【正文】 電路 設計思路 本次設計任務中人機界面的顯示部分使用了 PC 機自帶的超級終端。系統(tǒng)把自己得到的數據有效的傳遞給生產監(jiān)控人員是非常重要的。可見， M22A series EV Board 工控底板本身就是非常適合進行工業(yè)監(jiān)測和控制。板載的 USB 接口可以很方便的上傳數據到通用 PC機，配合 PC上位機的軟件就可以進行數據的統(tǒng)計等必要工作。 板載的 10/100M 以太網接口可以方便的進行互聯(lián)網上的數據傳輸。工控板還提供了 SD/MMC/CF 卡等可擴展存儲介質 接口 。符合工業(yè)標準的 CANbus，RS485， RS232 等接口。 M22A 系列工控板； (2) 1 路 10/100M 以太網通信接口； (3) 2 路 USB Host 通信接口； (4) 1 路 USB Device 通信接口； (5) 2 路 CANbus 通信接口； (6) 2 路 RS23 1 路 RS485 通信接口； (7) 1 路 I2C 接口和 1 路 SPI 接口； (8) CF 卡接口和 IDE 接口各 1 個； (9) 1 個 SD/MMC 接口； (10) 1 個 240x128 圖形液晶接口； (11) 1 個外設 PACK 接口，可擴展總線器件； (12) 1 個 JTAG 接口支持在線調試。本次設計采用了于 M9020FNU20I 兼容的工業(yè) 控制板 M22A series EV Board 作為系統(tǒng)的硬件平臺 ，如 圖 所示 。 板載的 RTC 可以非常方便的管理系統(tǒng)的時鐘。 板載的大容量存儲器可以為系統(tǒng)程序運行 和數據存儲提供足夠的空間。芯片內部結構 如 圖 所示。 該處理器時鐘最高可達 60MHz。 成都信息工程學院畢業(yè)設計論文 10 圖 核心板硬件示意 產品提供 LPC2290 標準化驅動庫，并固化協(xié)議棧，調用 API 函數即可實現(xiàn)嵌入式設備的 TCP/IP 網絡通信、 CAN 總線通信功能和 USB、 CF 卡、海量電子盤等存儲功能，特別適合電力自動化、煤礦產量監(jiān)控、機電控制等行業(yè)。 圖 M9020FNU20I工控模塊 M9020FNU20 / M9080FNU20 基于 LPC2290 工業(yè)級微控制器，支持 10M 以太網通信、 CAN 總線通信，具有 CF 卡接口、 USB 接口、板載大容量 NAND Flash 電子盤、 A/D 轉換、 RTC 等功能 ，模塊的硬件特性如 圖 所示 。 要完成許多各種各樣復雜的工作，那么核心板需要 高速的處理器、穩(wěn)定可靠的通信部件、大容量的存儲器以及各種擴展接口。 該部分完成了對節(jié)點數據的接收、處理和存儲，同時也負責對人機交互界面的管理。 該模塊非常適合作為工業(yè)現(xiàn)場的各種模擬輸入量的監(jiān)測，在本監(jiān)測系統(tǒng)中只需要把瓦斯?jié)舛葌鞲衅骱?iCAN4017 的模擬輸入口做相應的連接即可構成整個系統(tǒng)前端，非常的便捷和可靠。 1 通過對模塊以上特性的了解，可以得出，整個 iCAN4017模塊擁有 多路輸入，這樣給現(xiàn)場的多樣多路監(jiān)測提供了便利的條件。 4 177。500mv 16 177。 表 測量系數 Kr 定義 測量范圍 系數 Kr 值 177。假設實際測量電壓值為 Vm，通道輸入數據 Adata， Kr 為與測量范圍相關的系數。 iCAN4017 的測量范圍最大為177。 iCAN4017 的輸入測量數據與實際測量電壓值之間換算關系如下： 當輸入測量數據值為 0x8000 時，實際測量電壓值為 0。 表 設置測量范圍報文格式 Range VALUE 為測量范圍值， 0xE1 為資源節(jié)點，具體的測量范圍設定值如 表 所示。功能碼（ FuncID）為 0x01，資源節(jié)點為 0xF9，子資源節(jié)點為0xE1。 圖 模擬量讀入狀態(tài) iCAN4017 模塊可以根據模擬信號的輸入幅值 大小設定模塊的測量范圍。 表 讀取模擬量輸入報文格式 模擬量輸入數據長度為 16 個字節(jié)，采用分段傳輸，模擬量的輸入格式如 表 所示。功能碼為 0x02,資源節(jié)點為 0x40。通信建立狀態(tài)如 圖 所示。 表 建立連接報文格式 上表格中 CAN 幀數據部分的第 2 個字節(jié)為主站 ID，第 3個字節(jié)為主站定時循環(huán)參數，當主站 定時參數 CyclicMaster0 時，（ CyclicMaster*4）時間為從站判斷主站發(fā)送通訊報文成都信息工程學院畢業(yè)設計論文 6 是否超時的時間間隔。功能碼為 0x04，資源節(jié)點為 0xF7。 具體的結構如 圖 所示。 成都信息工程學院畢業(yè)設計論文 5 圖 監(jiān)測節(jié)點 ADC 模塊的通信部分 模塊的 MCU 主要負責對 ADC得到的數據進行處理，以使得其符合 CANbus總線協(xié)議。 