煤矿用风量风压监测仪【毕业设计】

中 国 矿 业 大 学本科生毕业设计姓 名： 学 号： 学 院： 专 业： 设计题目： 煤矿用风量风压监测仪 专 题： 指导教师： 职 称： 20 xx 年 6 月 中国矿业大学毕业设计任务书毕业设计题目：煤矿用风量风压监测仪毕业设计专题题目：毕业设计主要内容和要求：设计煤矿用风量风压监测仪的硬件部分与软件部分。院长签字： 指导教师签字：中国矿业大学毕业设计指导教师评阅书指导教师评语（基础理论及基本技能的掌握；独立解决实际问题的能力；研究内容的理论依据和技术方法；取得的主要成果及创新点；工作态度及工作量；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 指导教师签字： 年 月 日中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书评阅教师评语（选题的意义；基础理论及基本技能的掌握；综合运用所学知识解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果及创新点；写作的规范程度；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 评阅教师签字： 年 月 日中国矿业大学毕业设计答辩及综合成绩答 辩 情 况提 出 问 题回 答 问 题正 确基本正确有一般性错误有原则性错误没有回答答辩委员会评语及建议成绩：答辩委员会主任签字： 年 月 日学院领导小组综合评定成绩：学院领导小组负责人： 年 月 日摘 要本文利用微机技术，数据采集技术和现代通信技术设计煤矿用风量风压监测仪，主要对风井风硐内风量风压在线监控，为通风系统优化提供了可靠的数据。系统介绍了风量风压在线测量系统的组成与工作原理。该系统采用单片机技术，利用传感器；转换器；I/D转换器；A/D转换器进行数据的实时采集、运算、准确地在线监测矿井总风量、矿井负压的大小与变化情况，并通过检测数据使终端控制系统准确分析判断矿井是否存在安全生产隐患，及时发出调整指令，为保证矿井安全生产环境，并且优化通风系统，从而实现矿井节能降耗，提供了可靠的技术数据，确保矿井安全生产。关键词：风压风量； 在线测量； 系统优化；安全生产 ；AbstractThe article utilizes microcomputer technology couecting technology of data ，and modern communication technology which design the monitor of air quantity and wind pressure in mine， it monitors and controls online mainlg to wind pressure and air quantity in wind channel of air shaft， In order that optimization of ventilation system provides realiable data 。The system introduces the composition and operating principle of the monitor of air quantity and wind pressure，system adopts the single chip computer，as the core it makes use of transducer； converter； I/V converter； A/D converter that goes on the real correcting and calculating of data ，and monitor online exactly the size and change situation of the general air quantity of the mine and negative pressure of the mine and through the examining datas make the terminal controlling system that analyses and judges exactly if the hidden danger exist, and send out adjustment instruction to ensure the environment of the safety in production of the mine, and optimize the ventilation system . thereby realize the energy saving and reducing loss of the mine ,ensure the safety in production.Keywords: wind pressure and wind quantity ; online measurement ; system optimization ; safety in production;目 录第一章 