【正文】 性較差，有零點(diǎn)漂移和靈敏度漂移問題。監(jiān)控裝置的電路設(shè)計(jì)要向數(shù)字化、集成化、智能化的方向發(fā)展。程序設(shè)計(jì)各種參量、報(bào)警點(diǎn)，自動(dòng)校正零點(diǎn)及誤差，監(jiān)視電池狀況。推廣自動(dòng)充電和防過充、過放的電池充電器，開發(fā)瓦斯、氧氣、一氧化碳三參數(shù)及多參數(shù)檢測(cè)儀。為適應(yīng)不同類型礦井的需要，監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)具有靈活的配置方式。掘進(jìn)工作面的分站應(yīng)具有風(fēng)電瓦斯閉鎖功能。要進(jìn)一步開發(fā)傳感功能和信息處理功能一體化的智能化傳感器，傳感器之間的聯(lián)鎖功能由計(jì)算機(jī)軟件判別實(shí)現(xiàn)。 本文研究的內(nèi)容及實(shí)現(xiàn)的功能 研究?jī)?nèi)容井下安全監(jiān)控分站是安全監(jiān)控監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)采集和處理現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)環(huán)境和設(shè)備狀態(tài)等方面的安全監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，并能實(shí)時(shí)地控制設(shè)備。圖11是監(jiān)控系統(tǒng)的總體框圖。以微控制器AT89C52為核心,在現(xiàn)有煤礦安全監(jiān)控分站的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了新型煤礦安全監(jiān)控分站。耐壓、耐腐蝕、防潮、密封；4）具有掉電初始化信息不丟失的保護(hù)功能；5）分站本身具有死機(jī)自動(dòng)復(fù)位功能；6）電源箱提供分站部分及外接傳感器的工作電源；7）當(dāng)交流電源停電時(shí)，備用蓄電池自動(dòng)投入工作；8）通過液晶顯示塊直接顯示傳感器實(shí)時(shí)值、通訊及供電狀況；9）可擴(kuò)展一個(gè)RS485通訊接口。其中中心站負(fù)責(zé)接收、存儲(chǔ)和顯示從井下監(jiān)控分站傳來的各種井下生產(chǎn)環(huán)境安全監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，并通過各個(gè)井下分站發(fā)送各種配置命令和對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制命令；網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)站實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議和中心站計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)接口協(xié)議的相互轉(zhuǎn)換；分支中繼器在需要的地方完成通信線路的分支、中繼和介質(zhì)信號(hào)的轉(zhuǎn)換；傳感器負(fù)責(zé)收集各種現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境安全監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)；通信介質(zhì)負(fù)責(zé)安全監(jiān)控系統(tǒng)各設(shè)備的連接和信息的傳遞。傳輸介質(zhì)根據(jù)傳輸距離不同，可分段采用不同線纜，長(zhǎng)距離用光纖不加中繼器，或用電纜加中繼器，短距離則可只用電纜不加中繼器。 檢測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)井下安全監(jiān)控分站是安全監(jiān)控監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)采集和處理現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)環(huán)境和設(shè)備狀態(tài)等方面的安全監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，并能實(shí)時(shí)地控制設(shè)備。圖21是監(jiān)控分站的原理圖。光耦電路則主要負(fù)責(zé)信號(hào)的隔離，消除共模電壓的影響并遏制過程通道上的一些脈沖干擾，從而提高系統(tǒng)的信噪比。利用74LS164芯片驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管循環(huán)顯示8路信號(hào)的頻率、通道號(hào)、通道類型以及線路狀態(tài)等。74HC373除了擴(kuò)展片外RAM，以用來存儲(chǔ)歷史數(shù)據(jù)外，還進(jìn)行了P0口擴(kuò)展，從而使分站能夠根據(jù)主站發(fā)來的命令允許對(duì)繼電器的狀態(tài)進(jìn)行手動(dòng)控制。在整個(gè)軟件流程中，系統(tǒng)根據(jù)中心站的命令定期采樣傳感器的信號(hào)，供單片機(jī)識(shí)別，并對(duì)其做出控制。這個(gè)系列單片機(jī)的最大特點(diǎn)就是在片內(nèi)含有FLASH存儲(chǔ)器，因此，有著十分廣泛的用途，特別是在便攜式、省電和特殊的儀器和系統(tǒng)中顯得更為有用。AT89C52提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能:8k字節(jié)Flash閃速存儲(chǔ)器，256字節(jié)內(nèi)部RAM, 32個(gè)I/O口線，3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。AT89C52主要性能參數(shù)：8k字節(jié)可重擦寫Flash閃速存儲(chǔ)器全靜態(tài)操作：OHz24MHz2568字節(jié)內(nèi)部RAM3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器可編程串行UART通道下圖就是其雙列直插式封裝的引腳圖其具體引腳排列如圖23所示：圖23 AT89C52引腳排列引腳功能說明：GND：地當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE(地址鎖存允許)輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過一個(gè)ALE脈沖。如有必要，可通過對(duì)特殊功能寄存器(SFR)區(qū)中的8EH單元的D0位置位，可禁止ALE操作。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置ALE禁止位無效。