煤礦井下監(jiān)控分站數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)(軟件)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上煤礦井下監(jiān)控分站數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)(軟件) 摘 要在人類發(fā)展的過程中，認(rèn)識(shí)世界與改造世界是兩部分最主要的過程。而監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)于它所要控制的對(duì)象亦是如此，即“測(cè)”與“控”的過程。監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)是現(xiàn)代化生產(chǎn)與管理的有效工具，在整個(gè)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)中都有著廣泛的應(yīng)用，例如：交通、能源、冶金、化工等。對(duì)于監(jiān)控系統(tǒng)而言，監(jiān)控分站就是其下位機(jī)，有著至關(guān)重要的作用。對(duì)煤礦井下監(jiān)控分站的研究中，主要包括了對(duì)四路模擬通道的循環(huán)采集并顯示它們所代表的物理量的數(shù)值。四路模擬通道兼容電壓信號(hào)和頻率信號(hào)，分別代表了瓦斯?jié)舛取O濃度、溫度以及濕度信號(hào)。就功能而言，對(duì)于監(jiān)控分站的設(shè)計(jì)已經(jīng)成功完成。但是它

2、還具有許多可以擴(kuò)展的地方，如：遙控遠(yuǎn)程控制、多功能報(bào)警等。監(jiān)控分站在整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)起著數(shù)據(jù)采集的基本功能，對(duì)于可以實(shí)現(xiàn)基本功能以及一些擴(kuò)展功能的分站在實(shí)際的生產(chǎn)中都具有十分廣泛的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：多路數(shù)據(jù)采集， MCS-51，AD轉(zhuǎn)換，直接測(cè)頻，無線鍵盤專心-專注-專業(yè)Subject: Design of data acquisition system for coal mine monitoring substation(Software design)Specialty: AutomationName: Mao Zixin (Signature) _Instructor: Guo Xiucai

3、(Signature) _ABSTRACTIn the course of human development, understanding of the world and transform the world are the most important two-part process. The monitoring and control system to control the object is also the same that "measured" and "control" process. Monitoring and cont

4、rol system is a modern production and management of the rational tools throughout the national economy has a wide range of applications, such as: transportation, energy, metallurgy, chemical industry and so on. For monitoring systems, monitoring and control station is its lower position, has a vital

5、 role. Coal mine monitoring and control station for the study, included a cycle of four analog channels captures and displays the physical quantity they represent value. Four channel analog signals compatible with voltage and frequency respect the gas concentration, CO concentration, temperatures an

6、d humidity signals. In terms of features，the design of monitoring and control station has been completed successfully. But it can be extended with a number of places, such as: remote control remote control, multi-function alarm. Standing the whole monitoring system，monitoring and control station pla

7、ys a basic functions of data collection. For some monitoring and control stations which achieving basic function and expand function have a widely used in the actual production. Keywords: multi-channel data acquisition, MCS-51,AD conversion, direct frequency measurement ，wireless keyboard目錄1 緒論1.1 課

8、題研究的背景在人類認(rèn)識(shí)和改造世界的過程中，經(jīng)歷了觀察、認(rèn)識(shí)世界的第一階段和改造世界的第二階段。而對(duì)于煤礦井下的實(shí)際控制系統(tǒng)的研究如同人類認(rèn)識(shí)和改造世界的過程，即“測(cè)”和“控”的過程。在煤礦井下的環(huán)境中，監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)需要對(duì)代表煤礦井下某些參數(shù)進(jìn)行“檢測(cè)”，從而獲得與其相關(guān)的信息；另一方面，還需要由檢測(cè)而來的信息根據(jù)一定的策略對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行“控制”，進(jìn)而達(dá)到預(yù)期的控制效果。監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)是現(xiàn)代化生產(chǎn)以及現(xiàn)代化管理的一種有效的工具，在化工、能源、電力、交通、冶金等國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，此外它是企業(yè)綜合自動(dòng)化CIMS系統(tǒng)中的子系統(tǒng)，是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)。1.2 煤礦井下監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展歷程監(jiān)測(cè)監(jiān)控

9、技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了以下過程：1.手動(dòng)控制在20世紀(jì)的40年代，由于當(dāng)時(shí)沒有大規(guī)模的生產(chǎn)，而且檢測(cè)控制儀器尚且處于發(fā)展的初級(jí)階段，當(dāng)時(shí)所采用的僅僅就是安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)且具備簡(jiǎn)單測(cè)量功能的“基地式氣動(dòng)儀器”，它僅僅是具備自身的測(cè)量，不可以將信息傳給上位系統(tǒng)，即是封閉的狀態(tài)，無法與外界進(jìn)行溝通信息。因此，當(dāng)時(shí)的控制方式就是操作人員進(jìn)行的巡視，來進(jìn)行簡(jiǎn)單的手動(dòng)操作。2.局部自動(dòng)化到了20世紀(jì)5060年代初，隨著生產(chǎn)規(guī)模逐漸擴(kuò)大，操作人員必須綜合掌握現(xiàn)場(chǎng)很多點(diǎn)的運(yùn)行信息與參數(shù)，要求在同一時(shí)刻按照多點(diǎn)的參數(shù)信息進(jìn)行控制操作，于是出現(xiàn)了集中控制室，實(shí)際生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)各處的參數(shù)信息由統(tǒng)一的模擬信號(hào)，傳往集中控制室。操作

10、人員僅僅就可以在集中控制室進(jìn)行總體觀察生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的狀況，能夠?qū)⒚總€(gè)單元儀表的信號(hào)按要求需要組合成復(fù)雜控制系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)了工廠儀表化以及局部自動(dòng)化。3.集中數(shù)字控制在20世紀(jì)6070年代初期，由于模擬信號(hào)在傳輸中比較緩慢，而提高它的速度和精度都需要花費(fèi)很大的代價(jià)，此外模擬信號(hào)傳輸過程中抗干擾的能力比較差，所以人們開始尋求用數(shù)字信號(hào)來代替以往的模擬信號(hào)。當(dāng)時(shí)的數(shù)字計(jì)算機(jī)計(jì)數(shù)還比較落后，人們希望用一臺(tái)計(jì)算機(jī)來取代控制所有的儀表，這就出現(xiàn)了所謂的集中數(shù)字控制。這種控制在當(dāng)時(shí)并沒有得到廣泛的應(yīng)用，原因很簡(jiǎn)單，就是這個(gè)系統(tǒng)太依賴于計(jì)算機(jī)，以至于一臺(tái)計(jì)算機(jī)出現(xiàn)問題就會(huì)引起整個(gè)系統(tǒng)的癱瘓。4.集散控制20世紀(jì)8

