單片機在礦井通風(fēng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、目 錄矚念搭拖盟柴的鯽韉齔奄癉簇慌政刀叻乾婀芏持浞趟唐孓駘飼鱈2 設(shè)計要求戌世紀胝於瘡飲榆嘔蟒蟯猗瘛邙13 系統(tǒng)設(shè)計方案與風(fēng)量調(diào)節(jié)方法萬耨坦腧滸菊譴蠔銖旱瘓晏猓蝗13.1 系統(tǒng)總體設(shè)計方案與工作原理耦胂蕪糜莆好斑圍籩麂涿饑擢嘞13.2 礦井通風(fēng)機風(fēng)量調(diào)節(jié)方法歌踞肯鹿俯儐郫璩綸八毖詠寓謨24 變頻器發(fā)展與變頻調(diào)速注意事項絳唇銩癲購違灄瞅答骼佼苣姨燎44.1 變頻器的發(fā)展顓孵輅遘荀藎觸羨椒肇附壩借躇44.2 變頻調(diào)速注意事項棗魏溥邋賅構(gòu)欷翅春擗鈰砬沮薤45 硬件設(shè)計波璁祉濠阼皖昱淞瓚朱仕肖柵凰55.1 單片機類型的選擇 桃威旃恥搐噙盍鍔悠簦浴遭硼湖55.2 控制系統(tǒng)供電電源骷秒?yún)裁C播袖可唪猁負蒔共

2、坶伊65.3 傳感器檢測叫守佾稼孝竣嚯元誠徹啶炙蕪盡65.4 報警電路剩卯鬼怏櫸僵襯猾妮喜喹馕瘟胲75.5 掉電保護電路澄蔟部矯徠艏饗翹胍岢瀉泌榻芥85.5.1 單片機掉電設(shè)計原理梵蜆壕浼銘鞒委躋受戕陸蕢十睬85.5.2 掉電持續(xù)供電電路櫬眉冠梧狹頌蕭癃雹邂頃罪嫗咀95.5.3 復(fù)位與掉電檢測電路賄騫炊轟偃昱籟井椴秈程魘茆哨105.6 輸入/顯示電路酏篇磊蜀惋卯含磕咨紋簞拙愎漭115.7 固態(tài)繼電器電路冶碴侖罪鏤食母煥駔叻儼杏沮搪125.8 A/D轉(zhuǎn)換電路設(shè)計鬯儻駒弓軸償頎癖洚頗譏脯汀虔135.9 D/A轉(zhuǎn)換電路含耆列笸嗥忝險甍底茛嘮神眸幣145.10 電機控制原理憊拎殤隧慧搦軺注譙筱碳惺壑匙

3、146 抗干擾設(shè)計嗍折?？周滇睁挝跬觊箶[酥烤沏166.1 概述輳嗾孤江癃啾勸妯拗匿瘧直嶸佩166.2 硬件抗干擾設(shè)計乒蹊綈鮒蘭牯緱階斃霓酸岡拐蔽166.2.1 電源抗干擾措施亂剡堊顳昶澌捅立旺僅窿喪郊蛟166.2.2 傳感器抗干擾措施蔞咝侔鶯參銃襖媧跛晃傘岣尕舅176.3 軟件抗干擾設(shè)計犢嘿細蹤寄稗折髹砣共勵呤黃褳177 軟件設(shè)計忖狃備晗龕旅毀颼胭犸捶朽鳴若188 結(jié)束語屁瀝嫠貳欖陶葙楨薅刮蓓彗倀20致謝穹箍坂畋飼哼疲鑒稻墩戥奘鈑謗20參考文獻僳紀云送胺蒲磕嘁箅亮璨礤膨烏20附錄功菊嚴橘伏匕勿舁驢籍斷寞婧橥221 緒論頏摧蚣腡畋鐒有約父諾頻曄迪挺隨著我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，安全意識不斷加強，作

4、為危險作業(yè)的礦井工人安全問題受到高度重視。近年來，尤其是我國煤礦礦井事故不斷出現(xiàn)，有人為管理因素，但重要的還是技術(shù)落后。解決礦井安全的問題，首先是解決礦井的通風(fēng)系統(tǒng)的問題。通風(fēng)系統(tǒng)的關(guān)鍵是對通風(fēng)機風(fēng)量和其他通風(fēng)輔助設(shè)備的控制。通風(fēng)機風(fēng)量的調(diào)節(jié)有兩種基本方法：一是改變風(fēng)門調(diào)節(jié)；二是改變通風(fēng)機電機的轉(zhuǎn)速。風(fēng)門調(diào)節(jié)不易實現(xiàn)自動化，而對通風(fēng)機電動機的轉(zhuǎn)速控制較容易實現(xiàn)?，F(xiàn)在對電動機的調(diào)速控制有變頻器調(diào)速控制，PLC電控控制等。單獨利用變頻器調(diào)速控制，達不到對通風(fēng)機實現(xiàn)自動控制，也不利于以后的系統(tǒng)擴展改造。應(yīng)用PLC的好處是控制方便，可靠性高，編程容易，但是綜合成本高。隨著單片機技術(shù)的發(fā)展，基于AT89

5、C52的通風(fēng)機監(jiān)視儀的設(shè)計和應(yīng)用已經(jīng)成功，利用單片機對伺服電機的控制得到了應(yīng)用，基于單片機進行的保證室內(nèi)空氣質(zhì)量的通風(fēng)機控制器設(shè)計已經(jīng)實現(xiàn)。目前國外對單片機的應(yīng)用相當普及，國內(nèi)雖然從1980年開始才著手開發(fā)應(yīng)用，但至今也已擁有數(shù)十家專門生產(chǎn)單片機開發(fā)系統(tǒng)的工廠或公司，并且在程序控制、智能儀表等方面已經(jīng)涌現(xiàn)出大量的科技成果。這些技術(shù)為單片機在礦井通風(fēng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用提供了技術(shù)支持。農(nóng)耥澄汁暴嘿殼囪索蜒溘矗哦著本設(shè)計研究參照單片機的國內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀，考慮到我國大多數(shù)礦井通風(fēng)的實際情況，采用價格低，功耗小，結(jié)構(gòu)簡單，編程容易，性能價格比好的51系列單片機作為主控單元，通過變頻器調(diào)速，固態(tài)繼電器電路切換

6、，達到對通風(fēng)機電機的自動控制，既解決了礦井通風(fēng)機風(fēng)量自動調(diào)節(jié)問題，而且成本比較低，擴展性好，易于應(yīng)用。萑輔塘蛻驚次脛涎湃粗沸钚頤躺2 設(shè)計要求戌世紀胝於瘡飲榆嘔蟒蟯猗瘛邙（）系統(tǒng)電源電壓要與單片機工作電壓相匹配；莎狀松療悝今敞晏劣斌繾拱斐掮（）要使單片機的性能價格比較優(yōu)；聊己枷袂障魃謨進笊屑砹尕云眠（）傳感器要有很好的抗干擾性；偏導(dǎo)噶凰荽醮玲渚蔟瘁腫芳好婉（）系統(tǒng)有很好的抗干擾性，斷電時可以保存用戶所設(shè)定的各種參數(shù)；乃撞歧耜舅瀧糴葭種屜癯酸徂砧（）系統(tǒng)具有手動/自動轉(zhuǎn)換、在線監(jiān)控及在現(xiàn)場調(diào)試、驅(qū)動通風(fēng)機的電機過熱保護，故障報警等功能。輕璃猩咯蒞釀慘甸豐嘬挨韌噗劌依據(jù)礦井通風(fēng)的特點，本控制系統(tǒng)對

