【正文】 0m/s對應輸出4～20mA電流。電路連接如圖38所示。 粉塵的測量控制 粉塵濃度測量原理 （）定律：當光波通過線性物質時，會與物質發(fā)生相互作用。透過部分的光強與入射光強之間符合朗伯比爾定律。原理圖如圖39所示。通過實驗發(fā)現(xiàn)，光的吸收系數(shù)與粉塵濃度成正比。式中I0對應于L=0位置處的光強；I對應于位置為L處的光強；L表示光深入介質的厚度（m），即光程。若L一定，則介質單位濃度的消光系數(shù)一定，那么入射光強將隨介質的濃度c的變化而呈指數(shù)衰減。 實際測量過程中應用的關系是通過式（38）變換得到： (38) 式中入射光強與出射光強通過測量得到，光程L一般為固定值，而消光系數(shù)則需通過事先標定確定。可以說，它是接收系統(tǒng)中的核心部件，接收系統(tǒng)的探測能力及探測精度，在很大程度上依賴于光電探測器的性能。響應時間越短，說明探測器能測量的頻率越高，暗電流越小，噪聲也就越小，則探測器的性能越好。其中硅光電池是目前用得最廣泛的一種器件。其特點是結構簡單、光敏面積較大，易于實現(xiàn)光路，并且光電池已經(jīng)廣泛的應用于光電測量儀器中，所以本設計采用光電池作為光電探測器件。圖310 電路原理流程圖由于是光采集得到是模擬信號，而機器運行是靠電信號，所以要進行光電轉換。本文選用硅光電池來進行光電轉換[14, 15]。1) 放大器由于光電轉換后得到的是電流信號，并且為了保證微弱信號不被環(huán)境和固有噪聲所淹沒，所以在模擬信號處理中需要使用運算放大器將電流信號轉換成電壓信號，并且實現(xiàn)對信號的斬波、檢相、放大、濾波等處理。所以，級間安排是：第一級（轉換級）106；第二級（增益調整級）2~256。ICL7650是MAXIM生產(chǎn)的自穩(wěn)零斬波運算放大器，能自動穩(wěn)零，性能穩(wěn)定，體積小，是一種儀用IC，是便攜式和其它用電池供電系統(tǒng)的理想器件。圖311 第一級放大電路對于第二級由于輸入電壓相對來說較大，它具有極高的時間穩(wěn)定性，電路如圖312所示：圖312 第二級放大電路2) 減法器 為了使控制系統(tǒng)得到兩個光電信號的差分信號，需要將這兩個從放大器中輸出的信號輸入到減法器中，該減法器使用課本中常見的減法電路，如圖313所示。因此，在A/D轉換器的前端應加入采樣/保持電路。圖314 采樣/保持電路由模擬信號處理系統(tǒng)輸出的信號是模擬量，而微處理器能接受并處理的是數(shù)字量，因此被測模擬量必須先通過430內置的A/D轉換器轉換成數(shù)字量，才能被計算機處理。本系統(tǒng)的組成可以分為幾個大部分：一氧化碳測量部分、風速測量部分、溫度測量部分、粉塵檢測部分及各小部分。第4章 硬件電路的設計及固件編程 單片機系統(tǒng) 單片機簡介單片機的英文縮寫是MCU，既Micro Controller Unit，實際的意思是微控制器。但是單片機出現(xiàn)以后，電路的控制變的智能化，而且具有高可靠性和高效率。但是其體積大、價格昂貴，而且在工業(yè)領域、測控領域不需要如此強大，最主要的是受體積的限制。單片機的RAM就相當于電腦的內存，單片機的ROM就相當于電腦的硬盤[16]。430單片機的推出是跨時代的產(chǎn)品。 MSP430單片機是基于精簡指令集結構的。MSP430單片機被廣泛應用的原因最主要的在于其低功耗。有關實驗顯示：利用一節(jié)普通的AA電池可以給以430單片機系統(tǒng)供電長達10年之久，足見其卓越的低功耗性能。本系統(tǒng)中使用的MSP430F149系列單片機內部有定時器（包括看門狗定時器、定時器A、定時器B）、串口（包括串口0、串口1），具有中斷的P0和P1口，還有SPI、PWM、模擬比較等模塊。430的A/D轉換有8路外部輸入，一路芯片內部溫度傳感器，還可以監(jiān)測供電電壓，可以選擇片內或者片外基準電壓，、。單片機的中斷可以讓其處理突發(fā)事件，例如在主程序執(zhí)行時，突然有串口收到數(shù)據(jù)，此時就可以通過串口中斷服務程序來處理。