11、0年代初期，隨著計(jì)算機(jī)的可靠性的提升以及價(jià)格的大幅下降，出現(xiàn)了可編程控制器（PLC）以及由許多計(jì)算機(jī)組成的集中、分散相結(jié)合的集散控制系統(tǒng)。這也就是今天在許多企業(yè)應(yīng)用的DCS（Distributed Control System）。可由于當(dāng)時(shí)信息封閉的原因，每個(gè)廠家產(chǎn)生的商品都不可以相互聯(lián)系在一起，從而導(dǎo)致很難實(shí)現(xiàn)互換以及互操作，這樣就很難組成更大范圍的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。5.分布式網(wǎng)絡(luò)控制20世紀(jì)90年代至今，新型現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)突破了DCS中通信方式由專用網(wǎng)絡(luò)的所造成的缺陷，把封閉和專用的網(wǎng)絡(luò)公開、標(biāo)準(zhǔn)化。從而可以把來自不同廠商遵守不同規(guī)定而生產(chǎn)的“智能儀器”通過現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)的方式連接成系統(tǒng)，進(jìn)而了實(shí)

12、現(xiàn)綜合自動(dòng)化的很多功能，同時(shí)把DCS的集中和分散相結(jié)合進(jìn)而變成了新型全分布式結(jié)構(gòu)，把控制的功能徹底下放到了現(xiàn)場(chǎng)，依靠現(xiàn)場(chǎng)的智能儀表的自身的測(cè)控功能實(shí)現(xiàn)基本的測(cè)控。1.3 課題研究的意義煤礦井下安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的中心是微型計(jì)算機(jī)，即它是以微型計(jì)算機(jī)為中心的煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)中的微型計(jì)算機(jī)控制著監(jiān)控分站中的通道的選擇以及它的運(yùn)行方式。監(jiān)控分站可以對(duì)煤礦井下火災(zāi)、環(huán)境、通風(fēng)設(shè)施狀況以及運(yùn)輸安全狀況進(jìn)行全面的檢測(cè)，將表征其狀態(tài)的物理量信息傳到中心站中來進(jìn)行相應(yīng)的處理，進(jìn)而可以有效地避免各種事故的發(fā)生，保證了生產(chǎn)的穩(wěn)定以及工人的人身安全，在實(shí)際的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)有著十分重要的意義。1.4 針對(duì)研

13、究題目需要做的工作主要工作：1. 單片機(jī)的選擇設(shè)計(jì)的開始，在明確了設(shè)計(jì)的主要性能指標(biāo)以后，首要的工作就是根據(jù)要求選擇單片機(jī)的型號(hào)，合適的單片機(jī)不僅能使設(shè)計(jì)在硬件輸出I/O端口分配方面更加合理，也可以使軟件設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)單。2. 傳感器輸入通道的設(shè)計(jì)傳感器輸入通道設(shè)計(jì)方面的主要工作就是規(guī)定傳感器輸入通道每一路的信號(hào)所代表的意思以及規(guī)定每一路輸入信號(hào)的制式。在明確了信號(hào)制式以及信號(hào)代表的物理量以后就可以根據(jù)每一部分的核心算法來對(duì)每一路信號(hào)進(jìn)行處理。3. 顯示部分的設(shè)計(jì)顯示部分由于設(shè)計(jì)已經(jīng)規(guī)定了使用LED進(jìn)行顯示，所以這方面的硬件電路設(shè)計(jì)就比較簡(jiǎn)單，軟件方面的工作是選擇LED顯示的方式（掃描方式）以及掃

14、描頻率，另外還需要定義四位LED數(shù)碼管中每一位代表的意思。4. 無線遙控部分這部分是我們監(jiān)控分站的一個(gè)擴(kuò)展功能，主要是用遙控來實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)控分站的控制，遙控的主要命令有對(duì)監(jiān)控分站的斷電操作和傳感器通道選擇操作，遙控器定義好的命令還需要通過編碼以后進(jìn)行發(fā)送，監(jiān)控分站接收到命令后對(duì)命令進(jìn)行解調(diào)并進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作。5. 主程序的設(shè)計(jì)主程序的設(shè)計(jì)主要綜合了以上幾個(gè)部分，在沒有遙控命令的時(shí)候，主程序無限地分別對(duì)4路傳感器輸入通道循環(huán)掃描，得到數(shù)據(jù)以后顯示在LED數(shù)碼管上。當(dāng)?shù)玫竭b控器傳來的命令以后，單片機(jī)就停止以上的循環(huán)，而根據(jù)命令進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作。2 煤礦井下監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)介紹2.1監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的基本概念2.1

15、.1 監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的概念監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)包括了檢測(cè)被控變量和控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，這兩者融合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、傳感器技術(shù)、控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等綜合技術(shù)。監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和現(xiàn)代化管理有廣泛的應(yīng)用，包括化工、冶金、交通、能源、紡織等。它是企業(yè)綜合自動(dòng)化CIMS中的子系統(tǒng)，同時(shí)也是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)。2.1.2 監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的分類監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的分類方法有很多種，按照不同的方法有其對(duì)應(yīng)的種類，這里按照監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的功能可以將其分為控制系統(tǒng)、檢測(cè)系統(tǒng)和測(cè)控系統(tǒng)。1.控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)就是單純以控制為目的的系統(tǒng)，它的結(jié)構(gòu)如圖2.1所示。圖2.1 控制系統(tǒng)2.檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)系統(tǒng)就是專門用來檢測(cè)某個(gè)理量

16、，并且獲得相應(yīng)的測(cè)量數(shù)據(jù)，檢測(cè)系統(tǒng)包括敏感元件環(huán)節(jié)、變量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)、數(shù)據(jù)傳輸環(huán)節(jié)、數(shù)據(jù)顯示環(huán)節(jié)、數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)。它的原理結(jié)構(gòu)圖如圖2.2所示：圖2.2 檢測(cè)系統(tǒng)3.測(cè)控系統(tǒng)測(cè)控系統(tǒng)按其字面意思來講就是既“測(cè)”又“控”。可以說它是上面兩個(gè)系統(tǒng)的組合，測(cè)控系統(tǒng)可以按照人們預(yù)期的結(jié)果來使系統(tǒng)執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。2.1.3 監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的組成大多數(shù)監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)都具有相似的結(jié)構(gòu)和很多相同的特點(diǎn)，它們由被控對(duì)象、檢測(cè)單元、控制器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。基本的原理結(jié)構(gòu)如圖2. 3所示。圖2.3 監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2.2監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)在實(shí)際的生產(chǎn)的過程中，生產(chǎn)的成功與否，生產(chǎn)的產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量占主導(dǎo)的地位，所以在實(shí)