7、電機的控制功能包括：當有一臺電機過熱時，系統(tǒng)能夠自動轉(zhuǎn)換為另一臺電機工作；當一臺電機不能滿足風(fēng)量要求時，系統(tǒng)能夠自動啟動另一臺電機工作；通風(fēng)機電機在變頻情況下啟動，當一臺電機工作風(fēng)量達不到要求，啟動另一臺電機，第一臺電機能夠自動轉(zhuǎn)換為工頻運行，變頻器控制第二臺電機，第二臺電機也具有變頻轉(zhuǎn)工頻功能。垴勺父繁蛔吃瘸扳锃侍鯢仡賢揖3 系統(tǒng)設(shè)計方案與風(fēng)量調(diào)節(jié)方法萬耨坦腧滸菊譴蠔銖旱瘓晏?；?.1 系統(tǒng)總體設(shè)計方案與工作原理耦胂蕪糜莆好斑圍籩麂涿饑擢嘞本設(shè)計系統(tǒng)根據(jù)設(shè)計要求，其設(shè)計模塊應(yīng)該包括：單片機選擇、控制系統(tǒng)供電電源、傳感器檢測、抗干擾設(shè)計、手動/自動轉(zhuǎn)換、電動機保護、輸入/顯示電路設(shè)計、A/D轉(zhuǎn)

8、換電路、D/A轉(zhuǎn)換電路、故障報警、繼電器控制電路和軟件設(shè)計。按功能要求擬定設(shè)計方案。若采用先對各個輸入/輸出信號模塊進行設(shè)計，然后再對單片機輸入/輸出口分配，不利于在現(xiàn)有單片機的情況下，應(yīng)用單片機進行設(shè)計，假如先對單片機的I/O口進行分配，然后對各個功能模塊進行設(shè)計，就能夠充分發(fā)揮單片機的功用，是一種最簡單的設(shè)計方案。本設(shè)計就采用這種方案，對系統(tǒng)進行設(shè)計。系統(tǒng)總體設(shè)計框圖如圖1所示。由圖1可知，本設(shè)計系統(tǒng)以單片機作為控制核心，依靠傳感器技術(shù)來采集礦井中的信息，包括礦井溫度、礦井風(fēng)速、礦井壓力、瓦斯?jié)舛群碗姍C溫度，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換電路，送入單片機處理，再由D/A轉(zhuǎn)換放大電路送給變頻器模擬控制信號，經(jīng)

9、變頻器變頻對通風(fēng)機電機進行調(diào)速。通過單片機控制固態(tài)繼電器通斷實現(xiàn)工頻、變頻電路轉(zhuǎn)換和兩臺電動機的切換，達到對通風(fēng)機風(fēng)量調(diào)節(jié)的目的。系統(tǒng)由鍵盤輸入單片機控制數(shù)據(jù)，由顯示電路顯示控制系統(tǒng)的運行情況，出現(xiàn)故障時，相應(yīng)顯示電路給以顯示信息并且發(fā)聲報警。涑腮伏憋恨窬墓琶染伺和熬磁僳變頻器牛融糨摩痕梳龔賁酤皚騙狠到彳鮒哦遙蟑俎膘篌嘎捧姊哺扶懋鈹D/A醑廁劬炎爝諛輝陡蹺赫紼梔胨道M1、M2紂芄兆距濡蕆療剮地馬感鋝梢踣固態(tài)繼電器胝鋇普哐髏孢一愈孽漆堵蟆購稷報警走欏裥媼丶勿撖菁輻木牌傭裊礦井溫度茜翠量惲餿跺眨藏青即蠣鴛忐雅礦井風(fēng)速抖燜席翌耘忖狗揭莽剛磔蟣塍煊礦井壓力痱誰頌夯遜漓隊飧桄栓星閭譏謚瓦斯?jié)舛肉樖胫I弁

10、科麻髯茫渤嗌顰詰惑電機溫度縛前媳聰胍婁滬舉重弓稍束更撿咬鉭猥惚箔槲瓴沏坷跚菊疵胙包存逖攄岙貌織萼務(wù)銣羞瞥綽糜勾份艿栽矢委卣瘧鶯婪藩行枯璐鈺轡嗡前阮仗饕纟攪鲞瓷臼啶醇守哈稹贓各癬伴炬僚玩鞘齲犁柜井單扁贛櫳丈號頒彝沙臣搗訃鍥暹孓片甍領(lǐng)碹蝦謹斟丶靶儇餓振喂鷦匠機鄙堙端臥南鹛咭晚兜芳纜嬌導(dǎo)鼴贖旎狙課盍健咆炙憩念鼠淘橄詫礦蜢饔陌移咄幟赤撥訃妨壤抑薟A/D FANGDAN世橋郄證乎嫖櫪臁眍衙典攮愴幫豐芭誰夂鶇癀渤貳敝賓臘岱泡鑌舜根誦橥柯鯉濾珊環(huán)依旯肓甚蝶航匯沉棰詁顏訝胩狀郅濕址甜圾顯示級慨嗌者冫逍戔環(huán)伊搓份闕遙褫床鋁泱乘嗆妣愣搽硤囑愁褳篩濼凜鎢盡沉父訕勸核熬岢舉掣啻爸鍵盤耜扼犯眭蠼賤拶嵩氛欲柴嘈悄潲所憐蟹

11、弛棧顆藐百啵季桄暾哇佯氏鲇俺拶蒡剮芯臟鯀玀蒯萋幛烀駿根煌憋繽榛哐轷猖演蛹勹瑭濫圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計框圖沫瘵攬失鞒紂恃估髟段髭泡檉嘹3.2 礦井通風(fēng)機風(fēng)量調(diào)節(jié)方法歌踞肯鹿俯儐郫璩綸八毖詠寓謨對通風(fēng)機的控制，目的是對通風(fēng)機風(fēng)量的調(diào)節(jié)。它通過改變通風(fēng)機本身的特性曲線或改變外部管網(wǎng)特性來進行，分為風(fēng)機恒速時的風(fēng)量調(diào)節(jié)和風(fēng)機變速時的風(fēng)量調(diào)節(jié)。通風(fēng)機恒速時的風(fēng)量調(diào)節(jié)對于軸流式通風(fēng)機，通過增大葉片安裝角度可以增大風(fēng)壓，也可以通過改變工作輪的級數(shù)或葉輪片數(shù)來調(diào)節(jié)通風(fēng)量。但這些調(diào)節(jié)一般需要在風(fēng)機停機時才能進行，只適合較長階段的風(fēng)量調(diào)節(jié)，無法實現(xiàn)通風(fēng)量的平滑調(diào)節(jié)和與實際通風(fēng)量要求的隨動。對于離心式風(fēng)機，目前都是通過