在編程的時候也需要注意：雖然單片機的速度快，但是我們不能將所有任務都交給單片機處理，應該盡量簡化，例如一個數(shù)需要放大16倍，也許可能會想到直接乘以16就可以，但是如果采用左移4位來實現(xiàn)則單片機的工作量就會減小很多。單片機開發(fā)的工具包括：電腦、編程軟件、調試器、下載器，支持430單片機的編程軟件很多，常用的是IAR公司出品的IAR Embedded Workbench for MSP430。目前51單片機在線調試還很困難，下載器由于使用的人數(shù)多，使用的時間長，相對來說已經(jīng)很容易。 單片機管腳圖41 單片機管腳單片機主要是完成賦予它的任務的過程，也就是單片機執(zhí)行程序的過程，即一條條執(zhí)行的指令的過程，所謂指令就是把要求單片機執(zhí)行的各種操作用的命令的形式寫下來，這是在設計人員賦予它的指令系統(tǒng)所決定的，一條指令對應著一種基本操作，而運行的程序執(zhí)行需要單片機的管腳和外圍電路進行連接，所以說單片機的的管腳也有必要介紹一下。為了減小電源的管腳干擾，利用電容進行了濾波處理。電路連接如圖42所示： 圖42 液晶12864控制電路 液晶12864正常工作的界面顯示如圖43所示。 圖43 液晶12864初始化顯示畫面 因為MSP430單片機默認上電后，看門狗是開著的，所以程序的第一步必須進行關閉看門狗；其次，因為此次設計是在MSP430開發(fā)板上進行的，所以開始要對開發(fā)板上的相應部分做初始化；再次，是對單片機及液晶的初始化。通過對中毒機理的分析，103mol/m3（相當于100ppm），103 mol/ m3，累積報警的時間濃度積設定在3103h*mol/m3。聲光報警電路原理如圖44所示：圖44 聲光報警原理圖報警儀的電路框圖如圖44所示。通道的工作電壓采用+10V電源。當被測CO濃度達到低濃度累計報警限時，啟動累計電路工作。圖45是傳感器及高濃度報警極限報警信號處理，圖46是低濃度累積報警信號處理電路，圖47是報警及控制輸出電路，圖48是電源及控制電路。U的輸出電壓分別送到V1b和V1a。圖45 傳感器及高濃度報警極限報警信號處理低濃度累積報警信號處理電路： 圖46中V1組成低濃度累積報警電路，其基準電壓由R1R18和R19構成，3a和3b構成時間累積電路，其時間累積可在23h可調，當放大器U送來的信號超過低濃度累積報警限時，V1動作，啟動3a和3b電路工作，當累積時間到達設定時間后，輸出信號一路至顯示電路，一路至報警和控制電路（圖47），使它們動作。圖46 低濃度累積報警信號處理電路 報警及控制輸出電路：圖47中的V4b和V4c構成音頻振蕩器，其頻率由R28，R29和C11決定，T1驅動揚聲器SP，T2驅動繼電器J，可控制排氣扇或其他通風設備。圖47 報警及控制輸出電路電源及電源控制電路： 圖48為電源及控制電路，其中V5為7810，V6為CW117，V7為NE 555，V8為7805，V5輸出為+10V的電源，V6輸出為交替變化的+3V/+5V電源，V7的3端輸出占空比為2:1的控制脈沖，其中清洗電壓為+5V，時間20s，工作電壓為+3V，時間為40s，由T6和T7組成電源變換電路。由于利用單片機實現(xiàn)的步進電機具有控制成本低，使用靈活等特點，所以越來越多的引起人們的重視。步進電機可分為反應式，永磁式和混合式。步進電機的驅動電路發(fā)送不同的控制信號就可以驅動電機的不同動作，如圖49為系統(tǒng)的框圖：圖49 系統(tǒng)框圖在本系統(tǒng)中，電機驅動芯片采用的是UC3717A。為了減少干擾，輸入輸出都加了濾波電路。UC3717A芯片使用非常簡單，它通過3個輸入管腳（PHASE,10和11）接收輸入的信號，在兩個輸出管腳（Aout和Bout）上輸出相應的控制信號。在該接口電路中，PHAS E,10和11三個管腳分別于單片機相連。