煤矿瓦斯微机监测系统设计.ppt

煤矿瓦斯微机监测系统设计,指导老师： 专 业： 机械电子工程 姓 名： 学 号：,本课题的研究意义,降低重大事故发生率，保障矿工安全,系统总体结构设计,瓦斯信号,检测电路,放大电路,模数转换,单片机,显示浓度,信号输出,蜂鸣器报警,稳压电源,220v,总体方案的确定,一、煤矿瓦斯微机监测系统实现的功能： 实时测量瓦斯浓度，精度为0.01% 对瓦斯浓度进行显示 瓦斯超浓度报警 瓦斯浓度可上传上位机进行监控 二、浓度测定程序流程图,开始,初始化,启动a/d转化,滤波,零点修正,浓度超限,led显示,返回,蜂鸣器报警,三、上位机方案的确定 1.上位机功能 任意时刻选定下位机查看浓度 将查看到的浓度进行保存 2.上位机软件界面,确认获取浓度值,保存浓度,查看数据,退出,下位机选择,打开串口,关闭串口,ch4浓度,100ppm,四、通讯协议的确定 1.物理层选定 由于要进行远距离传输，所以选择rs-485构建下位机网络 2.通讯协议的选定 定义：网络间必须遵循的规则和约定 约束：单片机的串行通讯已经约定 确定：上位机查询时发送地址帧，下位机对接收到得地址帧进行核对，信息匹 配则发送数据帧，然后上位机查收；下位机串口通信采用中断方式。 五、下位机操作界面设定,当前值 led显示屏,复位,power,零点数据,电源指示灯,报警灯,下位机硬件设计,一、控制核心单片机 1.单片机选择 选择范围：pic、avr、51系列 选择因素：a/d驱动、两个中断使用、零点修正、led八位段码管显示 选择尺度：在满足性能的情况下，选择最经济的单片机 选择结果：at89s52 2.at89s52基本性能 与 mcs-51 单片机兼容 8k 字节在系统可编程flash存储器 1000 次擦写周期 全静态操作：0hz33mhz 三级加密程序存储器 32 个可编程 io 口线 3个 16 位定时计数器 6个中断源 全双工 uart 串行通道 低功耗空闲和掉电模式 掉电后中断可唤醒 看门狗定时器,二、瓦斯检测模块 1.传感器选择 （1）常用类别： 催化燃烧式甲烷传感器 红外原理甲烷传感器 光干涉式甲烷传感器 光纤气体甲烷传感器 半导体式甲烷传感器 （2）选择结果：mjc4/3.0l催化燃烧式 （3）选择原因：桥路输出电压呈线性避免 复杂的线性修正 2.瓦斯检测电路 （1）电路选择结果：半桥电路 （2）选择原因：mjc4/3.0l传感器规定选择 （3）全桥电路优点：灵敏度高，成本比全桥电路低 （4）电路图：,3.放大电路 （1）采用放大电路原因： 如图所示，当浓度高于2%时，电路输出45mv，为了满足a/d输入范围，必须采用放大电路对模拟信号进行放大。 （2）放大器的选择：ina114 （3）选择原因：成本低应用广泛，外接一个普通电阻就可以得到任意增益。 （4）ina114基本放大电路： （5）放大电路rg计算： 已知条件：vcc=3v，r0=2000，umax=75mv=0.075v 设定条件：g=66 公式：rg=50ku/(g-1) 结果：rg=770,三、a/d模块电路 1.a/d转换器的选择 （1）转换原理： 计数式、双积分式、逐次逼近式及并行式a/d转换器 （2）主流a/d转换器： 1）双积分式a/d转换器 优点：转换精度高、抗干扰性能好、价格便宜 缺点：转换速度较慢 2）逐次逼近式 优点：速度较快、精度较高 缺点：精度和抗干扰性较差 （3）选择因素：因为led要对浓度进行即时显示，所以转换速度要快。 （4）选择结果：选用逐次逼近式的pcf8591。 2.pcf8591： （1）芯片通信原理：i2c总线 （2）i2c总线简介：它是同步通信的一种特殊形式，具有接口线少，控制方式简单，器件封装形式小，通信速率较高等优点，可以只用两个管脚进行通信，最大程度的利用单片机管脚。,四、显示模块 1.模块选择：共阳极数码管 2.共阳极数码管的字型代码表：,3.led数码管和单片机连接电路图,五、通信模块 1.数据传输方式选择：rs485只能半双工 2.通信方式选择：串口异步通信工作方式方式1 3.通信规定：双方波特率为4800bs，1位起始位，8位数据位，无奇偶校验位， l位停止位，一帧信息为10位 4.计算定时器初值： x = 256(smod+1)fosc(波特率384) x=256- 211.0592106(3844800) x=233=f4h 5.串行接口电路设计：,六、蜂鸣器报警电路 1.蜂鸣器选择：有源蜂鸣器，高电平接通会发声 2.电路设计： 因为单片机管脚电压不足以驱动蜂鸣器，所以另结5v电压，设置三极管开关,第四章 系统软件设计,一、概述 1.语言选择：c语言 2.优点：移植性、模块性强 3.变量分配： 4.总程序模块分配：系统初始化、启动a/d转换、滤波、零点修正、浓度超限判断、led显示瓦斯浓度、向上位机串口输出信号,二、a/d转化子程序 1.i2c总线控制方式 （1）起始停止 起始：scl 线是高电平时，sda 线从高电平向低电平切换 停止：scl 线是高电平时，sda 线由低电平向高电平切换 （2）应答信号 每一个字节传输都必须有一个应答信号。 （3）应答位检查 应答位检查用于检测接收的是否为正常的应答信号。,scl,sda,2.程序流程图,初始化,开始,发送寻址字节 （写）0x90,check_ack,发送通道控制字 0x01,check_ack,开始,发送寻址字节 (读),check_ack,空采样一次,check_ack,in1通道采样,结束,返回,a/d转换,check_ack,sda=1,scl=1,应答标志位 f0=0,sda=1?,f0=1,scl=0,返回,三、滤波程序 1.滤波原因：每次测得的瓦斯浓度值未必准确 2.滤波方法：连续测试12组数据，然后在这12组数据中取平均值 四、led显示程序 1.led显示思路：将处理后的数据，从高位到低位转化为共阳极代码。 2.led显示算法： (1)每一次计算都要减去上一次的运算和； (2)然后将差除以最高位的基本单位即可得到该位的大小（例如200的最高位基本单位为100）；,五、下位机通信程序,设置特殊功能寄存器,定义波特率,开启串行中断,启动定时器,ri=1?,从sbuf读取数据,地址相同？,发送地址,ri=0,n,y,n,y,六、上位机通信程序 1.语言选择：vb 2.插件选择：mscomm 3.mscomm特点：类似于单片机中断事件，串口接收到数据则启动mscomm