17、際的生產(chǎn)中，對(duì)不同類型的產(chǎn)品都必須嚴(yán)格遵循其相應(yīng)的被控參數(shù)。實(shí)際中，在階躍擾動(dòng)的信號(hào)作用下，人們提出了被控參數(shù)穩(wěn)定性、快速性以及準(zhǔn)確性的要求指標(biāo)。根據(jù)圖2.4所示的閉環(huán)控制系統(tǒng)對(duì)設(shè)定值突變的階躍響應(yīng)曲線來分別對(duì)以上幾個(gè)性能指標(biāo)進(jìn)行說明。 圖2.4 閉環(huán)控制系統(tǒng)對(duì)設(shè)定值突變的階躍響應(yīng)曲線1.穩(wěn)定性指標(biāo)（1） 衰減比n=（2） 衰減率=1-（）如果n>1(0<<1)曲線為衰減振蕩過程，那么系統(tǒng)就是穩(wěn)定的；如果n=1曲線為等幅振蕩過程，那么系統(tǒng)就是不穩(wěn)定的。這樣一般希望n=410。穩(wěn)定性是一個(gè)系統(tǒng)最基本的性能指標(biāo)，是考慮其他參數(shù)的前提，只有在系統(tǒng)足夠穩(wěn)定的前提下才可以去確定系統(tǒng)的其

18、他性能指標(biāo)如：快速性、準(zhǔn)確性。2.快速性指標(biāo)（1） 調(diào)節(jié)時(shí)間tst0（±5%或±2%）y（）所需時(shí)間，ts越小，快速性越好。（2） 振蕩周期T 曲線中相鄰兩波峰（或波谷）之間的時(shí)間間隔。（3） 振蕩頻率f=（4） 振蕩角頻率=振蕩周期T越小則系統(tǒng)的快速性越好。（5）上升時(shí)間trt0t1所需要的時(shí)間，在衰減率一定的情況下，上升時(shí)間越小，系統(tǒng)的快速性越好。3.準(zhǔn)確性指標(biāo) （1）最大動(dòng)態(tài)偏差A(yù)=y（t1）-yx(t0)（2）超調(diào)量 = 100%以上的都為系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)參數(shù)，它們都與系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過程息息相關(guān)。4.防爆、本安性能指標(biāo)在實(shí)際的石油、化工、能源的生產(chǎn)和開采現(xiàn)場(chǎng)，往往在其環(huán)境中混

19、雜著各種易燃易爆的固體粉塵、氣體和蒸汽等，這些雜質(zhì)和空氣混合以后經(jīng)過火花的反應(yīng)可能會(huì)產(chǎn)生爆炸或火災(zāi)，而僅僅依靠對(duì)生產(chǎn)參數(shù)進(jìn)行控制來避免這些事故是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，這樣就必須使監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)要符合防爆、本質(zhì)安全性指標(biāo)的要求。由國(guó)家的規(guī)定，爆炸環(huán)境的電氣設(shè)備可以分為兩類，即有瓦斯爆炸危險(xiǎn)的礦井和沒有瓦斯有其他爆炸危險(xiǎn)的場(chǎng)所所使用的電氣設(shè)備分別為類和類。而類設(shè)備根據(jù)環(huán)境的爆炸性氣體混合物最大實(shí)驗(yàn)安全間隙或最小點(diǎn)燃電流又可分為A、B、C三級(jí)，類中的電氣設(shè)備還可以按照最高表面溫度的差異，分為T1T6 6組，類電氣設(shè)備類型標(biāo)志符號(hào)如圖2.5所示。 圖2.5 類電氣設(shè)備類型及標(biāo)志符號(hào)表2-1 防爆型電氣設(shè)備的防爆類

20、型及標(biāo)志符號(hào)增安型隔爆型本質(zhì)安全型通風(fēng)充氣型充油型edia ibpo2.3監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)與監(jiān)控分站的關(guān)系以煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)為例來說明監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)與監(jiān)控分站之間的關(guān)系。煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖2.6所示。 圖2.6 煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖由圖可以知道一個(gè)監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)大致可以分為兩個(gè)部分，其一是中心站。中心站是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分，它監(jiān)視并控制著監(jiān)控分站，可對(duì)監(jiān)控分站采集回來的數(shù)據(jù)進(jìn)預(yù)期的分析以后進(jìn)行報(bào)警、存儲(chǔ)、顯示等功能。其二就是監(jiān)控分站，監(jiān)控分站主要的功能是對(duì)井下環(huán)境的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集并且顯示，它接受著中心站的控制命令，來進(jìn)行要求的動(dòng)作，當(dāng)然也可以根據(jù)預(yù)期的設(shè)定來循環(huán)工作。由上所

21、述可知，監(jiān)控分站的存在對(duì)于一個(gè)監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)有著至關(guān)重要的作用。3 監(jiān)控分站總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1監(jiān)控分站的主要技術(shù)指標(biāo)本設(shè)計(jì)煤礦井下監(jiān)控分站數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)具體如下：（1） 工作電源：本質(zhì)安全（本安）型電源DC 12V。（2） 工作電流：<300mA。（3） 傳感器輸入通道：4路，兼容電壓信號(hào)和頻率信號(hào)。（4） 電壓輸入信號(hào)制式：05V的電壓信號(hào)。（5） 頻率輸入信號(hào)制式：2001000Hz的頻率信號(hào)。（6） 鍵盤控制：用無線鍵盤來實(shí)現(xiàn)通道選擇與分站斷電。（7） 顯示方式：LED數(shù)碼管顯示。（8） 防爆制式：本質(zhì)安全型。3.2分站總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.2.1 單片機(jī)的選擇煤礦井下監(jiān)控分站

22、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)這個(gè)設(shè)計(jì)在選擇單片機(jī)的時(shí)候，主要考慮了其處理能力，輸入/輸出引腳數(shù)量以及電路設(shè)計(jì)是否簡(jiǎn)潔等因素，通過反復(fù)比較，我們最終決定選擇AT89S51單片機(jī)，首先這款單片機(jī)的最小系統(tǒng)我們?cè)谶^去課程設(shè)計(jì)中接觸并焊接過，我們對(duì)它比較熟悉，其次這款單片機(jī)的輸入/輸出引腳數(shù)量也可以滿足我們的設(shè)計(jì)要求。其引腳圖如圖3.1所示。圖3.1 AT89S51引腳圖3.2.2 傳感器輸入通道的設(shè)計(jì)傳感器輸入通道的設(shè)計(jì)如圖3.2所示，分站的傳感器輸入通道共4路，每路兼容電壓信號(hào)和頻率信號(hào)。 圖3.2 傳感器輸入通道每一路通道都對(duì)應(yīng)著不同的井下環(huán)境物理量，根據(jù)09版煤礦安全章程具體地分別為：傳感器通道1200100

23、0Hz的頻率信號(hào)0%4%的瓦斯?jié)舛刃盘?hào)；傳感器通道205V的電壓信號(hào)-565的溫度信號(hào)；傳感器通道32001000Hz的頻率信號(hào)020PPm的CO濃度信號(hào)；傳感器通道405V的電壓信號(hào)0100%的濕度信號(hào)。但是本設(shè)計(jì)由于實(shí)際實(shí)驗(yàn)條件和時(shí)間有限，為實(shí)現(xiàn)上述功能，對(duì)上述數(shù)據(jù)進(jìn)行了修改，具體的為：傳感器通道12001000Hz的頻率信號(hào)0%4%的瓦斯?jié)舛刃盘?hào)；傳感器通道205V的電壓信號(hào)1828的溫度信號(hào)；傳感器通道32001000Hz的頻率信號(hào)020PPm的CO濃度信號(hào)；傳感器通道405V的電壓信號(hào)40%70%的濕度信號(hào)。對(duì)于圖3.2所示的電路，它的工作流程是：?jiǎn)纹瑱C(jī)進(jìn)行控制多路開關(guān)，進(jìn)而選擇每一