由圖412可以看出，該芯片的工作電壓為5V， V，但是根據(jù)UC3717A芯片的數(shù)據(jù)手冊可以看出，該芯片的數(shù)字管腳可以與單片機的I/O端口直接連接，因此PHASE，11和10三個管腳于單片機的I/O端口進行連接時，不需要進行電平轉換。圖411給出部分軟件設計流程圖：圖411 部分流程圖本系統(tǒng)的礦山監(jiān)控系統(tǒng)是一個較復雜的主從分布式控制系統(tǒng)。圖412 軟件流程圖圖412為軟件流程圖。中斷服務程序包括各個氣體濃度測量中斷子程序、通訊中斷子程序，完成礦山的氣體和粉塵濃度測量和與顯示控制部分交換數(shù)據(jù)等任務。 本章小結本章主要論述了軟件的總體設計和設計流程圖，并且說明了顯示，聲光報警以及驅動電路，也就是經(jīng)過單片機處理后需要運行的部分?！敖Y論”以前的所有正文內容都要編寫在此行之前。本系統(tǒng)有效解決了礦山通風的實時檢測和控制問題。 2. 根據(jù)系統(tǒng)功能需要，開發(fā)出基于MSP430單片機的礦山誘導通風控制系統(tǒng)。3. 系統(tǒng)各個模塊的電路原理和實際的電路連接。在核心板處理部分單片機是整個系統(tǒng)的重點，單片機負責對整個系統(tǒng)的控制，對數(shù)據(jù)處理。在本次畢業(yè)論文的設計中，由于時間、條件的因素的限制，本系統(tǒng)還有尚待完善的地方。今后對其理論和試驗的研究還將繼續(xù)，其研究的重點在如下幾個方面： 1. 運用先進的流體仿真軟與智能控制算法，結合工程實際，通過實驗進一步優(yōu)化參數(shù)，加強模型與實際的聯(lián)系，以提高系統(tǒng)的通風效率。除此之外，本系統(tǒng)在輸出量的控制規(guī)則方面，是基于以往的人工操作經(jīng)驗來制定的。致謝至此，本人的畢業(yè)論文完成。他嚴肅的科學態(tài)度，嚴謹?shù)闹螌W精神，精益求精的工作作風，深深地感染和激勵著我。我還要感謝馮僑華老師給予我論文的指導和幫助。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!感謝培養(yǎng)教育我的哈爾濱理工大學，學校濃厚的學術氛圍，舒適的學習環(huán)境我將終生難忘！祝母校蒸蒸日上，永創(chuàng)輝煌！感謝對我傾囊賜教、鞭策鼓勵的理工大學測控系諸位師長，恩師施老師的諄諄訓誨我將銘記在心。祝他們壽域無疆，德業(yè)永輝！感謝測控076班，你們和我共同度過了四年美好難忘的大學時光，我非常珍視和你們的友誼！祝你們前程似錦，事業(yè)有成！最最感謝生我養(yǎng)我的父母，他們給予了我最無私的愛，為我的成長付出了許多許多，焉得諼草，言樹之背，養(yǎng)育之恩，無以回報，惟愿他們健康長壽！最后，向百忙之中抽出時間來審閱本文的各位專家、學者和老師表示衷心的感謝！ 對關心、幫助我的老師和同學表示衷心地感謝！祝愿母校哈爾濱理工大學越辦越好，再創(chuàng)佳績！參考文獻1 新華社．2010年我國煤炭需求量將超過30億噸．現(xiàn)代鄉(xiāng)鎮(zhèn)，2008，4：4749.2 吳承立．我國煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)運行的問題及建議．煤礦現(xiàn)代化，2008，(18)：8386. 3 楊玲玲，宋磊，張文杰．煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的應用及發(fā)展．山西建筑．2010，36(33)：209211. 4 本報記者 王穎春．能源局：“十二五”將形成10個億噸級煤企．中國證券報，2010：A08.5 馬科偉，索亮，劉源駿等．貴州某礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)優(yōu)化設計．煤礦現(xiàn)代化，2010(6)：7981，8386.6 C. 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