绪论11.1煤矿用风量风压监测仪所涉及的内容国内外研究现状综述11.2研究煤矿用风量风压监测仪的意义1第二章 煤矿用风量风压监测仪总体设计32.1 工作原理32.2 结构框图3第三章 硬件设计43.1 传感器43.1.1TYC802差压传感器/变送器.43.1.2KG3033型负压传感器53.2 DC 420mA变送器53.3 信号调理电路73.4 A/D转换器83.4.1 逐位逼近式A/D转换原理83.4.2 性能指标93.5 单片机103.5.1 单片机的选择103.5.2 RAM元件的选择123.5.3 ROM的选择143.5.4 其I/O并行接口元件选择153.5.5 RS-232标准串口通信及接口芯片选择163.6 输出显示器163.6.1显示器面板163.6.2 参数设定17第四章 软件设计194.1风压计算原理194.2风量计算原理204.3软件设计20第五章 其它设计及特点225.1 看门狗的设计225.2通信接口设计24参考文献27翻译部分28英文原文28中文译文38致 谢46第46页中国矿业大学2010届本科生毕业设计第一章 绪 论 1.1煤矿用风量风压监测仪所涉及的内容国内外研究现状综述 矿井监测技术是一门融通信技术、控制技术、计算机技术和电子技术为一体的综合性很强的学科，是信息产业和工业领域的一种先导性技术。“监测”是指对煤矿环境与生产参数进行自动监测。“监控”是指系统根据监测所得到的数据来进行分析，并依据所得结果对生产进行反馈控制.随着计算机技术、网络技术、通信技术、微电子技术的进一步发展矿井设备自动化水平不断提高，现代化的生产和管理在煤矿行业中不断推广。为了满足现代煤矿安全产和信息管理的要求，煤矿监控系统朝着网络化、标准化、智能化的方向发展。矿井通风是煤矿安全生产中不可缺少的主要环节,而风井风硐内风量、风压测定又是矿山通风部门日常管理工作的基本内容之一。如何实现精确测量,并真实地描述主要通风的性能曲线是至关重要的,是管理者科学制定方案措施的技术依据。风井风硐内风量、风压的传统测量方法是测量人员带着风表到风硐里测定风量,从主要通风机机房“U”型压差计上读取风硐中的风压。智能型风量风压监测仪在它技术上具有先进性、可靠性,更难能可贵是它的实用性:(1)改造容易。一般矿井主要通风机房均有现成负压管传递装置,完全可满足该装置负压采样要求,不需对风硐内皮托管进行改造。(2)操作智能化。由于数据贮存采用了带电RAM技术和触摸按键结构,使得操作简单快捷且设置的数据不因掉电丢失而得到永久性保护。(3)方便快捷。由于该仪器具有远距离传输功能,矿领导、调度室或通风部门在准局域网上(或终端),随时可看到矿井通风机运行工况状况。风量风压监测仪的使用实现了风硐内风量、负压采集信息数字化显示和远距离传输,提高通风管理水平,巩固了安全程度,摆脱了多年来人进风硐测风的危险局面和传统的风机房“U”型压差计测风压的岁月,同时对智能型风量风压监测仪添加附属部件接入矿井安全监控系统,并将采集的数据通过转换输入监控分站,实现远程控制。1.2研究煤矿用风量风压监测仪的意义随着计算机技术、网络技术、通信技术、微电子技术的进一步发展，矿井设备自动化水平不断提高，现代化的生产和管理在煤矿行业中不断推广。为了满足现代煤矿安全生产和信息管理的要求，煤矿监控系统朝着网络化、标准化、智能化的方向发展。将风量风压监测仪置于风井通风机房内,借助单片机的控制,进行数据的实时采集、运算,可准确地在线监测矿井总风量、矿井负压的大小与变化情况。这对于风机工况按需调节,井下通风系统优化,做到风机运行与井下风网合理匹配,从而实现矿井节能降耗,确保矿井安全生产,具有重要意义。风量风压监测仪利用微机技术，数据采集技术和现代通讯技术，对风井风硐内量风压测定可以改变一下情况： (1)风量测量困难,测值读数误差大。由于风硐内风速、负压大,环境条件恶劣,测风员很难保持身体绝对平衡,影响测量操作正常发挥,可能存在视觉误差、人工定时误差、读数误差,从而可能导致测值失真。(2)负压读数困难。由于风硐内风流的不稳定,造成“U”型压差计两液面上下波动,人工很难读准差值。(3)受测量人员个体习惯影响较大。由于测量人员身高、体重、测风习惯的影响,同一地点相同条件下测量结果往往并不相同,有时误差还比较大。为解决以上问题，就需要利用微机技术、数据采集技术和现代通讯技术,对风井风硐内风量、风压进行在线监测对安全生产起到非常重要的作用。第二章 煤矿用风量风压监测仪总体设计2.1 工作原理 设计煤矿用风量风压监测仪主要有传感器、变换器、I|V转换器、A|D转换器、单片机及PC计算机组成。 首先传感器将皮托管传来的压力信号转换成电信号，电信号需要经过变送器把微弱的电信号放大到标准的4 10 MA 范围内的电流信号，再采用电阻分压法把传送来的电流信号转换成 1 5 V 范围内的电压信号，然后再利用A|D转换器完成转换分辨率超过13位、转换精度高、具有良好的稳定性和线性传送到单片机，计算机内储存传感器的转换函数表，电平信号经查表逐一还原成相应的被测参数值信号后，送数码管显示。另外，仪器通过RS-232通信接口和专用调制解调器或RS-485通风接口送到PC计算机中去，通过专业软件可将数据存储、打印、回放。