24、路的通道的通斷，由于我們提前規(guī)定了每一路信號(hào)的制式，所以就省去了判斷信號(hào)制式的部分。這里，當(dāng)?shù)玫酵ǖ?或者通道3開通的時(shí)候，則一定為頻率信號(hào)，單片機(jī)控制信號(hào)直接傳入到單片機(jī)的定時(shí)器對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理；當(dāng)單片機(jī)判斷，得到通道2或者通道4開通的時(shí)候，則一定為電壓信號(hào)，單片機(jī)控制信號(hào)直接傳入到A/D轉(zhuǎn)換單元對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。3.2.3 顯示電路的設(shè)計(jì)分站的顯示是非常重要的人機(jī)接口，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)工作有著很重要的意義。煤礦井下監(jiān)控分站數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 可以采用LED數(shù)碼管方式，也可以采用LCD點(diǎn)陣液晶顯示的方式。我們?cè)谶@里采用了前者，即LED數(shù)碼管顯示的方式。LED分為共陰和共陽(yáng)兩種，我們?cè)O(shè)計(jì)的監(jiān)控分站采用的是共陽(yáng)

25、LED數(shù)碼管，其內(nèi)部電路圖如圖3.3所示。 圖3.3 數(shù)碼管內(nèi)部電路圖在圖3.3中，如果a口連接8051輸出端口中的的最低位，dp連接8051輸出端口中的最高位，當(dāng)希望小數(shù)點(diǎn)不亮的時(shí)候，那么0至9驅(qū)動(dòng)信號(hào)如下表3-1所示。表3-1 數(shù)字（dp）gfedcba16進(jìn)位顯示00xc0010xf9120xa4230xb0340x99450x92560x83670xf8780x80890x989我們?cè)O(shè)計(jì)的監(jiān)控分站中，顯示部分的硬件連接圖如圖3.4所示。圖3.4 顯示電路硬件連接圖在這部分的軟件設(shè)計(jì)中，規(guī)定數(shù)碼管的第一位為通道數(shù)，后三位為具體的數(shù)值。3.2.4 無線鍵盤電路的設(shè)計(jì)在我們分站的設(shè)計(jì)中，無線

26、鍵盤電路的主要作用就是用來實(shí)現(xiàn)無線操作控制，具體地講就是我們可以通過無線鍵盤來實(shí)現(xiàn)對(duì)分站四路模擬通道的選擇，進(jìn)而來觀測(cè)其數(shù)據(jù)，這個(gè)作用在現(xiàn)場(chǎng)有著十分重要的意義，另外我們還可以通過無線鍵盤電路來實(shí)現(xiàn)在比較遠(yuǎn)的距離對(duì)監(jiān)控分站的進(jìn)行斷電控制。無線鍵盤的發(fā)送與接收電路如圖3.5以及圖3.6所示。圖3.5 發(fā)射電路圖3.6 接收電路4 監(jiān)控分站關(guān)鍵技術(shù)4.1監(jiān)控分站中的MCS-51單片機(jī)4.1.1 8051單片機(jī)系列介紹單片機(jī)的種類繁多，“8051”是源自Intel公司的MCS-51系列的芯片，但是目前市面上使用的8051并不再是僅僅局限于Intel公司所產(chǎn)生的芯片，而是以其他廠商發(fā)行的兼容芯片為主，例

27、如Atmel公司發(fā)行的89C51/89S51系列，它們的價(jià)格便宜，質(zhì)量比較穩(wěn)定，開發(fā)工具也非常齊全，它們對(duì)于早期的單片機(jī)芯片的主要技術(shù)特點(diǎn)是：（1）擴(kuò)大了片內(nèi)存儲(chǔ)器以及外部的尋址空間；（2）增強(qiáng)了并行口、增設(shè)了全雙工串行口I/O；（3）增加了定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的個(gè)數(shù)并擴(kuò)展了長(zhǎng)度；（4）增強(qiáng)了中斷系統(tǒng)，它設(shè)置了2及中斷優(yōu)先級(jí)，可以接收5個(gè)中斷源的中斷請(qǐng)求，中斷優(yōu)先級(jí)可以由用戶自己定義；（5）具備很強(qiáng)的指令尋址和運(yùn)算等功能，有111條指令，可以分4大類，使用了7種尋址方式；（6）設(shè)定了布爾處理機(jī)，即在指令系統(tǒng)中設(shè)有位操作的指令，可用于位尋址空間，這些位操作指令與位尋址空間一起構(gòu)成了布爾處理機(jī)。8051

28、單片機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖4.1所示。 圖4.1 8051結(jié)構(gòu)圖4.1.2 8051的工作方式AT89S51單片機(jī)有復(fù)位、程序執(zhí)行、單步執(zhí)行，低功耗和掉電保護(hù)等工作方式。1. 復(fù)位方式復(fù)位就是單片機(jī)的一個(gè)初始化的過程，復(fù)位以后，單片機(jī)恢復(fù)到初試的狀態(tài)，并且從這個(gè)狀態(tài)開始繼續(xù)工作。另外，當(dāng)單片機(jī)出現(xiàn)“死機(jī)”的狀態(tài)以后，需要對(duì)單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位操作，來實(shí)現(xiàn)重啟單片機(jī)。復(fù)位以后單片機(jī)中各個(gè)特殊功能寄存器的狀態(tài)如下表4-1所示。表4-1 單片機(jī)復(fù)位后特殊功能寄存器的狀態(tài)表名稱內(nèi)容名稱內(nèi)容PC0000HTCON00HA00HTL000HPSW00HTH000HSP07HTL100HDPTR0000HTH100HP0P

29、30FFHSCON00HIPXXBSBUF不定IE0XBPCON0XXX0000BTMOD00H2.程序執(zhí)行方式程序執(zhí)行方式就是單片機(jī)執(zhí)行用戶編制好并且放到存儲(chǔ)器中的程序，它是單片機(jī)的最基本的工作方式。由于單片機(jī)復(fù)位以后PC的值是0000H，因此程序執(zhí)行的開始總是從地址0000H開始，但一般情況下，程序不是從0000H開始一直執(zhí)行的，而是在開始的時(shí)候加入一條無條件的跳轉(zhuǎn)指令，以便轉(zhuǎn)到實(shí)際程序的入口去執(zhí)行。3.單步執(zhí)行方式單步執(zhí)行方式其實(shí)就是單片機(jī)通過脈沖的控制來執(zhí)行程序，每收到一個(gè)脈沖程序就運(yùn)行一步。4.低功耗方式為了達(dá)到電源功耗要求較低環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)，CHMOS型的MCS-51單片機(jī)芯片設(shè)置了低

