gè)時(shí)刻完成。如果在此時(shí)某個(gè) 1姒 X485的 DE端電位為“ 1”．那么它的 485總線輸出將會(huì)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(jī)就無(wú)法與主機(jī)進(jìn)行通信。這種情況尤其表現(xiàn)在某個(gè)分 機(jī)出現(xiàn)異常情況下 (死機(jī) )。會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)通信崩潰。因此在電路設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)保 證系統(tǒng)上電復(fù)位時(shí) MAX485的 DE端電位為“ 0”。由于 AT89S52在復(fù)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(fù)位期間分機(jī)“咬”總線的問(wèn) 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(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控及響應(yīng)，通信數(shù)據(jù) 30 椰‰一罌加 蠱雖 江蘇走擘碩士學(xué)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(chǎng)的導(dǎo)線 (現(xiàn)場(chǎng)旋工一般使用 5類(lèi)非屏蔽的雙絞線 )，而是在與 單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行信號(hào)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(huì)使光耦的發(fā)光管由截止進(jìn)入飽和變得較慢；如果選取得過(guò)小，退 出飽和也會(huì)很慢，所以這兩只電阻的數(shù)值要精心選取，不同型號(hào)的光耦及驅(qū)動(dòng)電 路使得這兩個(gè)電阻的數(shù)值略有差異．這一點(diǎn)在電路設(shè)計(jì)中要特別慎重，不能隨意， 通?？梢杂蓪?shí)驗(yàn)來(lái)定。 i． 3 485總線輸出電路部分的設(shè)計(jì) 輸出電路的設(shè)計(jì)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(fù)雜，現(xiàn)場(chǎng)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(hù)措施。在電路設(shè)計(jì)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(tái)分機(jī)的 485芯片被擊穿短路 )，為防止總線 中其它分機(jī)的通信受到影響，在 kⅢ AX485的 485信號(hào)輸出端串聯(lián)了兩個(gè) 20Q的電 阻 RIO、 RII。這樣本機(jī)的硬件故障就 不會(huì)使整個(gè)總線的通信受到影響。 在應(yīng)用系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)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(shè)計(jì)時(shí)，在 RS一 485網(wǎng)絡(luò)傳輸線的始端和末端各應(yīng)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(hào)的反射。 由于 RS一 485芯片的特性，接收器的監(jiān)測(cè)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(duì)值小于 200mV時(shí)，輸出為不確定。如果在總線上所有發(fā)送器被禁止時(shí)． 接收器輸出邏 輯 0，這會(huì)誤認(rèn)為通信幀的起始引起工作不正常。解決這個(gè)問(wèn)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(shí) )呈現(xiàn)唯一的高電平， AT89S52單片機(jī)就不會(huì)被誤中斷而收到亂 字符。通過(guò)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(gè)問(wèn)題。 2．軟件的編程 485芯片的軟件編程對(duì)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(gè)時(shí)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(jī)對(duì)分機(jī)的查詢方式通 信，總線上必然有一臺(tái)始終處于主機(jī)地位的設(shè)備 在巡檢其它的分機(jī)，所以需要制定一套合理的通信協(xié)議來(lái)協(xié)調(diào)總線的分時(shí)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(dǎo) 碼、長(zhǎng)度碼、地址碼、命令碼、內(nèi)容、校驗(yàn)碼等部分組成。其中引導(dǎo)碼是用于同 步每一包數(shù)據(jù)的引導(dǎo)頭；長(zhǎng)度碼是這一包數(shù)據(jù)的總長(zhǎng)度；命令碼是主機(jī)對(duì)分機(jī) (或 分機(jī)應(yīng)答主機(jī) )的控制命令；地址碼是分機(jī)的本機(jī)地址號(hào)；“內(nèi)容”是這一包數(shù) 據(jù)罩的各種信息；校驗(yàn)碼是這一包數(shù)據(jù)的校驗(yàn)標(biāo)志，可以采用奇偶校驗(yàn)、和校驗(yàn) 等不同的方式。 在 485芯片的通信 中，尤其要注意對(duì) 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(shí)需要做適當(dāng)延時(shí)，再進(jìn)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(shí) 1． ms左右的時(shí)問(wèn)，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(shí) Ims后，將控制端置 .0。這樣的處理會(huì) 使總線在狀態(tài)切換時(shí)，有一個(gè)穩(wěn)定的工作過(guò)程。 3．結(jié)論 經(jīng)過(guò)以上的軟硬件共同處理， RS一 485總線在應(yīng)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(shí)連續(xù)開(kāi)機(jī)，系統(tǒng)的通信始終處于詎常狀態(tài)， 整機(jī)性能滿足了對(duì)于瓦斯數(shù)據(jù)需時(shí)時(shí) 采集的需要。 3． 2． 8看門(mén)狗硬件電路 在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中為了保證單片機(jī)可靠而穩(wěn)定的運(yùn)行，使單片機(jī)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(mén)狗” (Watch dog)。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)有看門(mén)狗功 能，一旦系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)受到突發(fā)干擾使程序跑飛，單片機(jī)沒(méi)有自我保護(hù)能力，不能 使系統(tǒng)復(fù)位，重新工作。為此，本系統(tǒng)采用了 MAX706和 AT89S52構(gòu)成的“看門(mén) 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(fù)位、可重復(fù)觸發(fā)“看門(mén)狗”定時(shí)器及電壓比較器等 組成。 },tAX706有以下特性： 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 1)精確的供電電壓監(jiān)測(cè) (2． 63V。 2． 93V， 3． 08V)； 2)200ms的復(fù)位時(shí)延； 3)對(duì)手動(dòng)復(fù)位信號(hào)消抖，兼容 TTL／ clIos； 4)獨(dú)立的 1． 6秒時(shí)長(zhǎng) watchdog： 5)可輸出高電平有效的復(fù)位信號(hào)。 CPU正常丁作時(shí)．該電路對(duì)其不加干預(yù)，當(dāng) cPu工作失常一段時(shí)間后，看 門(mén)狗電路動(dòng)作，使系統(tǒng)復(fù)位霞新 T作。 m^X 7口 6 田 3． 16看門(mén)狗電路 P1． 3作為喂 狗信號(hào)， CPU只要在 1． 6s內(nèi)給 P1． 3一個(gè)正脈沖，看門(mén)狗定時(shí)器 被清零，葡茹引腳維持高電平：當(dāng)程序跑飛或死機(jī)時(shí)， CPU不能在 1． 6s 內(nèi)給出 喂狗信號(hào)，麗 j石引腳立即跳變?yōu)榈碗娖剑M(jìn)而觸發(fā) MR 手動(dòng)復(fù)位引腳，使 MAXT06 復(fù)位，從而使“看門(mén)狗”定時(shí)器清零并重新開(kāi)始計(jì)時(shí)，麗菇引腳輸出高電平， MAXT06的 — RS— T復(fù)位輸出引腳