2.2 结构框图利用微机技术，数据采集技术和现代通信技术设计煤矿用分量风压监测仪的结构框图，如图 2-1：差压负压传感器变送器I/V 转 换 器A/D 转换器单片机PC机 RS-485RS232 + 专用Modem 图 2-1 风量风压监测仪框图第三章 硬件设计 3.1 传感器在设计时传感器选用TYC802压差传感器/变送器和KG3033型负压传感器，主要对它们的产品特点和工作参数做介绍3.1.1 TYC802差压传感器/变送器 引进美国最新传感器技术和全套先进电路及元器件生产的高精度压力传感器，一体化的不锈钢外壳封装和输出标准信号.芯片采用特殊进口材质,高稳定性压力传感器组件,经过高可靠的放大电路。及温度补偿,性能更好。外盒采用全不锈钢封焊结构，具有良好的防潮能力及优异的介质兼容性。该产品有多种接形式和多种引线方式,能够最大限度满足客户的需要。概述： 该系列压力变送器采用国际先进的高精度高稳定传感器，配以ASIS高性能放大电路，经过数千次疲劳冲击，高，低温循环老化及精密的数字温度补偿工艺，再经过不锈钢全封焊（激光焊接）精制而成。高质量的传感器，严格的校验工艺，及完善的装配工艺确保了该产品的优异品质。特别适合用于对液压、气压等介质的压力进行测量，甚至用于恶劣环境如污水、蒸汽、轻度腐蚀性、气体测量。砌底解决客户的各种需要。不锈钢一体化结构，可适应恶劣环境小体积，高精度，高性价比，高稳定性多种标准信号输出选择，用户调试方便防雷击，抗电磁/射频干扰供电电源范围宽（1040V）具有零点，满度可调广泛应用于锅炉送风、井下通风等电力、煤炭行业压力过程控制领域，主要技术参数： 量 程: (50Pa200Pa1KPa10KPa 100KPa) 耐 压: 量程值的三倍综合精度: 0.5%FS、1.0%FS 输出信号: 1.0mV/V、2.0mV/V(四线制)，420mA(二线制)、05V、15V、010V(三线制) 供电电压: 24DCV(936DCV) 介质温度: -2085 环境温度: 常温(-2085) 负载电阻: 电流输出型：最大800；电压输出型：大于50K 绝缘电阻: 大于2000M (100VDC 密封等级: IP65 长期稳定性能: 0.1%FS/年 振动影响: 在机械振动频率20Hz1000Hz内，输出变化小于0.1%FS 电气接口(信号接口): 引出导线 机械连接(螺纹接口): M101，可按用户要求设计生产3.1.2 KG3033型负压传感器 KG3033型负压传感器是采用半导体差压探头制成的固定式智能负压测量仪表。该仪器适用于煤矿井下测量风门内外、密闭内外和风筒内外压力，以及矿井主扇通风压力等。仪器采用红外线遥控调校，无调节孔，密封性能良好。仪器具有多种信号输出制式，可与国内各种监测系统配套使用。主要技术参数 ： 工作环境条件：温度：0 40相对湿度：96%大气压力：86 106kPa风速：0 8m/s测量范围： 0 5.00kPa；0 10.00kPa；0 20.00kPa；基本误差：2%FS分辨率： 0.01kPa显示方式：四位LED防爆型式：矿用本质安全型防爆标志：ExibI(150)输出信号：频率：200 1000Hz；5 15Hz；5 155Hz； 0 150Hz ；5 205Hz；0 200Hz； 0 500Hz ； 0 1000Hz； （电流脉冲输出或光电隔离输出） 电流输出：15mA（负载电阻500）； 4 20mA（负载电阻150）；工作参数：工作电压1218V DC; 工作电流15V 极限工作电压：35V 额定输出过流限制保护：内部限制25mA+10%；两线端口瞬态感应雷与浪涌电流TVS抑制保护能力：TVS抑制冲击电流35A/20ms/1.5KW； （需外接1.5KE35CA瞬态抑制二极管）两线端口接错保护：电源反接保护 （需外接1N4007二极管）工作温度： -40-80贮存温度： -50-100 图 3-1 输出二线制420mA交流电流变送器遥测电路图 3-2 变送器电路图3.3 信号调理电路在控制系统中，对被控制的检测往往采用各种类型的测量变送器，当它们的输出信号为0 10mA或4 20 mA的电流信号时，一般是采用电阻分压法把现场传送来的电流信号转化为电压信号，以下是两种变换电路。(1) 无源I/V变换(2) 有源I/V变换(1) 无源I/V变换无源I/V变换电路是利用无源器件电阻来实现，加上RC滤波和二极管限幅等保护，如图3-3(a)所示，其中R2为精密电阻。对于0 10 mA输入信号，可取R1=100欧，R2=500欧，这样当输如电流在010mA量程变化时，输出的电压就为0 5 V 范围；而对于420 mA输入信号，可取R1=100欧，R2=250欧，这样当输入电流为4-20 mA时，输出的电压为15V.（a）无源I/V转换（b）有源I/V转换(2) 有源I/V变换有源I/V变换是利用有源器件-运算放大器和电阻电容组成，如图（b）所示，利用同相放大器，把电阻R1上的输出电压变成标准输出电压。该同相放大器电路的放大倍数为 (3-1)若取R1=200，R3=150，R4=150，则输入电流I的0 10M若取R1=200，R3=150，R4=150，则输入电流I的0 10MA就对应电压V的0 5V；若取R1=200，R3=100，R4=25，则420MA的输入电流对应15V的电压输出。3.4 A/D转换器3.4.1 逐位逼近式A/D转换原理一个N为A/D转换器是由N为寄存器、N为D/A转换器、运算比较强、控成制逻辑电路、输出锁存器等五部分组成。