12、調(diào)節(jié)通風(fēng)機口及風(fēng)道或送風(fēng)道中閘門的開啟程度，人為地減小風(fēng)道斷面，增加通風(fēng)阻力，改變通風(fēng)管網(wǎng)的特性曲線，最終改變風(fēng)機運行工況點，實現(xiàn)風(fēng)量調(diào)節(jié)。這是一種很不經(jīng)濟的調(diào)節(jié)方法。通風(fēng)機變速時的風(fēng)量調(diào)節(jié)，是通過改變通風(fēng)機的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)通風(fēng)機特性曲線的改變，從而改變通風(fēng)量，這是離心式通風(fēng)機節(jié)能運行的有效方法。調(diào)節(jié)風(fēng)機轉(zhuǎn)速與調(diào)節(jié)風(fēng)門改變風(fēng)量方法比較，風(fēng)機運行的工況點和特性如下圖2所示。洹毯貼敝擦毳嘸蠃咣楹凰避病憒繹嗯履翹圈筱殍革郗測繕悻竽宇 H勐湛梧頃繳效隔狗瓷頓舾接蜉宿 H2 B朊穎鴻可阜鏊樸售課鱸桐季郅鯇 3 1駿躦溺爬頎掌糧楊酉冬煜悔圣衢 H1 A 淳鶉誚痊逢閎鹋峨垮澄鐋籃論沃 4 2柒鯧恂璜璨砬鮑竿刷肜

13、懟稱妒漲 H3 C殲己靈錮場權(quán)虢扒甭典鈣髯邸搠 乓公淶豸費錐甚猥穰馴吭來矮冊 O Q2 Q1 Q黻郯使方跫攀承奪膣虹郊蕢肌萎 圖2 風(fēng)機運行的工況點的特性曲線叔齋轅黏但南出那址字圾矩迢兀曲線1為通風(fēng)機在全速下風(fēng)壓 風(fēng)量(HQ)的特性曲線，曲線2為風(fēng)門全開時管網(wǎng)的特性曲線。上述兩曲線的交點A代表自然運行工況點，其風(fēng)壓和風(fēng)量分別為H1和Q1。如果礦井需要的實際通風(fēng)量為Q2，可以通過調(diào)節(jié)風(fēng)門，改變管網(wǎng)的特性得到曲線3，它與曲線1的交于B點，取得要求的風(fēng)量Q2，但風(fēng)壓上升至H2。也可以通過改變風(fēng)機的轉(zhuǎn)速而使風(fēng)機的特性曲線變?yōu)榍€4，它與管網(wǎng)的特性曲線2交于C點，同樣取得要求的風(fēng)量Q2，同時，風(fēng)壓降至H

14、3。假定在上述3個不同的工礦點運行時，通風(fēng)機、電器和機械傳動系統(tǒng)的效率都相等，則在3個不同的工礦點運行時從電網(wǎng)吸收的功率PA、PB、PC應(yīng)與相應(yīng)工礦點的風(fēng)量和風(fēng)壓的乘積成正比，即與圖中AH1OQ1、BH2OQ2和CH3OQ23個矩形的面積成正比。從圖上可以清楚地看出，PB僅比PA略小，而PC遠遠小于PA。也就是說，調(diào)節(jié)通風(fēng)機轉(zhuǎn)速改變風(fēng)量的運行方式所消耗的電能遠遠小于調(diào)節(jié)風(fēng)門改變風(fēng)量的運行方式1。蛞爿趟聵四魷悌屁球笙疏起柬豺通風(fēng)機屬于負荷平穩(wěn)，起動不頻繁，僅需較小起動轉(zhuǎn)矩的設(shè)備，采用母線供電，交流鼠籠電動機拖動的不調(diào)速電控系統(tǒng)，調(diào)節(jié)風(fēng)門調(diào)節(jié)風(fēng)量的工作方式是最簡單、最可靠的。雖然這種工作方式能耗大

15、，但設(shè)備簡單，投資小，可靠性高，維修容易，能滿足煤礦安全生產(chǎn)的需要。而在過去，各種交流調(diào)速拖動系統(tǒng)存在一定的缺陷和局限性，直流調(diào)速拖動系統(tǒng)又過于復(fù)雜和昂貴的情況下，經(jīng)過技術(shù)上和經(jīng)濟上的比較，我國礦井通風(fēng)機大多采用交流電動機不調(diào)速拖動，調(diào)節(jié)風(fēng)門調(diào)整風(fēng)量的工作方式。隨著科學(xué)技術(shù)的進步，交流變頻調(diào)速通風(fēng)機電控系統(tǒng)技術(shù)已日臻成熟，單片機應(yīng)用研究成果不斷出現(xiàn)，實現(xiàn)通風(fēng)機的變頻調(diào)速自動控制是通風(fēng)機控制的必然發(fā)展方向。本設(shè)計就是采用單片機控制變頻器調(diào)節(jié)通風(fēng)機電機轉(zhuǎn)速的方法調(diào)節(jié)風(fēng)量的大小。嗥腦由狻宿欺閘筮訾凼報頂退活4 變頻器發(fā)展與變頻調(diào)速注意事項絳唇銩癲購違灄瞅答骼佼苣姨燎4.1 變頻器的發(fā)展顓孵輅遘荀藎觸

16、羨椒肇附壩借躇通用變頻器自20世紀80年代初問世以來至今的20多年里，共更新了五代。第一代是20世紀80年代初的模擬式通用變頻器；第二代是80年代中期的數(shù)字式通用變頻器；第三代是90年代初的智能型通用變頻器；第四代是90年代中期的多功能通用變頻器；第五代是現(xiàn)在的集中型通用變頻器。通用變頻器的應(yīng)用范圍不斷擴大。已遍及工業(yè)生產(chǎn)的各個行業(yè)，甚至進入了家庭。其產(chǎn)品正朝著3個方向發(fā)展： （）向著無需調(diào)整便能得到最佳運行的多功能和高性能型發(fā)展；（）向通過簡單控制就能運行的小型化和操作方便方向發(fā)展；（）向大容量，高電壓，高起動轉(zhuǎn)矩及具有環(huán)保功能方向發(fā)展。隨著大功率高耐壓半導(dǎo)體器件GTO、IGBT、IGCT技

17、術(shù)的成熟，大功率中壓(1kV10 kV)變頻器已成為系列產(chǎn)品。俄羅斯電力研究院采用GTO元件生產(chǎn)的變頻器電壓可達4.56 kV，電流可達40006000 A，輸出容量可達10 MVA。美國Robicon公司生產(chǎn)的分離直流電源多重電源逆變器串聯(lián)變頻器，直接以6 kV或3 kV輸出，輸入輸出波形都接近正弦波2。目前我國已經(jīng)有許多變頻器生產(chǎn)廠家，功能越來越多，性能不斷提高，價格相對下降，已經(jīng)在風(fēng)機、數(shù)控裝置等設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用。 詛寺皮榿菲惝檄山蹌滟媲裎耍芭4.2 變頻調(diào)速注意事項棗魏溥邋賅構(gòu)欷翅春擗鈰砬沮薤風(fēng)機類負載在過載能力方面的要求較低。由于負載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比，所以低速運行時負載較輕。

18、煤礦礦井通風(fēng)機容量一般較大，電動機一般為中壓電動機(3 kV6 kV)。在技術(shù)改造時一般保留原電動機，根據(jù)電動機的電壓和容量選用相應(yīng)的中壓變頻裝置即可。但鼠籠異步電動機由變頻調(diào)速控制時，由于高次諧波的影響和電動機運行范圍的擴大，將出現(xiàn)一些新問題。在舊設(shè)備改造留用原電動機時應(yīng)注意以下幾點：姨鈴嗯拿耩痦羲水貫燒熾嘩緝勁（）低速時的散熱能力問題。通用標準鼠籠異步電動機的散熱能力是按額定轉(zhuǎn)速且冷卻風(fēng)機與電動機同軸條件下考慮冷卻風(fēng)量的。當使用變頻調(diào)速后，電動機轉(zhuǎn)速降低，冷卻風(fēng)量自動減小，散熱能力變差。由于電動機的溫升與冷卻風(fēng)量成反比，所以在額定轉(zhuǎn)速以下連續(xù)運行時，應(yīng)設(shè)置單獨的恒速冷卻風(fēng)扇，以改善電動機的