PSEN：程序儲(chǔ)存允許(PSEN)輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)AT89C52由外部程序存儲(chǔ)器取指令(或數(shù)據(jù))時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個(gè)脈沖。欲使CPU僅訪問外部程序存儲(chǔ)器(地址為0000HFFFFH), EA端必須保持低電平(接地)。如EA端為高電平(接Vcc端)，CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。作為輸出口用時(shí)，每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯門電路，對(duì)端口P0寫“1“時(shí)，可作為高阻抗輸入端用。在Flash編程時(shí)，P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。P1口：P1是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)(吸收或輸出電流)4個(gè)TTL邏輯電路。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流(IIL)。Flash編程和程序校驗(yàn)期間，P1接收低8位地址。P2口：P2是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)(吸收或輸出電流)4個(gè)TTL邏輯門電路。 Flash編程或校驗(yàn)時(shí)，P2亦接收高位地址和一些控制信號(hào)。 P3口：P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。對(duì)P3口寫入“1時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。P3口除了作為一般的I/O口線外，更重要的用途是它的第二功能，如表22所示： 表22 P3口替代功能引腳替代功能說明RXD 串行口入口TXD串行數(shù)據(jù)發(fā)送INT0外部中斷0申請(qǐng)INT1外部中斷1申請(qǐng)T0定時(shí)器0外部事件計(jì)數(shù)輸入T1定時(shí)器1外部事件計(jì)數(shù)輸入WR外部RAM寫選通RD外部RAM讀選通此外，P3口還接收一些用于Flash閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信3 硬件電路設(shè)計(jì)我所設(shè)計(jì)的井下壓力檢測(cè)系統(tǒng)以AT89C52單片機(jī)為中心，構(gòu)成微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，由模擬量輸入、開關(guān)量輸入和開關(guān)量輸出、電源指示板及顯示電路等組成。硬件電路包括過看門狗電路、電平轉(zhuǎn)換電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、開關(guān)量輸入、開關(guān)量輸出、鍵盤顯示電路和穩(wěn)壓電源及地址開關(guān)電路和顯示電路。MAXIM公司推出的MAX813L剛好能滿足這些要求，下面具體介紹該芯片的性能特點(diǎn)及使用方法。MAX813L的引腳如圖31所示：圖 31 MAX813L的引腳該芯片具有以下主要性能特點(diǎn)：1）復(fù)位輸出。2）看門狗電路輸出。3）手動(dòng)復(fù)位輸入，低電平有效，即第(1)腳輸入一個(gè)低電平，則第(7)腳產(chǎn)生復(fù)位輸出。MAX813L和AT89C52的連接如圖32，MAX813L的第(1)腳與第(8)腳相連。在軟件設(shè)計(jì)中，如果因某種原因單片機(jī)進(jìn)入死循環(huán)。另外，MAX813L也產(chǎn)生復(fù)位輸出，使單片機(jī)處于復(fù)位狀態(tài)，不執(zhí)行任何指令，直至電源電壓恢復(fù)正常，可有效防止因電源電壓較低進(jìn)單片機(jī)產(chǎn)生錯(cuò)誤的動(dòng)作。電源故障輸出腳第5腳PFO變低，可引起AT89C52中斷進(jìn)行電源故障處理，或?qū)⒅匾獢?shù)據(jù)保存下來。MAX813L是一體積小、功耗低、性價(jià)比高的帶看門狗和電源監(jiān)控功能的復(fù)位芯片；它使用簡(jiǎn)單、方便。 A/D轉(zhuǎn)換電路井下分站監(jiān)測(cè)環(huán)境參數(shù)的傳感器均為電壓型或電流型，必須使用A/D轉(zhuǎn)換器把接收到的模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號(hào)，供單片機(jī)處理。A/D單元電路主要由信號(hào)變換、信號(hào)補(bǔ)償、模擬開關(guān)、阻抗匹配、A/D轉(zhuǎn)換和緩沖器等組成。圖33 A/D單元組成框圖(1)信號(hào)變換：每臺(tái)分站設(shè)有8個(gè)模擬量輸入口，每個(gè)輸入口都設(shè)置了一組信號(hào)變換跳線器E，E上有三個(gè)變換位置，以A、B、C三個(gè)字母表示，分別接有200歐姆、47千歐姆、250歐姆電阻，以適用于不同的傳感器輸出信號(hào)制，如圖34所示。圖34 信號(hào)變換電路(2)阻抗變換：是把電壓型的輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成低阻抗信號(hào)源輸出。(3)信號(hào)補(bǔ)償：信號(hào)補(bǔ)償放大器是為適合不同信號(hào)制式的傳感器要求而設(shè)計(jì)的。在煤礦井下，有的傳感器安裝位置需要經(jīng)常變動(dòng)，也就是說傳感器與分站之間的傳輸電纜的長(zhǎng)度有所變化，這對(duì)于輸出信號(hào)為電流型的傳感器影響不大，而對(duì)于輸出信號(hào)是電壓型的傳感器就必須考慮了。 圖35 阻抗變換和信號(hào)補(bǔ)償電路4．模擬開關(guān)：SCL4051是8選1模擬開關(guān)，通過邏輯電路控制，使8路模擬量依次選通。分站中利用SCL4051單8路模擬開關(guān)，實(shí)現(xiàn)8路模擬量依次采樣。這種模擬開關(guān)設(shè)有禁止端，當(dāng)INH=1時(shí)，每個(gè)模擬通道均關(guān)閉，呈高阻狀態(tài)。圖36 8選1模擬開關(guān)5． 阻抗匹配電路：是把輸入信號(hào)與A/D轉(zhuǎn)換集成電路可靠連接，以適應(yīng)A/D集成電路對(duì)輸入阻抗的要求。其電路如圖37所示。如圖38所示。同時(shí)，轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)鎖存到A/D輸出的8條數(shù)據(jù)線上，等待取走信號(hào)。同時(shí)，MPU觸發(fā)74HC244的19腳，取緩沖器中的信號(hào)到數(shù)據(jù)總線，供MPU處理。圖39為其引腳功能圖。當(dāng)8700CJA/D轉(zhuǎn)換完一路模擬信