现以4为A/D转换器把模拟量9转换为二进制数1001为例，说明逐位逼近式A/D转换器的工作原理。如图 3-4 所示。比较器控制时序和逻辑电路D/A转换器逐位逼近寄存器（SAR）数字量输出锁存器自动CLKD0D1D2D3反馈电压V0VCVIN模拟量输入图 3-4 逐位逼近式A/D转换原理图 启动信号作用后，时钟信号在控制逻辑作用下： 首先使寄存器的最高位D3 = 1 ，其余为0，此数字量1000经D/A转换器转换成模拟电压VO =8，送到比较器输入端与被转换的模拟量VIN = 9进行比较，控制逻辑根据比较器的输出进行判断。当VIN V0,则保留D3 = 1；再对下一位D2进行比较，同样先使D2 = 1，与上一位D3为一起既1100进入D/A 转换器，转换为V0 = 12再进入比较器，与VIN = 9比较，则使D2 = 0；再下一位D1位也是如此，D1 = 1即1010，经D/A转换为V0 = 10，再与VIN = 9比较，因VIN _V0，保留D0 = 1，比较完毕，寄存器中的数字量1001即为模拟量9的转换结果，存在输出锁存器中等待输出。一个N位A/D 转换器的模数转换表达式是 (3-2)式中 N -N位A/D转换器； VR+、VR- -基准电压源的正、负输入； VIN -要转换的输入模拟量； B -转换后的输出数字量。 即当基准电压源确定之后，N位A/D转换器的输出数字量B与要转换的输入模拟量VIN成正比。3.4.2 性能指标（1） 分辨率分辨率是指A/D转换器对微小输入信号变化的敏感程度。分辨率越高，转换时对输入量的微小变化的反应越灵敏。通常用数字量的位数表示，如8位、10位、12位等。分辨率为n，表示它可以对满刻度的1/2n的变化量作出反应。即： 分辨率 = 满刻度值/2n（2） 转换精度 A/D转换器的转换精度可以用绝对误差和相对误差来表示。 所谓绝对误差，是指对应一个给定数字量A/D转换器的误差，其误差的大小由实际模拟量输入值和理论值之差来度量。 相对误差是指绝对误差与满刻度值之比，一般用百分数来表示，对A/D转换器常用最低有效值的位数LSB来表示，1LSB = 1 / 2n 。（3） 转换时间 A/D转换器完成一次转换所需要的时间称为转换时间，逐位逼近式A/D转换器的转换时间为微秒级。 3.5 单片机3.5.1 单片机的选择单片机的生产厂家很多，主要有美国的Intel,Motorola,和Zilog公司，荷兰的Philip，德国的Siemes公司和日本的NEC公司，Intel公司的产品应用的比较多，MES-5I单片机是Intel公司1980年推出的8位高档机，其CPU的功能和存储容量以及特殊功能部件性能都不错，而且价格便宜，MES-5I系列单片机中，8031型号已足够满足设计功能的需要。其8位CPU，寻址能力达216K,128字节RMN,4个8位I/0接口电位，一个串行全双工异步接口，五个中断源和和2个中断优先级。4个并行I/O端口，每个端口的结构各部相同，功能和用途差别很大。 8031有40条引脚，共分为端口线、电源线和控制线3类，如图:3-6 图3-6 8031单片机芯片 四个并行I/O端口，每个端口的结构各不相同，功能和用途差别颇大。(1)、P0-P0.0:八条引脚有两种功能,第一种情况是8031不带片外存储器Po口作为通用I/O使用,用于CUP传送输入/输出数据,这时输出数据可以得到锁存,无需外接专用锁存器,输入数据得到缓冲,增加数据输入的可靠性.第二种情况是8031带片外存储器,则Po口在CUP访问片外存储器时先用传送片外存储器的低8位地址,然后传送CUP对片外存储器的读写数据。（2）、P1.7P1.0:作为通用I/O口使用，传送用户输入输出数据。（3）、P2.7P2.0:第一可以作为通用I/O口使用，另外可配合Po口输出片外存储器的高8位地址，共同选中片外存储器单元，但不能传送读写数据。（4）、P3.7P3.0: 第一可以作为通用I/O口使用，第二功能作为控制用。如下表3-1P3口的位第二功能注释P3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7RXD TXDToT1串行数据接收口串行数据发送口外中断0输入外中断1输入计数器0计数输入计数器0计数输入外部RAM写选通讯号外部RAM读选通讯号（5）、控制线aALE/地址锁存允许、编程线，在输出片外存储器低8位地址时将输出高位脉冲，把低8位地址锁存到地址锁存器。b /VPP：允许访问片外存储器、编程电源线，控制使用片外ROM时的低电平有效。c：片外ROM选通线，当访问片外ROM,线上产生一个负脉冲，用于片外ROM的选通。dRST/VPP：复位、备用电源线。eXTAL1和XTAL2：片内振荡电路输入线。3.5.2 RAM元件的选择Intel6264（静态RAM）采用双译码编址方式，存储容量8k8字节，最大存取时间为200ns，所需电源为5v，为28引脚的SRAM,其引脚如图所示：图3-7 6264型RAM芯片（1）.地址线A12-A0(13条)：为输出地址线,用于传送CUP送来的地址编码信号,高电平表示“1”,低电平表示“0”。（2）.数据线D7-D0(8条)：为双向数据线，D7为最高位，D0为最低位，正常工作时，原来传送6264的读写数据。（3）.控制线(4条)： 允许输出线：该输入线用于控制从6264中读出的数据是否送到数据线D7-D0上。