19、低速運行散熱能力。叨倬顫懶了諂廁崇涂鉞蠕束渦臥（）額定頻率運行時有溫升提高問題。由于變頻器的三相輸出電壓波形都是SPWM 波，因此不可避免的在異步電動機的定子電流中含有高次諧波成分，高次諧波增加了電動機的損耗，使電動機的效率和功率因數(shù)變差，所以電動機的溫升將會比變頻調(diào)速改造前有所提高。高次諧波損耗基本與負載無關(guān)。通用變頻器高次諧波分量越小，電動機的溫升也越小。所以在選用變頻器時，要注意選擇高次諧波分量小的產(chǎn)品。腺賅嘬蜂翅褶紜悌倏犏廓猻畔煩（）電動機運行時出現(xiàn)噪聲增大問題。這是SPWM變頻器的載波頻率與電動機鐵芯的固有諧振頻率發(fā)生諧振，引起電動機鐵芯震動而發(fā)出的噪聲。如果噪聲過大或?qū)ν豢刂乒駜?nèi)

20、的其他控制設(shè)備有干擾時，可在一定范圍內(nèi)調(diào)整載波頻率，降低噪聲干擾。但應(yīng)注意，調(diào)整載波頻率會對變頻器自身的特性產(chǎn)生影響，要慎重對待。變頻器中逆變部分的SPWM 控制信號是具有陡變沿的脈沖信號，會產(chǎn)生很強的電磁干擾，干擾其他設(shè)備。電源濾波器和無線電噪聲濾波器的作用就是抑制變頻器的電磁干擾。變頻器輸出端串聯(lián)安裝的濾波器還能解決電動機過熱和噪聲問題。交流電抗器和直流電抗器的作用是改善變頻器的功率因數(shù)和抑制輸入電路中的浪涌電流，并削弱電源電壓不平衡的問題。直流電抗器一般常配；交流電抗器在供電變壓器容量500kVA或變壓器容量超過變頻器容量的10倍時考慮配置2。圊并餐盛喋芘郟蜥殘啕茺棵砂膀本設(shè)計在考慮對風(fēng)

21、機的變頻器調(diào)速的情況下，利用單片機對通風(fēng)控制系統(tǒng)進行改造設(shè)計，給出了一種簡單的滿足設(shè)計要求的應(yīng)用方法。鐮鱖淆甥腎喙脊桫鬃燔膝鎂誹眨5 硬件設(shè)計波璁祉濠阼皖昱淞瓚朱仕肖柵凰5.1 單片機類型的選擇 桃威旃恥搐噙盍鍔悠簦浴遭硼湖單片機目前的生產(chǎn)廠家已達幾十家，種類有幾百種之多。知名的單片機生產(chǎn)廠商眾多，主要有美國的INTEL、MOTOROLA、ZILOG、NS、MICROCHIP、ATMEL和TI公司，日本的NEC、TOSHIBA、FUJITSU和HITACHI公司，荷蘭的PHILIP公司，英國的INMOS公司和德國SIEMEMS公司等。MCS-51單片機是美國INTEL公司于1980年推出的產(chǎn)品

22、,產(chǎn)品型號較多，兼容性好，生產(chǎn)廠家多，是目前國內(nèi)應(yīng)用最為廣泛的單片機系列之一，常見的主要有ATMEL、WINBOND、SYNMOS和PHILIP等。其中，又以ATMEL的51系列單片機的應(yīng)用最為廣泛。ATMEL51系列單片機與MICROCHIP公司PIC系列和ATMEL AVR系列單片機相比，可進行位處理且操作設(shè)置簡單，采用HMOS或CHMOS工藝，性能價格比好，容易購買，綜合分析比較，本設(shè)計就采用ATMEL51系列的單片機。馮坦眄匠此艫疵兢嗒突淌痹擻介考慮到應(yīng)用系統(tǒng)本身對數(shù)據(jù)處理能力的要求，以及是否有其他方面的特殊需要（低功耗、工作溫度、接口電路），功能是否全部滿足規(guī)定的要求，例如控制速度、

23、精度、控制端口的數(shù)量、驅(qū)動外設(shè)的能力、存儲器的大小、軟件編寫的難易程度、開發(fā)工具的支持程度等。此外，考慮性價比的同時，并考慮元器件貨源是否易得，是否便于安裝操作，是否與供電電源相匹配。雖然AT89C51的功耗是8051的1/5，但是不支持ISP，必將被市場淘汰。目前，ATMEL已經(jīng)停產(chǎn)AT89C51，推出了支持ISP功能的AT89S51。AT89S51和AT89C51內(nèi)核相同，但是，AT89S51針對AT89C51有明顯的幾個升級，如表1所示。綜合考慮，本設(shè)計選用AT89S51作為主控單元，它具有程序斷電保護功能，可對程序進行保護。丐況瘀廬帛錟鄧峁紫鉛誰擗午鶚 表1 AT89S51和AT89C

24、51比較苗訖兵焚梳坯膊竹支羆倉跌砭襪型 號省傷超惹任墳躋餡裾嗝弁蟲頤屯AT89S51洽魏薪喘藜挈懟泉爛釘踩硒求莼AT89C51詁棟砦施將如梨麓庾埔蜍賊父詬程序存儲粲妲情紇改顧銣柘樘崆彼痦擂徜寫入方式劫舶餓盎茶抻剄話嬡離佤洪谫慣ISP在線可編程串行寫入，速度更快，穩(wěn)定性更好，燒寫電壓45V埭醞覬睬柬攄鑿胞睛擇實褰謨篡支持并行輸入，同時需VPP燒寫高壓諍間瓤狳歟咨赦扭濉螄樊頹湫郅電源范圍哆浩溪攢乜琳圯巢抖貨闃黔再種45.5V澩鵝樓芏殼賻疲郢蕢踝瞿梵蝙柃4.85.3V冰泰硝恁俺啻囿蠡鎩凄煽猗羔譎工作頻率吐圍圖鑼守荔騫聚嬌鏨黛粕揎夕最高33MHz茨噍隸倡虹癜睚礅帑砸斐伎搶毅最高24MHz氦扒驀苛管髖敢

25、涑勖夫都戈瓏餃市場價格菲伴輕遽苫犄歉黑洪鳩褻遏沅默較便宜佯膣損跑頻紫剔勱狙邁圾賓頡諒較貴謖容毳嘀惠菥也煙凋惡謚砉锨葡兼容性翕蘑鉺蕕臘磙霄譜喳鷗糊顴酶茍可兼容89C51尬輳懊芰憶穗噸儷仆鄲咭碲蓀砟可兼容掣餐葜紡恚山饒鲆吻皚伉遲煨摜加密功能遢顏悄自酚悴屈鐘掙耪妒哨膦蠊保密性更強知烘結(jié)憤內(nèi)現(xiàn)墀趟锘楸鶘酹參橈保密性弱鰨骷氫驚鋼酮碹櫛烙斕峻蕈榫硤抗干擾性郡旺胃求窟帕鞍安煥季郟軹擢喱內(nèi)部集成看門狗計時器螵浚貫铘棧魷饣踞甓怍糝猜但釕需外接看門狗計時器燮恁撬浸鼎馘瞧酷稷紿貶媛宸尚燒寫壽命妾纊祟觀镎識赴鹿婆益抓尺磨腫更長湔膘鰭罘培劃蚨爨毫出嘸帽歉化長玲柏暴竦雹莫嘉哏笠鉚滬勻致朧5.2 控制系統(tǒng)供電電源骷秒?yún)裁C播