30、功耗的工作方式。此外，在掉電保護(hù)的情況下，會(huì)有備用的電源為單片機(jī)供電來使單片機(jī)進(jìn)行低功耗運(yùn)行，因此掉電保護(hù)方式實(shí)際也是一種低功耗的運(yùn)行方式。所以可以說低功耗運(yùn)行方式可以分為兩種，即空閑方式和掉電保護(hù)方式。5.掉電保護(hù)方式 系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，如過發(fā)生掉電情況，單片機(jī)將丟失RAM中和寄存器中的數(shù)據(jù)，其后果有的時(shí)候也是十分嚴(yán)重的。因此，MCS-51單片機(jī)還設(shè)置了掉電保護(hù)措施來進(jìn)行掉電保護(hù)的處理。其具體的做法就是先將有用的信息進(jìn)行轉(zhuǎn)存，而后再啟動(dòng)備用電源維持供電。4.1.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器MCS-51的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)是相對(duì)比較復(fù)雜的，它與程序存儲(chǔ)器是兩個(gè)分開的部分，所以當(dāng)系統(tǒng)在訪問程序存儲(chǔ)器的時(shí)候，一定

31、不會(huì)影響到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，反之亦然。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)圖如圖4.2所示。圖4.2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)8051中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器除了有內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器以外，還可擴(kuò)展外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。對(duì)于內(nèi)部存儲(chǔ)器而言，從0000H到007FH內(nèi)的128B范圍是可直接尋址或間接尋址的存儲(chǔ)器。在這個(gè)范圍中，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器又可以為成三個(gè)部分：1.寄存器組區(qū)：0000H到001FH為寄存器組0，0008H到000FH為寄存器組1，0010H到0017H為寄存器組2，0018H到001FH為寄存器組3.2.可位尋址區(qū)：0020H到002FH為可位尋址區(qū)。顧名思義就是通常訪問存儲(chǔ)器是以字節(jié)為單位，“可位尋址”就是指可以指定訪問某個(gè)位（bit）。

32、3.一般數(shù)據(jù)與堆棧區(qū)：0030H到007FH為一般數(shù)據(jù)訪問以及堆棧區(qū)。CPU復(fù)位后，堆棧指針指向了07H的位置，為了能確保數(shù)據(jù)的安全性和執(zhí)行的正確性，如果在程序需要使用PUSH和POP命令，那么最好能把堆棧指針的地址改至本區(qū)。4.1.4 程序存儲(chǔ)器程序存儲(chǔ)器（ROM）根據(jù)其字面意思得知它就是來存放程序的存儲(chǔ)器，CPU會(huì)自動(dòng)地從程序存儲(chǔ)器中讀取所需要的指令碼。MCS-51單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)如圖4.3所示。CPU復(fù)位以后，程序?qū)?huì)從程序存儲(chǔ)器0000H位置開始執(zhí)行，如果沒有遇到跳躍指令，則會(huì)沿著存儲(chǔ)器順序進(jìn)行執(zhí)行。 =1 =0 圖4.3 程序存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)圖4.1.5 特殊功能寄存器在MCS-51

33、單片機(jī)中，寄存器是CPU中特定地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，而在0080H到00FFH之間的128B范圍，是單片機(jī)的特殊功能寄存器SFR（Special Function Register）所在的位置范圍。特殊功能寄存器就是8051內(nèi)部裝置，如果采用匯編語(yǔ)言來編寫程序那么就必須要確切地掌握特殊功能寄存器的一切相關(guān)知識(shí)，在我們這次設(shè)計(jì)采用了C語(yǔ)言進(jìn)行編寫，SFR位置的聲明放在了KEIL C所提供的“reg51.h”頭文件里，所以只要把它包含到程序里就可以。4.2 監(jiān)控分站檢測(cè)信號(hào)采集技術(shù)4.2.5 模擬信號(hào)的采集模擬信號(hào)輸入的一般結(jié)構(gòu)如圖4.4所示。 圖4.4 模擬信號(hào)輸入通道一般結(jié)構(gòu) 模擬信號(hào)從傳感器中傳出

34、來，通過調(diào)理電路信號(hào)被調(diào)理成為符合后面電路要求的信號(hào)，由于模擬信號(hào)有很多路，所以多路模擬開關(guān)的作用就是實(shí)現(xiàn)對(duì)n路輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行n選1的操作，就是利用多路開關(guān)將n路輸入信號(hào)依次切換，實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬信號(hào)的采樣。采樣過后的信號(hào)要想轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能接受的信號(hào)就必須經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換，所以，數(shù)據(jù)放大電路的作用就是將信號(hào)變換成為適合A/D轉(zhuǎn)換所需要的數(shù)值信號(hào)。在A/D轉(zhuǎn)換期間，信號(hào)難免會(huì)發(fā)生變化，這樣就會(huì)引起轉(zhuǎn)換誤差，采樣保持器的作用就是使信號(hào)保持平穩(wěn)。圖中的A/D轉(zhuǎn)換器件就是對(duì)信號(hào)進(jìn)行量化的器件，這個(gè)輸入通道的關(guān)鍵所在，而以上每一部分都是在核心CPU的控制之下進(jìn)行的，這個(gè)過程就是一個(gè)信號(hào)經(jīng)過模擬通道的過程。4

35、.2.6 A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)在單片機(jī)的測(cè)控應(yīng)用系統(tǒng)中，被采集的信號(hào)有許多都是連續(xù)變化的物理量，比如：壓力、溫度、濕度、電壓等。由于計(jì)算機(jī)僅僅可以處理數(shù)字信號(hào)，因此就要將這些連續(xù)變化的物理量轉(zhuǎn)換成為計(jì)算機(jī)能夠接受的數(shù)字量，這就是A/D轉(zhuǎn)換。常用A/D轉(zhuǎn)換器按原理可分為四種，即雙積分式、計(jì)數(shù)式、逐次逼近式以及并行式等。在煤礦井下的監(jiān)控分站的設(shè)計(jì)中我們選擇的是逐次逼近式的A/D芯片，其原理為采用了乘2/除2比對(duì)、快速接近這種方式，可以將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號(hào)。首先將參考的電壓Vr與輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行比較；如果輸入模的擬信號(hào)比較高，那么Vr乘以2，再與輸入模擬信號(hào)進(jìn)行比較；如果輸入的模擬信號(hào)還是比較高，