若OE为低电平，则读出数据可以直接数据总线D7-D0；否则读出数据只能到达6264的内部总线。 片选输入线CS1和 :若CS1=1和=0，则被芯片被选中工作；否则本6264不被选中工作。 读写命令线,:若为高电平，则6264建立读出工作状态；若为低电平则6264处于写入状态。 （4）电源线（2条）VCC为5v电源线，允许10范围内波动。GND接地。（5）.工作方式：6264有5种工作方式，其中的读出和写入方式是有效方式。每中工作方式对有关引脚上电平的依赖关系如下表：3-2工作方式CS1 功 能 禁止 0 1 0 0不允许和同时为低电平 读出 0 1 1 0从6264读出数据到D7 D0 写入 0 1 0 1把D7D0数据写入6264 选通 0 1 1 1输出高阻 未选通 1 1 输出高阻3.5.3 ROM的选择Intel 2764是一种+5V的8KB储存器芯片，采用HMOS工艺制成，管脚数为28，标准存取时间为250ns，其引脚分配如下图：图3-8 2764型ROM芯片(1).地址输人线A12一A0: 与8031单片机的P0和P2口相接，用于传送单机送来的地址编码信号。(2).数据线O7一O0: 双向数据总线，传送从2764中读出的数据或程序代码，另外在编程方式下用于传送需要写人的程序代码。(3).控制线: 片选输人线，控制本芯片是否工作。低电平有效。编程输入线,用于控制芯片处于正常工作状态还是编程/校验状态;允许输出线，一条由用户控制度输人线，若输人一个TTL高电平，则数据线处于高阻状态，位TTL低电平，数据线处于读出状态。(4).其他VCC位+5v电源输入线。VPP位编程电源输人线，接+5v 时2764于正常工作状态，接21v电压时，2764处于编程/校验状态。NC为2764的空线。3.5.4 其I/O并行接口元件选择 地址锁存器选择74LS373，因为8031Po口在访问片外存储器先传送低8位地质，需要先锁存到存储器，再传送CPU对片外存储器的读写数据。另外，因为本系统设计8的测量点，83路CCD信号的输入，所以需要用I/O接口芯片来扩张CPU的并行I/O端口，Intel8255A与8031相连可为外设提供三个8位I/O端口，允许采用同步、异步和中断方式传送I/O数据。图 3-9 8255A型I/O并行接口芯片图中8255A的引脚图，共有40条引脚，其中：数据总线8条D7-D0，用于传输CPU和8255A间的数据、命令和状态字；控制总线6条，RESET为复位线，高电平有效，为片选线，低电平有效，8255A处于工作状态；和为读命令线和写命令线，低电平有效，二者电平不可相同；A0和A1是地址输入线，用于选中A口，B口、C口和控制寄存器中的哪一个工作：并行I/O总线共24条，与外设相连，共分三组：PA7-PA0双向I/O总线，传送I/O数据，可设定输入或输出方式，也可设定输入/输出双向方式，由控制字决定。PB7-PB0只可设定输入或者输出方式。PC7-PC0用来传送I/O数据或者控制、状态信息，可设定输入或者输出方式，也可设定控制/状态方式，由控制字决定。电源线两条，VCC5V电源，GND为接地。3.5.5 RS-232标准串口通信及接口芯片选择 单片机与PC机通过串口通信，系统采用异步通信方式，数据是一帧一帧（包含一个字符代码或一字节数据）传送的，每一串行帧的数据格式中，一个字符由四个部分组成：起始位、数据位、奇偶校验位和停止位。首先是一个起始位“0”，然后是58位数据，接下来是奇偶校验位（可省略），然后是停止位“1”，停止位可以是1位、1.5位或2位。起始位“0”信号只占用一位，用来通知接收设备一个待接收的字符开始到来。线路上在不传送字符时应保持为“1”。接收端不断检测线路状态，若连续为“1”以后又测到一个“0”，就知道发来一个新字符，应马上准备接收。在串口设备上，单片机和PC集应该一致，波特率，即数据传送速率，表示每秒传送二进制代码的位数，它的单位是位/秒（b/s）,是衡量传输通道频宽的指标，异步通信的传送速度在5019200 b/s之间，系统设置波特率为1200 b/s，奇偶校验位缺省，数据位为8位，设置一位停止位。 RS-232总线标准接口是美国电气工业协会（EIA）1969年正式公布的，是在异步串行通信中应用最广的标准总线。它包括了按位串行传输的电气和机械方面的规定。但是RS-232规定的逻辑电平与一般微处理器、单片机的逻辑电平不一致，RS-232是早期为促进公用电话网络进行数据通信而制定的标准，其逻辑电平对地是对称的，与TTL、MOS逻辑电平完全不同。逻辑0电平规定为515V之间，逻辑1电平为515之间,因此, RS-232驱动器与TTL都连接必须经过电平转换。但是使用RS-232标准进行单向数据传输时，因为规定最大负载电容为2500Pf，这个电容限制了传送距离和传送速率，而且TTL/RS-232转换电路属非平衡电压型电路，不具有抗共模干扰特性，所以最大数据传输速率为20kb/s，最大传输距离为15米。难以达到远距离传送数据的要求。所以需要外连串口通信接口电路，这里可选择MAX232A多通道驱动/接受器来连接，电源电压5V，数据速率可达20kb/s，具有更高的变换速率，小型电容，低功耗待机方式下课使功率降低至小于5w，MAX232芯片中两路发送接收中任选一路作为接口。发送接收的引脚要对应。3.6 输出显示器 3.6.1显示器面板 显示器前面板，后面板如图 3-10所示。