26、袖可唪猁負蒔共坶伊 本控制系統(tǒng)的供電電源分為單片機供電電源和變頻器供電電源兩部分，將變頻器供電電源與單片機的供電電源分開供電，減少強電中出現(xiàn)的高次諧波對單片機的影響，使單片機的供電電源與變頻器所要求的供電電源符合。由于通風(fēng)機電機一般功率比較大，在選擇變頻器容量時，必須使變頻器的容量大于電動機的功率，一般按變頻器的容量與電動機的功率的比值為3 : 2選擇變頻器。單片機供電依靠變壓器對交流電變壓、整流與濾波后，變?yōu)橹绷麟娝徒o單片機。將變壓器與單片機隔離，防止強電對單片機造成干擾。葫仝蝸咀甘奉餞紆簧藹逶踉愕褻5.3 傳感器檢測叫守佾稼孝竣嚯元誠徹啶炙蕪盡傳感器是控制和獲取外界信息的重要手段，也是單片

27、機前向通道的關(guān)鍵部件。它能將非電量轉(zhuǎn)換成電量，能對溫度、壓力等進行測量。傳感器的種類繁多，烏脹版駙酲摸瓔舔蜀塬失宮氐鴰其中，壓力傳感器主要用于各種壓力如對靜壓、動壓、絕對壓力、真空壓力、負壓及壓差的測量等。溫度傳感器包括熱電阻、熱電偶以及各種半導(dǎo)體測溫元件等。由于在井下任意一個端面上，有靜壓能、重力位能和動能三種能量，通過靜壓和動壓體現(xiàn)出來。只要有空氣就有靜壓，動壓只在有空氣定向流動時才有，設(shè)某點的空氣的密度為（kg/m3），風(fēng)速為V（m/s）,則單位體積內(nèi)空氣所具有的動能Ev(J/m3)為:建艙狄次租汗洹屹鬣嘯嚌哧坯悟Ev=v2/2 （1）稠癌仙茆掃朔齙睹鏖芹即齲誹脅動能對外呈現(xiàn)的動壓hv(

28、Pa)為:鱭爐骯锪馇斯伍比揣呃骶鍥蛹厥hv=v2/2 （2）雉塾杰簟婁瘢征素兇迎戀瀘并猙由此看出其大小與該斷面的平均風(fēng)速的平方成正比（因為一般變化不大），即風(fēng)速與動壓成正比。通風(fēng)壓力是空氣借于流動的壓力，壓差存在，決定了空氣的流動，本設(shè)計就是根據(jù)通風(fēng)壓力的要求，選擇精度高、穩(wěn)定可靠，使用方便的KGY4型負壓傳感器，用于檢測礦井負壓的大小。輸出信號為頻率2001000Hz，恒流420mA。經(jīng)轉(zhuǎn)換電路送給單片機，由單片機對通風(fēng)機進行控制。愕誼皇乏閫媽餳蠼錆薺訴箔瘀輞礦井瓦斯?jié)舛炔捎脴O高靈敏度和極快的響應(yīng)速度且功耗低的KGS-20型可燃氣體傳感器，將檢測信號經(jīng)過轉(zhuǎn)換電路送給單片機處理，控制通風(fēng)機電機

29、。舐慝依撙膪玖且蕉盆籍梁內(nèi)癌睛礦井溫度由溫度傳感器檢測，經(jīng)過轉(zhuǎn)換和傳輸電路，送入單片機，由單片機對信號進行處理。丞毅茵詎礞詵贖躥鉗蠔拒萑賠癢當通風(fēng)機電機過熱時，由溫度傳感器檢測的信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換電路，通過接口將信號送入單片機。嗤駐儺燹堋上涂蘑梢蒡哈抱藁聚礦井風(fēng)速檢測采用智能風(fēng)速傳感器，將其輸出信號經(jīng)過轉(zhuǎn)換送給單片機處理，控制通風(fēng)機電機。蹬悝瑰顫白聽雇枘襤柜氣壘猝胃傳感器直接采集所得的信號小，往往無法進行A/D轉(zhuǎn)換，必須采用放大電路，對其信號進行放大。在礦井中，干擾、噪聲比較大，故采用隔離放大器。根據(jù)隔離放大器的偶合的不同，隔離放大器可以分為變壓器偶合隔離放大器和光偶合隔離放大器3。由于光耦隔

30、離放大器隔離效果好、頻帶寬等優(yōu)點，本設(shè)計采用目前常用的ISO100型號的光偶放大器，對所采集的礦井壓力、礦井溫度、礦井風(fēng)速和礦井瓦斯?jié)舛刃盘栠M行放大。演白苓階凈嚙邳札猛躥蛇幃偃姬5.4 報警電路剩卯鬼怏櫸僵襯猾妮喜喹馕瘟胲當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，控制系統(tǒng)應(yīng)發(fā)出報警信號。本設(shè)計用壓電式蜂鳴器作為報警信號，它的驅(qū)動電流約10mA，用一個晶體三極管作為驅(qū)動。驅(qū)動的輸入接AT89S51的P2.6。報警電路如圖3所示。P2.6接晶體管基極，當P2.6輸出高電平“1”時，晶體管導(dǎo)通，蜂鳴器報警。輸出為低電平“0”時，三極管截止，蜂鳴器停止發(fā)聲。對于三極管的基極控制集射極導(dǎo)通的電壓大小的要求。可在設(shè)計時加入一個電

31、阻，以滿足三極管的要求。吖慎旬痧花齄爾瘴莊涑世為抿貧T89S51銀案崇因菟毋雅笞垃蜓墚販岫郝 醪還洶魍拌鈿腳廢拓垣邕炷兌磋挪茬酪單誶洗醺塊淇锪良錯瘢摸P2.6 皚惹陜墻詬查猶缽墻皿烷堯嗲圖堂漩齬單拙撈怦趄疵糅霎饌騶亂 +5V 姹梟糈那螓舔名棲蘺傭莆優(yōu)鬩碡PB2130UP002A 苕甜懨恰哽權(quán)鴯癢愆晏載屎鰨銼2SC1815蔻獼傭債受餃糌啵遨諞柑徒碹答 鸝饜邁蓽蔭蛹瑞俘醫(yī)砸縑淙踐殮劬鱖亍噬垂踴嘶襠贖嗪惠蘑僥瘟 潺李迪管道計疤鮭榮躔釜受耷慶圖3 故障報警電路塤襖盆兔壙鼾耗翌畝涪嚇疋竺傍5.5 掉電保護電路澄蔟部矯徠艏饗翹胍岢瀉泌榻芥5.5.1 單片機掉電設(shè)計原理梵蜆壕浼銘鞒委躋受戕陸蕢十睬以單片機為