36、則再將Vr乘以2，與輸入的模擬信號(hào)比較反之，如果輸入的模擬信號(hào)比較低，那么將Vr除以2，再與輸入的模擬信號(hào)比較最后就可找到與其最接近的值。但對(duì)于模擬電壓信號(hào)來說，乘2除2的操作都是不容易操作。但是，對(duì)于數(shù)字信號(hào)而言，只要將它的數(shù)據(jù)左移一位，就是乘以2；數(shù)據(jù)右移一位就是除以2。而移位后的數(shù)字再由數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換，就可以產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的模擬信號(hào)Vr。就可以與輸入模擬電壓Va相比較，以產(chǎn)生左移或右移的控制信號(hào)來控制移位寄存器的相應(yīng)動(dòng)作，如圖4.5所示。在圖4.5中，如果Vr<Va時(shí)，移位寄存器就左移，而如果Vr>Va，移位寄存器就右移。如果Vr=Va時(shí)，即可輸出數(shù)字信號(hào)。 圖4.5 逐次逼近式模

37、擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換概念圖逐次逼近式模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換的時(shí)間為n個(gè)時(shí)鐘脈沖，其轉(zhuǎn)換速度僅次于并行式的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換，除此之外它的電路也比并行式的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換更加簡(jiǎn)單。4.2.3 A/D轉(zhuǎn)換的主要技術(shù)指標(biāo)1.分辨率（Resolution）分辨率可以體現(xiàn)出轉(zhuǎn)換器所能分辨的被測(cè)量的最小值，通常使用輸出二進(jìn)制代碼的位數(shù)來表示。比如，分辨率為8位的A/D轉(zhuǎn)換器，模擬電壓的變化范圍被分成1級(jí)（255級(jí)）；而分辨率是10位的A/D轉(zhuǎn)換器，模擬電壓變化范圍就被分成1級(jí)（1023級(jí)）。所以，同樣范圍的模擬電壓，使用10位A/D轉(zhuǎn)換器來測(cè)量數(shù)值的最小值要小于用8位A/D轉(zhuǎn)換器。2.精度（Precision）所謂精度

38、就是轉(zhuǎn)換的結(jié)果相對(duì)于實(shí)際值的偏差，一般地來講，精度的表示方法有兩種，分別是絕對(duì)精度和相對(duì)精度。精度和分辨率是兩個(gè)不一樣的概念，一樣分辨率的A/D轉(zhuǎn)換器，它的精度可能不相同，但是它們之間遵循分辨率高精度不一定高，而精度高則分辨率一定高的原則。3.線性誤差（Linerarity Error） 線性誤差就是轉(zhuǎn)換器的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換關(guān)系和理想的直線關(guān)系的不同而出現(xiàn)的誤差。4.量程（Full Scale Range）量程是輸入模擬電壓的變化的范圍，一般情況來講的滿刻度只是單純的名義值，而實(shí)際中A/D轉(zhuǎn)換器的最大輸出的數(shù)值總比滿刻度數(shù)值小1/，其中的n就是轉(zhuǎn)換器的位數(shù)。5.轉(zhuǎn)換時(shí)間（Conversion Ti

39、me） 從發(fā)出啟動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)開始到得到穩(wěn)定的二進(jìn)制代碼需要的時(shí)間就是轉(zhuǎn)換時(shí)間。轉(zhuǎn)換時(shí)間的長(zhǎng)短以及A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理和它的位數(shù)息息相關(guān)。一般地，一樣工作原理的A/D轉(zhuǎn)換器，其位數(shù)和轉(zhuǎn)換時(shí)間成正比。4.3 監(jiān)控分站無線鍵盤技術(shù)4.3.1 無線鍵盤發(fā)射電路原理無線鍵盤遙控一般有兩種，分別是基于電磁波和紅外線的遙控。他們有各自的特點(diǎn)，其中，電磁波遙控具有衍射的作用，可以在跨過一些屏障，因此遙控的時(shí)候不需要直線遙控。電磁波的無線遙控就是在發(fā)射端來發(fā)射一定頻率的電磁波，而接收端僅僅接受相同頻率的電磁波信號(hào)就可以，再經(jīng)過數(shù)據(jù)的解碼就可以得到發(fā)射的內(nèi)容，而紅外遙控的距離相對(duì)電磁波就比較短，而且沒有電磁波一樣

40、的衍射效果，所以在發(fā)射的時(shí)候必須是在直線傳播才可以。遙控器發(fā)射電路如圖4.6所示，它主要包括有振蕩電路、高頻放大器，而調(diào)制的方式也一般采用ASK和FSK兩種。一般載波信號(hào)的頻率在315MHZ433MHZ，當(dāng)然，也可以實(shí)現(xiàn)更高的頻率，信號(hào)經(jīng)過高頻放大器來獲得更高的能量，進(jìn)而可以傳達(dá)更遠(yuǎn)的距離。圖4.6 遙控發(fā)射電路原理圖4.3.2 無線鍵盤接收電路原理接收電路相對(duì)與發(fā)射電路就比較簡(jiǎn)單，如圖4.7所示，就是基本的接收電路原理圖。圖4.7 遙控接收電路原理圖由圖4.7可知，遙控接收電路主要由天線、濾波電路、解調(diào)電路和輸出電路組成。PT2262編碼芯片和PT2272解碼芯片如圖4.8及圖4.9所示。

41、圖4.8 編碼芯片PT2262 圖4.9 解碼芯片PT2272 PT2262和PT2272這組器件廣泛應(yīng)用于各種遙控器件上，只需要較低的+3V電壓就能工作。PT2262 是發(fā)射編碼芯片，PT2272是接收解碼芯片，兩者的地址必須要配對(duì)。PT2262的TE端是發(fā)射允許端，接受低電平時(shí)，17腳的DOUT端輸出一串編碼。該串編碼在載波上發(fā)送出去，被接收端接收并且解調(diào)，輸入PT2272的14腳，當(dāng)?shù)刂放鋵?duì)的時(shí)候，VT解碼有效端輸出高電平，數(shù)據(jù)端口就會(huì)輸出與PT2262發(fā)射端口一致的數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)遙控功能。具體的遙控電路如圖4.10及圖4.11所示。圖4.10 發(fā)射部分圖4.11 接收部分5 監(jiān)控分站軟

42、件設(shè)計(jì)5.1 監(jiān)控分站數(shù)據(jù)采集部分5.1.1 監(jiān)控分站電壓信號(hào)處理監(jiān)控分站中模擬信號(hào)輸入通道的結(jié)構(gòu)圖如圖4.4所示。對(duì)于分站電壓信號(hào)的處理主要是通過A/D轉(zhuǎn)換來進(jìn)行處理的。而在設(shè)計(jì)時(shí)我已經(jīng)規(guī)定：傳感器通道12001000Hz的頻率信號(hào)0%4%的瓦斯?jié)舛刃盘?hào)傳感器通道205V的電壓信號(hào)1828的溫度信號(hào)傳感器通道32001000Hz的頻率信號(hào)020PPm的CO濃度信號(hào)傳感器通道405V的電壓信號(hào)40%70%的濕度信號(hào)所以只有當(dāng)傳感器通道2和傳感器通道4開通的時(shí)候才進(jìn)行這部分的AD處理，我們所用的AD芯片是ADC0809，而當(dāng)傳感器通道2開通的時(shí)候，信號(hào)為05V的電壓信號(hào)，需要表示成為1828的溫