圖 監(jiān)測節(jié)點前端信號調理 模塊的信號轉換 調理后的模擬信號通過多路的 ADC進行 A/D 轉換 ，最后得到 MCU能夠識別的數字量。完成這部分調理功能的電路一般稱為“前端電路 ”。 20mA（需外接 125Ω精密電阻）； (5) AD 轉換分辨率： 16 位； (6) 轉換速率： 2 次 /每秒（ 8 通道每次）； (7) 輸入低通濾波、過壓保護； (8) 隔離電壓： 1000V DC（信號輸入）。 500mV、177。 、177。 10V (默認 )、177。整個 iCAN4017 信號處理流程緊湊，模塊集成度高，整個模塊符合工業(yè)控制標準，為系統(tǒng)的穩(wěn)定性提供了保證。 監(jiān)測節(jié)點信號的處理流程大致 為：傳感器將井下瓦斯?jié)舛鹊淖兓D化為隨濃度變化的電壓，該電壓通過 ADC轉變?yōu)閿底至浚O(jiān)測節(jié)點的微控制器將 ADC輸出的數字量封裝為 iCAN協(xié)議規(guī)定的幀格式上傳給主機。 成都信息工程學院畢業(yè)設計論文 3 3. 系統(tǒng)監(jiān)測節(jié)點 監(jiān)測節(jié)點 理論 概述 從 圖 監(jiān)測節(jié)點好比整個系統(tǒng)的眼睛，可以直接的覺察到外界環(huán)境的變化。 再次，人機界面部分作為系統(tǒng)核心和人打交到的界面，它的選擇涉及到整個系統(tǒng)可操作性程度，也就是能否 讓人去更好的管理整個系統(tǒng)的資源、去及時而又直觀的感知系統(tǒng)運行的狀態(tài)，所以說這部分的選擇也相當的重要。 其次，核心控制部分作為一個系統(tǒng)的心臟，在數據的處理、傳輸以及系統(tǒng)內各個模塊的協(xié)調都起到了決定性的作用。 首先，在整個監(jiān)測系統(tǒng)中，前端對數據的采集和數據的準確上傳起到了至關重要的作用，而且前端處于環(huán)境比較惡劣的井下，這勢必對其的各種性能有更高的要求。人機交互界面可以完成當前系統(tǒng)運行狀態(tài)的顯示和一些需要調整的數據的輸入。系統(tǒng)的監(jiān)測節(jié)點主要完成對井下瓦斯?jié)舛鹊牟杉祿ㄟ^ CANbus 總線上傳給控制核心。系統(tǒng)結構框圖如 圖 所示 。鑒于此， 本次設計 選用 了 μC/OSII 操作系統(tǒng)作為軟件平臺，這可以很好的滿足設計指標 的要求?？梢詽M足 監(jiān)測系統(tǒng) 幾個月的數據采集量。 通過以上對系統(tǒng)需求的簡要分析，我們可以得出，整個井下瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)應該具有智能的監(jiān)測節(jié) 點、穩(wěn)定可靠的通信機制以及較強的數據處理和存儲的能力。 再次，大批量的數據由節(jié)點上傳給主控核心，處理 這些大批量的數據對核心微處理器的處理能力提出了更高的要求。 再而，每個 節(jié)點的數據都需要經過一定的途徑上傳給 主控核心?；谶@種情況的考慮，每個數據采集點都應該有自己的微控制器。 硬件需求分析 首先，井下瓦斯監(jiān)控需要對井下瓦斯 的濃度 進行監(jiān)測，那么就需要針對瓦斯?jié)舛鹊膫鞲衅?，因為瓦斯?jié)舛确从车絺鞲衅魇沁B續(xù)變化的模擬量，所以一個滿足采集精度的 ADC 是整個轉換的關鍵所在。 系統(tǒng) 需求分析 井下瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)對數據采集精度、通信穩(wěn)定性、數據的批量存儲 ，查詢以及整個系統(tǒng)的 實時性 要求都比較高，工程有一定的難度。 嵌入式系統(tǒng)包含了硬件和軟件兩個方面，其中硬件主要由處理器 芯片 、存儲器、 I/O端口以及相關外圍器件和電路組成， 軟件部分主要由 嵌入式操作系統(tǒng)及相應的 用戶 應用軟件組成。 擴展要求 (5) 將監(jiān)控到的數據保存到 CF 卡中； (6) 建立簡易數據庫； (7) 系統(tǒng)整體性能穩(wěn)定； (8) 系統(tǒng)軟件結構清晰，代碼優(yōu)化。 圖 任務概圖 設計的要求分為兩個部分， 基本要求部分和擴展要求部分。 成都信息工程學院畢業(yè)設計論文 1 論文設計的 指標和 任務 如 圖 所示為井下瓦斯環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)框圖。由于系統(tǒng)中用到 CANbus、GUI、及 CF 卡，故要求學生在這方面有相當的了解。在本系統(tǒng)中，學生可以對 M22A series EV Board的相應硬件資源進行裁減（有選擇的使用），然后將所需的傳感器搭接在相應的接口上即可完成硬件的構建。 