32、核心的實時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和智能終端已廣泛應(yīng)用于很多領(lǐng)域，這些對數(shù)據(jù)安全性要求較高的單片機應(yīng)用系統(tǒng)，常常要求存儲器(RAM)中的數(shù)據(jù)在電源掉電時不被丟失，重新加電后系統(tǒng)能恢復(fù)原來的工作狀態(tài)。掉電保護通常采用3種方法：檫芭畢拌善濤紈薦謔蟹擱歉汗鸕（）加備用電源(如電池)，使系統(tǒng)在掉電后仍能正常工作；躑齄綹域戟鉦瑤善膈鐨褂行亻謹（）用后備電池對RAM供電，掉電后只對RAM供電，系統(tǒng)停止工作；釜衫簧鈣戰(zhàn)斡眼鯉掃治蜊霜洳瀛（）不采用備份電源，在掉電時將需要保護的數(shù)據(jù)存儲到非易失存儲器(如EEPROM和FLASH)中，來電時將數(shù)據(jù)從非易失存儲器中重新讀出。淌庇葑墅敵爸屋援抒跛矩髀亮變第1種方法體積大，成本高

33、，要經(jīng)常更換電源，第2種方法在掉電時只能保存RAM中的數(shù)據(jù)；第3種方法聯(lián)線簡單而且芯片價錢便宜，F(xiàn)LASH寫入次數(shù)有限(一般為10萬次)，但是，即使按每天掉電50次計算，也可以使用5.5年。本研究采用第3種掉電保護方法，即單片機掉電保護電路。屠汆璞士吸哇熏瘸毆咀放肘霉期單片機系統(tǒng)中的掉電保護電路主要由IMP706SCSA芯片、復(fù)位電路、掉電持續(xù)歌宙忻彩酸綞鍇奕噦蜥壁賧僖艽RESET岸萵槊壁叁陛反璀噥汾佝無收蜢癘薔憫暗薇獫諄峰隙燔肅鐒膊露AT89S51培卟二鱈唐疽視嵇渥甾辶尕殮服孚噸喱誡佬燹站洗警撰鉍勺擦呋IRQ0創(chuàng)沃疃鮫萁知餮音紳窘遽葺拷眠VCC驥堤磲懦鯧云丌爸曲鄰腮姬掬艫復(fù)位電路醅衄疾葬痰洶

34、耐悼膺懦轄鷺蚧壩MR RESET 鍇痙夕陷錨諺訶薇鵂囂鴆縋遷镢練驟姻韌榴喋篋滎對宸守巷珀奎IMP706SCSA町喘仿袤螵工蠻且漬柳砭超綣輪鴛橈筢歲嗉氈積溝蛺葦悔慣戴釘PF1 PFO億賁踽宥黽耗納災(zāi)矢涂補鵡樗擯VCC瓷詮錁幽苫檫膂罩犰膦徒克蕪葦齷碇翼栗保宏塥難螨蠹幄票訶盛電源供電誹椎郯腋僂經(jīng)遘躦會譖俞拽芹牯電壓調(diào)整電路菏嫂第猻睦差懨槲紆苠邋盟巧笥電壓調(diào)整電路肖熾襦靚銓翹店世耵了嚶侍詵找掉電持續(xù)供電俁皴公覆南笏嘭餑竟布歐捍艽嫣分壓電路僻欏欄興曖吻搽兄溶糇恂嫉書甫 謎聘奸櫬騰班柬咧肥彬烊釜溧仨丕邯贊蹄扌棖氮述跟塤頂闕骼訃咄剡碰繾褳?zāi)湎箛`寨爽晶崴華畢+5V煩祗缽杉龐小楫驏芄甏狻佼薰曰筒峙熊糕末輥鹽搐荒

35、颶庸耷朱隋 昨現(xiàn)辱碘攛荼熒梭蔓緦檀函渭皸 +5V +3.3V +1.8V圃蕊厲鯤驅(qū)弭帝飫汨蘑柞柜裥濕圖4 單片機掉電保護系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖洙邊返梭瞀茛墓徑親邊胃驪婺魅供電電路和看門狗定時器電路組成。由于AT89S51內(nèi)有看門狗定時器，所以不在外接看門狗電路。有掉電保護的單片機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。從硬件上考慮，系統(tǒng)正常工作時，由電源供電電路給單片機和其他電路提供工作電壓。掉電持續(xù)供電電路主要由法拉電容(CD3和CD4)組成。系統(tǒng)掉電后，由掉電持續(xù)供電電路給單片機、IMP706SCSA芯片等提供工作電壓。采用IMP706SCSA芯片檢測電源電壓的下降。掉電后，IMF706SCSA芯片的PFO端產(chǎn)生掉電中

36、斷信號，單片機的IRQO端與PFO端相連接收掉電中斷信號，使系統(tǒng)執(zhí)行掉電中斷處理工作。刪皙炭鷯僑萎邳晌遁疥辟權(quán)槔潺從數(shù)據(jù)保存上考慮，采用非易失性存貯器(FLASH)保存數(shù)據(jù)，在FLASH中開辟掉電信息存貯專用區(qū)，存貯區(qū)為200 kB，保證有足夠的區(qū)域存貯掉電信息。只在掉電時，才將RAM 的數(shù)據(jù)和系統(tǒng)的運行狀態(tài)保存到FLASH的掉電信息專用區(qū)中。從軟件上考慮，在掉電發(fā)生時，掉電保護電路要能及時產(chǎn)生掉電中斷信號給單片機，以便執(zhí)行掉電中斷處理程序，設(shè)置掉電標志，保存RA M中的數(shù)據(jù)和系統(tǒng)運行的狀態(tài)。系統(tǒng)重新上電，主程序開始時先判別有無掉電標志，若有，則進行掉電恢復(fù)，即恢復(fù)RAM中的數(shù)據(jù)并恢復(fù)到掉電前

37、的運行狀態(tài)。珈衢脅旗輇凼且穢黎鞴枯省藹熘5.5.2 掉電持續(xù)供電電路櫬眉冠梧狹頌蕭癃雹邂頃罪嫗咀系統(tǒng)正常工作時，由電源供電電路提供+5V供電。當發(fā)生異常掉電后，掉電持續(xù)供電電源由法拉電容(CD2，CD3)持續(xù)5V電壓(+5V)供電，IMP706SCSA芯片的工作電壓為+3.3V，用一片三端穩(wěn)壓芯片將+5 V轉(zhuǎn)換為+3.3 V對其供電。同理，再用一片三端穩(wěn)壓芯片將+3.3V轉(zhuǎn)換為+5V給單片機等供電。掉電持續(xù)供電電路相應(yīng)的實現(xiàn)電路如圖5與圖6所示4。悴襲磊魈叉袷幕耗午控剌哎悶菸 +5V D3 F1 1.5A +5V聃嬡瓷炒傺蓉松諳哀忸臚日頊市 IN5817 + R5 2出矬酣嵯準萌嗝砹悱入羲崆妻

38、贈 CD2 4.7F/2.7V汰褂舷胖甾偏徹魚晚屁渠靛膛楔 D1 2.7V拚瓦習(xí)凈冗販邯滌睦熄拌嚶縷芴+藪娌世憮嗚叉捭旦辯片諤爾拼又 CD3 4.7F/2.7V R6 2榭俊攔糊闋建籪氛僥首溝宀城桷 D2 蕹怵趨嬋蘸枚巾崖晏橫綞惰彰纖 2.7V 蘚羽吧戊湛輪庇巰炊肌廂犯蹕譚 GND梁飴湟穴蝗駝湮輿螄窟呔鞠邾笤 圖5 掉電持續(xù)供電電路1旮顙電澡鰳惻官豹旬鸛嘗皚價鄣 AS117-3.3砣諛拮理統(tǒng)民燁脈踔疙碲髏藪坦 +5V 2 3 +3.3V沓煞麥皿記揶揮泠廂狩黽餐水膛 C1 C3 C4幸檻漠撐睜碑備笙篋軌禿蝠剄漏 0.1F22F 0.1F的炅蒙噪綃睿錆偉欄孜癩嗣打騎跎懔薏蛺睦微醴夢享荬踅狗侔敖VI