43、度信號(hào)并輸出。要明確當(dāng)輸入模擬信號(hào)為A1時(shí)的A/D輸出結(jié)果，必須要知道A/D轉(zhuǎn)換器的輸入信號(hào)，我們使用的ADC0809是8位AD芯片，而這里的電壓信號(hào)均為05V的電壓信號(hào)，所以其分辨率為5/，可知當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換器的輸入為5V的時(shí)候，則輸出為，即就表示5V的模擬量。但是如果輸入為5V時(shí)，我們希望要輸出的是28，就需要進(jìn)行處理5/5×（28-18）+18=28。這里假設(shè)輸入的電壓信號(hào)為A1，輸出的溫度信號(hào)為B1，則可以得到B1=A1/5×（28-18）+18同樣如果是通道4，假如輸入的電壓信號(hào)為A2，輸出的濕度信號(hào)為B2，則可以得到B2=A2/5×（70-40）+405

44、.1.2 分站頻率信號(hào)處理MCS-51具有定時(shí)、計(jì)數(shù)以及數(shù)據(jù)處理的功能，可以很方便的用于頻率的測(cè)量，一般來講有兩種方法來進(jìn)行測(cè)量頻率。第一種方法是將被測(cè)頻率信號(hào)看作I/O接口板上的十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖源，由單片機(jī)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器來確定計(jì)數(shù)器開門、關(guān)門的時(shí)間，在啟動(dòng)片內(nèi)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器定時(shí)的同一個(gè)時(shí)刻，打開十進(jìn)制計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)門，從而開始對(duì)被測(cè)量頻率進(jìn)行計(jì)數(shù)，而當(dāng)定時(shí)器定時(shí)時(shí)間到的時(shí)候，就關(guān)閉計(jì)數(shù)門，而后通過I/O接口將計(jì)數(shù)值讀入到單片機(jī)的RAM區(qū)，由對(duì)定時(shí)時(shí)間以及計(jì)數(shù)值的數(shù)據(jù)處理，來得到被測(cè)量信號(hào)的頻率。以上的方法就是直接計(jì)數(shù)法，僅僅使用單片機(jī)一個(gè)定時(shí)中斷，它的程序編制比較簡(jiǎn)單，并且具有比較高的

45、頻率測(cè)量上限，但外部接口電路相對(duì)比較復(fù)雜。另外一種方法是用單片機(jī)的兩個(gè)中斷源和，通過內(nèi)部定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0來確定定時(shí)的時(shí)間，通過外部中斷源計(jì)量被測(cè)量信號(hào)周期數(shù)，用此來計(jì)算頻率值。這種周期測(cè)量的方法能充分發(fā)揮單片機(jī)的內(nèi)部功能，從而盡量簡(jiǎn)化電路。編程的時(shí)候，設(shè)置了定時(shí)器/計(jì)數(shù)器為工作方式1，為最高中斷優(yōu)先級(jí)。因?yàn)槎〞r(shí)/計(jì)數(shù)器是加1計(jì)數(shù)操作，如果是晶振的頻率為6MHz，那么定時(shí)器發(fā)出的信號(hào)周期為2s，對(duì)于16位的定時(shí)器來講，最大定時(shí)時(shí)間只能達(dá)到131.072ms，不能實(shí)現(xiàn)1s定時(shí)，所以就需要使用軟件來擴(kuò)大定時(shí)器定時(shí)倍數(shù)，如果程序設(shè)定的定時(shí)倍數(shù)是100時(shí)，測(cè)量過程中要由主程序控制T0溢出的次數(shù)，如果溢

46、出100次以后，即定時(shí)1s時(shí)間到了以后，就可讀出被測(cè)量的頻率數(shù)值。由于外部中斷工作在計(jì)數(shù)的方式，每次檢測(cè)到被測(cè)量的信號(hào)頻率fs的下跳沿的時(shí)候，就會(huì)引起一次中斷，而在中斷服務(wù)程序中，需要把指定工作寄存器（R4、R5）中的內(nèi)容加上1，并且進(jìn)行十進(jìn)制的調(diào)整。當(dāng)1s定時(shí)到的時(shí)侯，可以由主程序?qū)4、R5寄存器內(nèi)的計(jì)數(shù)值讀取出來。這個(gè)中斷服務(wù)程序執(zhí)行的時(shí)間長(zhǎng)短決定了頻率測(cè)量的范圍上限。假如晶振是6MHz，指令周期是2s，中斷服務(wù)需要執(zhí)行50個(gè)指令周期，那么允許測(cè)量頻率的上限就是10KHz。如果執(zhí)行時(shí)間減少到20個(gè)指令周期，那么被測(cè)量頻率上限就變?yōu)?5KHz。分站的傳感器通道1和傳感器通道3為頻率信號(hào)，根

47、據(jù)規(guī)定：傳感器通道12001000Hz的頻率信號(hào)0%4%的瓦斯?jié)舛刃盘?hào)；傳感器通道205V的電壓信號(hào)1828的溫度信號(hào)；傳感器通道32001000Hz的頻率信號(hào)020PPm的CO濃度信號(hào)；傳感器通道405V的電壓信號(hào)40%70%的濕度信號(hào)?？梢灾劳ǖ?和通道3的輸入信號(hào)都是2001000Hz的頻率信號(hào)，所以，在測(cè)頻方面他們的思路基本都一樣，只是在具體的信號(hào)處理方面有一定的差異。測(cè)頻的思路為：首先CPU接收到來自傳感器通道1或者傳感器通道3的信號(hào)以后，首先啟動(dòng)T0定時(shí)器定時(shí)1s鐘，開始定時(shí)的同時(shí)，T1也開始計(jì)數(shù)CPU輸入端口的脈沖，而T0定時(shí)器定時(shí)完成時(shí)產(chǎn)生中斷即停止T1的計(jì)數(shù)，也完成了測(cè)量階

48、段。由于計(jì)數(shù)的周期T=1s，所以計(jì)數(shù)的結(jié)果就是赫茲（f=1/T Hz）。其動(dòng)作示意圖如圖5.1所示。 圖5.1 計(jì)頻器動(dòng)作示意圖在得到頻率的數(shù)值以后就要將數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的處理進(jìn)而來顯示需要表達(dá)的物理量。由于輸入傳感器的頻率信號(hào)范圍為2001000Hz的頻率信號(hào)，當(dāng)傳感器通道1接通的時(shí)候，表示的是0%4%的瓦斯?jié)舛刃盘?hào)，所以，如果此時(shí)單片機(jī)所測(cè)的頻率為A1時(shí)，那么可得到需要顯示的瓦斯?jié)舛鹊臄?shù)值為B1，且B1=4/（1000200）×（A1200）所得到的就是此時(shí)瓦斯?jié)舛鹊臄?shù)值。同樣地，當(dāng)傳感器通道3接通的時(shí)候，表示的是020PPm的CO濃度信號(hào),所以，如果此時(shí)單片機(jī)所測(cè)量的頻率為A2時(shí)，