风量指示窗风压指示窗通讯接口参数输入指示灯参数输入键 图 3-10 显示器前面板 图 3-11 显示器后面板 MOD键：某一参数设置好后按该键以示确认，系统自动转让下一个设定的参数。 键：闪烁显示位增1键，按键一次数字增加1，数字依 09变化，如改变的是符合位，则在“9”后显示“”，表示所设参数为负数。V 键：闪烁显示位减1键，按键一次数字增加1，数字依 90变化，如改变的是符合位，则在“0”后显示“”，表示所设参数为负数。 键：闪烁键改变键，按键一次闪烁位右移一位，如已在最右位则返回到最左位闪烁。3.6.2 参数设定显示器工作时，按动任意一个键即进入参数设定状态，为防止非技术人员的误操作，仪器采取了双重保护措施，首先在仪器进入参数设定状态后，如果10s内不按键或两次按键间隔超过10s，则显示器自动回到测量状态，显示实时检测的风量风压；其次，在进入参数设定状态后必须先输入密码，在密码校对无误后方可以进行参数设置。进入参数设定首先显示“C109”.用键和 、V键将密码改成默认值“C123”后，按MOD键即可。显示器可设定参数依次为：风压单位，风压下限，风压上限，风量K值，风压修正值。修改某个参数时相应的指示灯被点亮。如修改风压上限时，风压指示灯和上限指示灯都被点亮，余类推；而且显示器显示该参数的当前值，各参数的具体设定操作如下：(1) 风压单位 按 键选择，按V键选择，按MOD键确认； (2) 风压下限 单位为时，可选范围为 0 5000；单位为时，可选范围为 0 10.00。参数选择超出范围时，在风量显示窗口显示“End”加以提醒，在参数回到正常范围后，出错提示自动消失。按MOD键确认； (3) 风压上限 操作同风压下限，但设置超范围提示为“End”； (4) 风压修正值 显示为“E”。单位为时，修正范围为-0.99999；单位为 时，修正范围为 -0.99 9.99。按MOD键确认；(5) 风量K值 K值的大小，决定了显示检测风量时的单位，当 K9999的单位为；当K9999时单位为。在K值被设置为“9999”后再按 键，单位则变为，同时窗口显示变为“167.0”（9999/60=167.0）；在K值被设置为“167.0”后再按V 键，单位则变为，同时窗口显示变为“9999”。按MOD键确认；(6) 风量修正值 显示为“E”单位为时，修正范围为 -99 999；单位为时，修正范围为 -9.9 99.9。按MOD键确认。所以参数设置完成后，显示器显示“End”，此时若按MOD键，系统将存储已设置的参数并返回到风量风压的监测状态；若按键，系统将重新开始新一轮的参数设置。第四章软件设计4.1风压计算原理由于负压传感器属于线性传感器,即其量程范围0(y0) (ym)对应A/D(设为12位)输出为000(N0)FFFH(Nm),所以当Nx由A/D输出端读出时,则具体软件实现的方法如图2流程图所示。中断保护现场计算 存计算计算计算返回恢复现场图 4-1 风压计算流程框图4.2风量计算原理(1)应用皮托管测量风速时,可依据微差压图2风压计算流程框图传感器的量程0hfs(Pa),对应变送器输出420(mA),以及动压hv与流速v的关系,不难推得风量校正系数K为: （4-1）式中S风峒内测压断面面积,；微差压传感器量程,Pa;流场空气密度,kg/,工程上近似取1.121.15 kg/；K速度场系数,K=-V/V,其中-V为测压断面处的平均风速,m/s;V为测压处的点风速,m/s。(2)应用静压孔测量风速时(如GAF系列风机),风量校正系数K为: （4-2）式中风机静压孔P1处的断面面积,风机静压孔P2处的断面面积,。 4.3软件设计开始初始化超限差别按键中断 风压参数设置 （单位、上限、下限、修正值） 风量参数设置（单位、校正系数、修正值）返回自检风量信号采集计算与延时送显风压信号采集 计算进入参数设置校对密码通过？正确？ 图 4-3 整体软件流程图第五章 其它设计及特点5.1 看门狗的设计看门狗一般分为软件狗和硬件狗，硬件狗现在更多地被采用。所谓硬件狗, 就是一个能够发出“ 复位” 信号的计数器或定时器电路。以前常用的硬件狗由脉冲计数器如芯片和一些外围电路组成, 计数清零端和溢出端分别和单片机的I/O与RST相连接。其工作原理是由脉冲发生电路产生脉冲, 计数器对脉冲进行计数。程序正常运行时, CPU在计数器溢出之前通过I/O口对计数器清零, 使计数器不能溢出。一旦程序运行出现异常, 不能及时对计数器清零, 计数器将发生溢出。此时, 由于溢出端与CPU和RST的端相连接,所以使单片机系统“ 复位” , 使其能够重新正常运行。单片机系统的供电电源有时候因为各种原因而不稳定, 发生电压波动或瞬间掉电的现象, 从而影响系统的正常工作和数据保存。如果能对电源电压进行监视当电源电压下降到某一特定值时, 发出1个信号给单片机和电源切换电路, 那么就能使CPU及时进行必要的操作和维持工作电源的稳定。采用MAX813L来实现，芯片如图：1 82 73 64 5WDORESETWD1PTOMRVCCGNDPFI图5-1 MAX813L芯片MAX813L主要有以下几个功能: (1)上电、掉电以及降压情况下具有RESET输出。(2)独立的“ 看门狗” 电路。“ 看门狗”定时时为1.6S 。(3)1.25V门限检测器, 用于低压报警, 还可监视+5V以外的电源电压。