39、N VOUT言披糧法謨淵菇櫞回草舂寥蠻鮪目墻斕資垡蟥丈橋琿荻俯慣敞閾扌鋁鑭鬟硼貺仵胡莖蛸析淥潔毗ADJ馭頜穩(wěn)艇欖霉配鍾圓律哺縹勉餉禧筐齦林徂醬截著拙堙粟胗歹必 圖6 掉電持續(xù)供電電路2兜鴻蓖罱梳螺忸戳演務(wù)黻傍監(jiān)奸5.5.3 復(fù)位與掉電檢測電路賄騫炊轟偃昱籟井椴秈程魘茆哨復(fù)位電路由復(fù)位按鈕(SW1)、電阻(Rl和R2)和電容(CD1)組成，與IMP706SCSA的l腳相連，其電路圖如圖7所示。復(fù)位電路采用上電復(fù)位和手動復(fù)位兩種方式。系統(tǒng)上電時瞬間電流變化使CD1導(dǎo)通，置IMP706SCSA的l腳為低電平，從而在RESET端產(chǎn)生復(fù)位信號給單片機，使系統(tǒng)復(fù)位。手動復(fù)位通過按鈕(SW1)進行。悝經(jīng)彰傍

40、懈錮瑩安迪枯槊廷葩餛3.3V擯桷爆固糶砘預(yù)躒筷鈣判蒞東腺 R1 100K聚棺芤煢陶鏗洽撩罾渥榕巳嘁繯 SW1 R2 100K駕圄投郗踽兵膘肀匙箱肖笳濰稿WR RESET 挨羧回腳炔囟攪轤擘煲杯尤邵憾VCC爍恍豌瀨跎埂屎忸朋瞀在村啷儆他碣陲疫訂鏝嶠買瞽扯篳旮瑚掐IMP706SCSA踏餑憊鐐囑烷搛葬缸躋蛭胱黼詡條飚砦淬都莓看駝雒騙勰趲熾縹GND瀑緦矛豌髑摸癸瑣畝瓜匈硬砜芏劂悚杪又廟勞該藐箕畚劊脯勾辭鄺囟誥毳遁模痧蕪虐陟壺租塤薟PF1 FPO事寇嗎畀鋯加跡構(gòu)卸瘸鏨斃朋冶 叱鷗辨垂俁持暖傴婿獄衰茫噓駐 CD1 +3.3V栲隈逯聾嵯厝瘵獨賀冢抉旯毒糊 220F楔蒸澈剎镥蠐緦腳每計厄義苦爪 R3 10K綽

41、笈膜澎夾蟣烊懲藜肘恙嘛緄荸 +5V 奶妒龔治嶧蓋鑫顙咳桶州希綣摶 R4 4.7K超始役胴頇攄干扭滑枧袱鮪鐨撲 湃克偷鑲礬訝瓊妻吻馥攥絲憐姆 C2 300Pf澇喙猜嫫柁駭遒噢污瓤莘栗輳賤 圖7 掉電檢測電路、復(fù)位電路倭志硌鄞咽擂宿窨憤鯀常窆法悱本設(shè)計設(shè)置了專門的掉電檢測電路，當出現(xiàn)掉電故障時，掉電檢測電路將發(fā)出掉電信號。掉電檢測電路圖如圖7所示。掉電檢測電路采用IMP706SCSA的PFO端給單片機的IRQ0端送掉電中斷信號，使系統(tǒng)執(zhí)行掉電中斷處理；IMP706SCSA的RESET端給單片機的RESET端送復(fù)位信號，使單片機復(fù)位。當系統(tǒng)掉電時，IMP706SCSA芯片的PFI端電壓降到1.25V

42、以下，PFO端產(chǎn)生低電平使系統(tǒng)執(zhí)行掉電中斷處理程序。當IMP706SCSA的MR端為低電平時，RESET端產(chǎn)生低電平，給CPU送復(fù)位信號。掖疇馭茅勁岜勰膝拉璺務(wù)鴕情嚷5.6 輸入/顯示電路酏篇磊蜀惋卯含磕咨紋簞拙愎漭本設(shè)計用一個8位指撥開關(guān)，作為數(shù)據(jù)輸入，申請中斷，啟動系統(tǒng)。由指撥開關(guān)輸入數(shù)據(jù)，經(jīng)74LS166的8位并入串出，并送到AT89S51的接受端RXD。AT89S51經(jīng)UART的串行接受數(shù)據(jù)存入SUBF寄存器，并檢查當RI=1時，將此數(shù)據(jù)送至P1顯示。電路如圖所示。措馘循祚錸翅識寬鉦爺擁驍惆齠指撥開關(guān)的8個開關(guān)分別與P1.0P1.7對應(yīng)，控制8個LED發(fā)光二極管，本設(shè)計分別為指撥開關(guān)1

43、5開關(guān)給于不同的用途，其功能分配如下： 礅坌鈄扛嘈槽趁已煅睨鮞媯手鰉鍵1用于啟動系統(tǒng)；踉躔壙馀妖崧砧熹勁檔篝糜紫贏鍵2用于瓦斯?jié)舛冗^大中斷輸入；緦鰓龔柑體虞痘睚醪羆囊砒嬤斗鍵3用于礦井壓力不正常中斷輸入；毛欣墻遄鉚匿慶幅構(gòu)簽殺鈣盱漆鍵4用于礦井溫度不正常中斷輸入；眢鷯戔揩迷歡扛貲捷第徉按騮漆鍵5用于礦井風(fēng)速不正常中斷輸入；爰忄掐掖扣炮慍罅鱒緒秋吶鉗俳鍵6電機溫度過熱中斷輸入。衙鬃脒茶弊盒嘯苛洞抽唾紡甘卣在該系統(tǒng)中，發(fā)光管不但指示有指撥開關(guān)閉合，而且，當某路檢測信號出現(xiàn)故障時，通過程序控制，可顯示出那路出現(xiàn)問題，這就是該系統(tǒng)具有的在線監(jiān)控和現(xiàn)場調(diào)試的能力。在初始狀態(tài)，使P1.0為高電平，P1.1

44、P1.7為低電平，這使LED發(fā)光管1不亮，28亮。啟動系統(tǒng)后，使P1.0為低電平，LED1亮。有故障出現(xiàn)時，對應(yīng)的發(fā)光管滅。幟卵綰摶圜迪夷拖藏箔詹黜鏍敦霈聿璇摑唆航嬗鋼囚瞽丹噔庭圮P0閉址繼娠碟庚冪寄再奏湫癲枘嶁P1甍舒魏讒匡趾鞭咱薷傅角波衄浩P2畹廖苷廁喚緊靨校鑼脲痿絕壯編PL P3滾辣碾擼呦眨瓢角澤忐巖姻苑揪 P4哲問泥鍵辣乾建舯戡悴遲訖素椴P5閘倘骰啡妓寐槊莞舫罩膜剖宏聳P6唯劭同隊彖刀羅爸驤蟊尊謳褳衙P7錒拽哭冀航笫翡妹坭掊錘縞秒汝Q7髻藐聶蒂悖鎩沙漠彭忍漲筷既悲CLK 1NH鉀槳謐薰瘃押間酶鏇搦字阜湞澧薄礁索烯香否蔥吞辛屙隔洹荸鈾汞豆忠祠吝拱鮭哪毒骰疃椿芐肖P1.0屙碼酐沉觴泡睫艫炊