49、那么可得到需要顯示的CO濃度的數(shù)值為B2，且B2=20/(1000-200)×（A2-200）所得到的就是CO濃度的數(shù)值。5.2分站顯示部分顯示部分對(duì)于分站有著至關(guān)重要的作用，是分站中唯一的可以人機(jī)對(duì)話的部分，在這部分的設(shè)計(jì)中，我們選擇了4位LED數(shù)碼管來顯示各個(gè)數(shù)據(jù)。其硬件連接圖如圖3.4所示。顯示的方式采用掃描式顯示，如圖3.4所示中，可以通過改變ABCD的數(shù)值來確定要顯示哪一個(gè)數(shù)碼管，但是掃描時(shí)間不超過16ms，人眼就會(huì)同時(shí)看到這幾個(gè)數(shù)字。當(dāng)驅(qū)動(dòng)7段LED數(shù)碼管模塊的時(shí)候，掃描頻率設(shè)為60Hz以上，即16ms以內(nèi)完成掃描一周，此外，對(duì)于四位數(shù)的掃描，可使用75150的電阻，其電

50、流將限制于2244mA。除去電流的上升時(shí)間及響應(yīng)時(shí)間，電流會(huì)再降低一點(diǎn)，更加適合使用。在我們分站的顯示部分的軟件設(shè)計(jì)中，我們采用的四位的數(shù)碼管第一位代表的傳感器通道數(shù)，后三位代表具體的某一位的數(shù)值。 四位數(shù)碼管循環(huán)顯示四路模擬通道輸入的數(shù)值，循環(huán)周期為10s，定為10s其一因?yàn)檫@樣可以更加明顯地觀測(cè)數(shù)據(jù)。圖5.2 數(shù)碼管顯示流程圖 另一方面，因?yàn)閷?shí)際條件的影響，在頻率測(cè)量的時(shí)候系統(tǒng)不是很穩(wěn)定，將顯示循環(huán)周期定為10s就可以更加穩(wěn)定地顯示數(shù)據(jù)。5.3分站主程序在設(shè)計(jì)分站主程序的時(shí)候，我主要是考慮了頻率信號(hào)的處理方式，在初始化完成了以后，定時(shí)器定時(shí)超過1s就開始進(jìn)行頻率的讀取，這樣做在邏輯上似乎不

51、太符合常規(guī)，可是這樣做就使得在軟件編寫的時(shí)候更加方便和簡(jiǎn)單，由于提前就進(jìn)行了測(cè)量頻率的動(dòng)作，所以，在后來當(dāng)傳感器通道1或3開通的時(shí)候就可以直接進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，而不需要選擇通道故定以后再進(jìn)行頻率的測(cè)量，由于實(shí)際情況中，我們的頻率測(cè)量和AD轉(zhuǎn)換不是很穩(wěn)定，所以需要一定的時(shí)間來進(jìn)行穩(wěn)定的顯示，所以我在程序中加了很長(zhǎng)時(shí)間的延時(shí)，來使得顯示的數(shù)據(jù)穩(wěn)定，而提前測(cè)量頻率后當(dāng)數(shù)據(jù)穩(wěn)定的時(shí)候就可以直接進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，這就使得系統(tǒng)更加穩(wěn)定，程序的設(shè)計(jì)也更加簡(jiǎn)單。讀取頻率的值以后就可以進(jìn)行通道的判斷，如果是1或3路開通就直接進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，如果是2或4路開通，就需要進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后再進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理并顯示。整個(gè)主

52、程序是一個(gè)大的循環(huán)，循環(huán)地址不大于4，如果大于4就進(jìn)行清零動(dòng)作，而后再進(jìn)行循環(huán)。程序的流程圖如圖5.3所示。圖5.3 分站主程序流程圖5.4監(jiān)控分站無線鍵盤部分5.4.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)根據(jù)我們?cè)O(shè)計(jì)的實(shí)際情況，設(shè)備工作的環(huán)境主要是在煤礦井下，無線鍵盤發(fā)射與接收端之間的距離比較遠(yuǎn)，而且不可能實(shí)現(xiàn)直線傳輸，所以可知選擇基于電磁波的無線遙控更加適合我們的設(shè)計(jì)，如圖5.4和圖5.5所示，就是我們無線鍵盤電路的原理圖。圖5.4 無線鍵盤發(fā)射電路原理圖圖5.5 無線鍵盤接收電路原理圖發(fā)射部分是通過鍵盤模塊生成需要傳送的命令，命令主要包括有對(duì)監(jiān)控分站傳感器模擬通道的選擇顯示，以及對(duì)監(jiān)控分站的斷電控制。當(dāng)接收端接收到

53、來自發(fā)射端的命令以后，就停止對(duì)四路模擬通道的循環(huán)監(jiān)視和顯示，而是根據(jù)命令來開通固定的一路通道顯示其數(shù)據(jù)，或者采取斷電操作。當(dāng)命令是接通模擬開關(guān)的某一路的時(shí)候，通過LED的第一位顯示傳感器通道數(shù)目，后三位顯示具體的數(shù)值。當(dāng)命令是斷電操作的時(shí)候，則先使蜂鳴器工作5S，而后使分站斷電。5.4.2 無線鍵盤發(fā)射部分發(fā)射集成電路F05P如圖5.6所示。 圖5.6 發(fā)射集成電路F05PF05P采用的是樹脂封裝，小體積，適合于無線遙控報(bào)警以及單片機(jī)的無線數(shù)據(jù)傳輸。F05P具有較寬的工作電壓范圍以及低功耗特性，它的調(diào)制方式為ASK方式。F05P不可以任意調(diào)整它的發(fā)射電流，單片機(jī)數(shù)據(jù)可以直接通過串口進(jìn)入F05P的數(shù)據(jù)輸入端口。F05P在沒有數(shù)據(jù)輸入時(shí)單片機(jī)必須處于低電平狀態(tài)；F05P在沒有數(shù)據(jù)輸入的時(shí)候，單片機(jī)必須處于高電平狀態(tài)。F05P要輸入數(shù)據(jù)才能發(fā)射，數(shù)據(jù)信號(hào)中斷，發(fā)射電流為零。F05P對(duì)0.11ms的數(shù)據(jù)脈沖發(fā)射效果是比較理想的，過寬或者過窄的脈沖都會(huì)引起調(diào)制效率的下降，過調(diào)制或者調(diào)制不足會(huì)使得收發(fā)距離變近。F05P具有4個(gè)功能引腳，由于體積小，功耗低，沒有天線所以只能滿足短距離使用，而天線對(duì)距離起著很大的作用，天線是否能匹配，也是十分關(guān)鍵的，匹配良