本設計實際是模擬井下瓦斯環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，硬件平臺使用廣州致遠電子有限公司最新開發(fā)的 MiniARM M9020 配合 M22A series EV Board。本設計對系統(tǒng)整體性能要求較高，適用于機械工程、電子科學與技術、電氣工程及其自動化等相關專業(yè)學生。 成都信息工程學院畢業(yè)設計論文 1 磁阻效應 成都信息工程學院畢業(yè)設計論文 1 論文課題 的 概述 本題為煤礦井下瓦斯環(huán)境監(jiān)控，用到 CANbus、數據庫、 GUI 等專業(yè)知識，工程實踐性較強，要求 綜合運用本科階段所學的軟硬件專業(yè)知識。操作系統(tǒng)可以屏蔽微處理器的底層硬件，使系統(tǒng)設計者可以在不太了解硬件的情況下，用操作系統(tǒng)提供的接口函數來編 寫自己的應用程序。根據實際應用的需要，設計者可以選擇和裁剪所用的計算機系統(tǒng)的硬件和軟件。在這 些部件中都嵌入了微控制器（ MCU） ，也就成為所謂的嵌入式系統(tǒng)。 成都信息工程學院畢業(yè)設計論文 1 微控制器 的 發(fā)展 在信息技術高度發(fā)達的今天，計算機進入了一個充滿機遇和挑戰(zhàn)的時代 —— 后 PC時代。 由于機械的先天因素導致了指針式指南針在便攜性、靈敏度、精度以及使用壽命上都有一定的限制。 隨著人們對指南針原理認識的不斷深入，指南針也由 先 前笨重的“司南”發(fā)展到 現(xiàn)在的便攜式的指南針。所以司南的磁性比較弱，而且它與地盤接觸處要非常光滑，否則會因轉動摩擦阻力過大，而難于旋轉，無法達到預期的指南效果。 司南由青銅盤和天然磁體制成的磁勺組成，青銅盤上刻有二十四向，置磁勺于盤中心圓面上，靜止時，勺尾指向為南。當它靜止的時候，勺柄就會指向南方。它是用天然磁石制成的。經過多方的實驗和研究，終于發(fā)明了可以實用的指南針。人們首先發(fā)現(xiàn)了磁石引鐵的性質。 成都信息工程學院畢業(yè)設計論文 3 1. 緒論 指南針發(fā)展 指南針的發(fā)明是我國勞動人民，在長期的實踐中對物體磁性認識的結果。 single chip processor。 signal acquisition。 it also schemes out the circuit of all the modules and writes the program of single chip processor controlling and data processing in C language. This design draws the system principle diagrams and makes the PCB plug board chart with Protel 99SE and works out the pulse digital signal processing(DSP) and the actual sample of display circuit. The system diagram of digital pulses counter based on single chip processor has the following functions, such as pulse measuring, pulse information storage and recalling, time display, arrhythmia alarm, etc. The digital pulses counter works stably with a simple circuit structure, it is lowcost, easilyoperating and applied in a very wide field. Key words: sensor。 在本次的設計任務中 采用了巨磁阻傳感器和專用的磁阻傳感器 測量 ASIC芯片構成了地磁檢測前端，通過微控制器（ MCU）對 ASIC 芯片內磁場強度的讀取和處理就得到了當前方位與正北的夾角，從而 通過液晶顯示屏 （ LCD） 指示當前的方向。 本次設計任務的電子式指南針就是基于這兩種技術的發(fā)展。電阻值的這種變化是由于不同自旋的電子在單層磁化材料中散射性質不同而造成的。 巨磁阻效應是指當鐵磁性材料（ ferromagism）和非磁性金屬（ NonMagic Metal）層交替組合成的材料在足夠強的磁場中時電阻突然巨幅下降的現(xiàn)象。 當前由于電子行業(yè)內 專用集成電路 （ ASIC） 的飛速發(fā)展 給各種電子設備的微形化提供了便利的條件 。古人稱之為 “司南 ”。指南針約出現(xiàn)于戰(zhàn)國時期。 論文課題的概述 ..........................................................