(4)具有手工复位输入端。子引脚说明如下:脚（MR）手工复位输人端。可连接复位按钮。脚(VCC)。, 一+5V电源。脚(GND) 电源地。脚(PFI)电源检测输人端。可将需要检测的电源连接于此, 不用时接地或电源。脚(PTO)电源检测输出端。被检测电源正常时, 输出高电平, 否则输出低电平。脚(WD1)一“ 看门狗”输人端, 俗称“ 喂狗”信号。脚（RESET）一复位输出端。高电平有效,可输出200 ms 的正脉冲。当电源VCC、低于4.65V时, RESET保持高电平。脚（WDO）“ 看门狗”输出端。当“ 喂狗”信号在1.6s内不能及时送人时, 该脚即产生1个低电平信号。 图 5-2 电路连接在这个系统中：P1.0作为看门狗的“ 喂狗” 信号，WDO经反相处理后与RESET输出通过1个或门和单片机的RST连接，MR连接1个对地的手工复位按钮、VCC接+5V;+12V经2个分压电阻R2和R3送入PFI ; PFO送入+12V后备电池切换电路的输入端这个电路的主要功能如下：(1)对+5V. +12V同时进行监视, a 当+5V电源正常时, RESET为低电平, 单片机正常运行;当+5V电源电压降至+4.65V以下时, RESET输出变为高电平, 对单片机进行复位。b 图中M点的电压经R2和R3对+12V分压所得, R2和R3可根据实际需要和被检测的电压值选定。因为PFI的门限电压为1.25V, 所以只要保证在正常+12V时, M点的电压在1.25V或者稍高一点即可。一旦+12V电压降低, M点的电压低于+1.25V, PFO就从高电平跳变成低电平, 触发+12V后备电源切换电路.以切换电源。c R2和R3的电阻值需要根据被监控电源的正常波动范围来确定。如果要求被监控的+12V电源降低1V时就要切换到后备电源, 那么, M点的电压值： 选定R2=1 ，可以算出R3（2）看门狗P1.0作为“喂狗”信号，CPU只要在1.6s内给P1.0一个正脉冲，看门狗定时器被清零，WDO维持高电平；当程序跑飞或死机时，CPU不能在1.6S给“喂狗”信号，WDO立即跳变为低电平，经反相变为高电平，对单片机进行复位。（3）手工复位如果需要对系统进行手工复位, 只要按下图5-2中的复位按钮就能对系统进行有效的复位。5.2通信接口设计设计是采用RS232和RS485通信接口，电气参数如下： RS-232 RS-485工作方式单端差分节点数 1收1发1发 32收最大传输电缆长度电缆长度50英尺400英尺最大传输速度20kbs40kbs最大输出电压+ / -25v-7v +12v驱动器输出信号电平 （负载最小值）负载+ /- 5v + / -15v+ / -1.5驱动器输出信号电平 （负载最大值）空载+ / -25v+ / -6v驱动器负载阻抗 3 754 摆率（最大值）30接收器输入电压范围+ / -15v-7v +12v接收器输入门限 + / -3v+ / -200mv接收器输入电阻3 7（1）RS-232串行通讯接口的电气特性：RS-232采用不平衡传输方式，即所谓单端通信。典型的RS-232信号在正负平之间摆动，在发送数据时，发送端驱动器输出正电平的范围为+5 +15V,负电平的范围为-5 -15V。当无数据传输时，线上为TTL，从开始传输数据到结束，线上电平从TTL电平到RS-232电平再返回TTL电平。接收器典型工作电压的范围为+3 +12V与-3 -12V,由于发送电平与接收电平的差仅为2 3V,其传输距离最大约为15m，最高速度为20kb/s,RS-232是为点对点通信设计，其驱动器负载为3 7，所以RS-232适合本地设备之间的通信。 接线可以采用三线制近距离也可以采用七线制近距离的接线方法，如5-3(a)(b)图：TXDRXDRTSCTSDSRSGDCDDTRRITXDRXDRTSCTSDSRSGDCDDTRRITXDRXDRTSCTSDSRSGDCDDTRRITXDRXDRTSCTSDSRSGDCDDTRRIDTE(甲)DTE(乙)DTE(甲)DTE(乙)图（a）三线制近距离接线方式 图（b）七线制近距离接线方式(2) RS485串行接口电气特性：RS-485收发器采用平衡发送和差分接收方式，即在发送端。驱动器将TTL电平信号转换成差分信号；在接收端，接收器将差分信号变成TTL电平。因此，RS-485具有抑制共模干扰的能力，加上接收器具有高的灵敏度，能检测抵达200mv的电压，故数据传输可达千米以上。RS-485使用一对双绞线，将其中一线定义为A，另一线定义为B，如图5-4 （a）所示，最大传输速率10Mb/S。当波特率1200b/s时，最大传输距离可达15Km。平衡双绞线的长度与传输速率成反比，在100 kb/s 速率一下，才可能使用规定最长的电缆长度。(a)(b)图 5-4 平衡传输接口及电气特性发送驱动器A、 B之间的正电平范围为+2+6V，是一个逻辑状态，负电平范围为-2-6V,是另一个逻辑状态。另有一个信号地C，一个“使能”端。“使能”端用于控制发送驱动器与传输线的切断与连接。当“使能”端起作用时，发送驱动器处于高阻状态，称作“第三态”，即它是有别于逻辑“1”与“0”的第三态。 图 5-4 RS-485的接口连接接收器也作与发送端相对的规定，收、发端通过平衡双绞线将AA与BB对应相连。当在收端AB之间有大于+200MV的电平时，输出正逻辑电平，小于-200MV时，输出负逻辑电平，接收器接收平衡线上的电平范围通常在200MV6V之间，参见图5-4。RS-485具有多点、双向通信能力，但为半双工通信方式，不能同时发送和接收信号，接口连线如图。参考文献1 胡汉才.单片机原理及其接口技术.清华大学出版社，19992 武庆生,单片机原理与应用。电子科大出版社19983 韩向宾 李翠华.兖矿集团北宿煤矿，风量风压监测技术的研究与应用。2008第3期4 陈成芝 石新慧 焦志远 兖矿集团北宿煤矿，风量风压监测仪并入监控系统研究与应用。2009年第3期5 严俭祝 宗伟林 何书建 中国矿业大学科研所，矿井风量风压智能监测仪的开发与应用。2000年7月6 张良，中国船舶科学研究中心，用MAX813L设计单片机看门狗与电源监控电路。 2001年第5期7 李少龙 彭担任 徐长德等 兖矿集团公司北宿煤矿，MCY-3型风量风压智能监测仪在煤矿的应用。2007年第12期 8 李朝青.单片机原理及接口技术.北京航空航天大学出版社.19949 胡汉才 单片机原理与接口技术.，清华大学出版社。200110 童敏明.唐守峰.检测与转换技术.中国矿业大学出版社.2008年8月第一版11 郭一楠.常俊林.赵峻.过程控制系统.机械工业出版社.2009年2月第一版翻译部分英文原文The mine pit elevator measured precisely the fast microcomputer realizesThe mine pit elevator is the mine pit production important equipment, the load mineral, the material, the equipment and the personnel moves back and forth transportations duty in the well chamber, holds the extremely important position in the mine pit regular production. Moves reliably safely for the guarantee lift technique, the request control systems performance is good, must have the high velocity modulation performance and the position control. Along with the computer applied sciences swift development, uses the computer control system substitution original electrically controlled system is one tendency. As a result of the mine pit elevator control system highly complexity and to the security reliable strict request, domestic has not developed at present is more ideal, is suitable for the industry scene request the computer control system. This article introduced the author is engaged in a piece which this aspect works.1 To the microcomputer measured that the fast installment request To the microcomputer measured the fast installment the general request is: Resolution is strong, the precision is high, as far as possible short examination time. 1.1 resolution When carries on the rotational speed examination with the microcomputer, the resolution with changes was measured that the rotational speed which a survey meter digit corresponds the change quantity expressed. Supposes the rotational speed when become n2 by n1 causes the survey meter value to change a character, represents the resolution with Q:The resolution size and systems control precision relations are really big, the Q value is smaller, res