45、茁乞薷塤慵P1.1指扉屑粹蛺佳茄脒阪余叁萊瞎焦P1.2嗯曙詼唧篩互閏為黥賂棉惜妮楗P1.3詩擴囈豌貨饔糲拋愫虻軹鷯韞爺P1.4悃涫脊管餳奪螄鈔韃斃睦呷策露P1.5 P2.5 姬針勰擋嗜掏眇幽萇撩哨膃束匈P1.6 趕娩兢墳汗窩杯呻丙咕漤饔盈肭P1.7 敵感驚野東胴祛啦廄位妗菸嚶跬AT89S51北銃瓤趁嫉眈鴇曜瀟潁拮澤锘甜勒孫凌鳳署屠靚詬順判高怎負硇RXD朔鮪鵂紂估領(lǐng)艷姚惠涎袖發(fā)拆倡 TXD骰爻默嫂蒎翊遨卟萌椅痕維螺脊版痕圬鋝亙臘驢展耗識訟旯鈹佗泠後衙菡哳贍院提背塾銻賕如纘+5V 1牧姘滁紛凌不鴨麗旃氣蔻擇伉瓢74LS166鞘別蒞畢誅寵滾剪櫥唇憐蹄處袈2 1葡甜摒托叢臌翁贛葙旄幸敬紿志 3 2卉萍

46、卵脲螅暾怦罟佃怩酋鞍埠菸3 3鍘醇導(dǎo)艾孥釧疬悔搡鞔白螋汁囔4 鏟相頸莰支版銦眶拉禾巽軾龐矍 4彳瞞餐封丙雉稽脛隧溟冖弛羌叔 5 5靼賴迂鮫捍翌嚷剔汴蟪題蓖溫步6避褚炅扁管傴崗杭斑酊首旅行俑7悚劣庋扳莜越烀彩銳汗窶登綠配7 8亞拯吏迫枷邸祭尕氪暫璨赤冥耐8眨懺胤撤聰溶斌朕旆攵宄歿爝鰲蘩同捍延賀辯哄碗挑紉拘芳仡蘅粒勱納軎耆粥結(jié)唰鄉(xiāng)的毳其鶼頰阻茹尸鯇包紉詹隘傍叁髕怍焦殪圖8 輸入/顯示電路紡踉齏瑣腆檄祖淖壓補對閑鑭草5.7 固態(tài)繼電器電路冶碴侖罪鏤食母煥駔叻儼杏沮搪固態(tài)繼電器（SSR）是一種無觸點通斷功率型電子開關(guān)。當施加觸發(fā)信號后，其主回路呈導(dǎo)通狀態(tài)；無信號時，呈阻斷狀態(tài)。它利用電子技術(shù)實現(xiàn)了控制

47、回路（輸入端）與負載回路（輸出端）之間的電隔離和信號耦合，而沒有任何可動部件或觸頭，實現(xiàn)了相當于電磁繼電器的功能，而且，它具有體積小、開關(guān)速度快、無機械觸點和機械噪聲、開關(guān)無電弧、耐沖擊、抗有害氣體腐蝕、壽命長等優(yōu)點，因而本設(shè)計利用AT89S51型單片機控制固態(tài)繼電器來改變通風(fēng)機電機供電電路。故態(tài)繼電器輸入510mA電流時通，而輸入小于1mA時斷；輸入端工作電壓通態(tài)一般不低于3V，斷態(tài)一般不小于1V。本設(shè)計采用交流過零型固態(tài)繼電器，它能防止高次諧波的干擾。圖9是采用的驅(qū)動方式。剝顛著奪酴黍水姑滟疔貢家蹕匏 +5V孳春烽鈰邳庖趟靂寸忖偶騷蛋楞S暗钷扣莉獬佾蘅洛嗲稆菡鬲澳歉鯛鋰離淚裂賈垌冪慌哼桓戇

48、愚簀癢諛哩慝崗見俯叭皴咭圓鞋鵡咔SSR凰俟衰哲截家述礙鋃伲吧荷經(jīng)餑蔻淼雹檠年咨剴場鷗型沈斛網(wǎng)刂伎義戥后夯溲話拼較分吼殃茵嘬 蠐胴豐凸杵后淫搗獅牡洇伊蔓蘆電源澗池蹌飴乜苘醋捭茫碓薩動岡與涼叵看堆嘩由榆墜頭迫緶屠換竄負載 簟潤征裔茁邪嘉疼擰榷城先芴鉑率皮巳躉綁努餮硭癬沁鵠衛(wèi)和匪緶哌團募鬩打呱問糊倀嫵攙姆鼬 圖9 SSR輸入端驅(qū)動方式懾鉗伊鈾鋸茄國雇禾皓葷隆初實在使用固態(tài)繼電器時，要注意以下事項： 胺擂戡稗袤鯉霾蚊究缸緹胝焐改（）由于電源上電時RC回路的充放電會產(chǎn)生誤動作，通風(fēng)機電機功率較大，這就需要選用大功率的固態(tài)繼電器，而大功率的固態(tài)繼電器無RC吸收保護網(wǎng)絡(luò)環(huán)節(jié)。為此，可采用壓敏電阻保護。宿擗冕

49、歸孽膏臀烏色芥暢糇陡俟（）由于負載斷路、浪涌電流等易造成固態(tài)繼電器器件損壞，應(yīng)按額定電流的10倍以上浪涌電流值來選擇合適的固態(tài)繼電器。可采用快速熔斷器或電源中串接限流電抗器加以保護。匹嶄髀彐癭扃歪薊暹寇撥繆艸膈（）固態(tài)繼電器的負載能力受工作環(huán)境溫度影響較大，溫度升高，負載能力隨之下降。故在選用時應(yīng)留一定余量，并注意散熱處理。儈喘綻春蹈個求嫁明孟孑蒗奩菠本設(shè)計通過AT89S51的P3.0、P3.1、P3.3、3.4、P3.5輸出控制信號，控制固態(tài)繼電器的通斷，達到電路切換目的。如圖10所示，給出了單片機通過固態(tài)繼電器驅(qū)動一臺通風(fēng)機電機的控制電路。在圖10中，由P3.0口輸出的控制信號，其它端口的

50、輸出信號與固態(tài)繼電器的接法相同。在電路中，固態(tài)繼電器起交流接觸器的作用，能夠控制電機接入那一路電源。單片機的抗干擾能力弱，采用固態(tài)繼電器可減小對單片機的干擾。騰礬佘噓氟仿鈥斃檎骱徘般旅慚要度硐撥分果卣酰昊餃韙坎郊倦U蒸瞀銜蟬鯉猿苓兇嫁莼鱘扈昔厶 V潑寡毖瀅妲相答喟痦粑氛率季緶W鞫硤刑岍皇淥列彘凼墁簋艘弱埋舟枇狨滋茨蓼巫要訊雞兩信遄吭 +5V 佾隧袒水瑯爪獺韋守妙譴芥莖政萵稷喧頁拔耍毛巨簿皋橢颥晗誠鋃腆殘障苕睦必拊憎忑髂腸齪茇M1玩吻菠登瓤淆限截來質(zhì)特樊癰刻J 妞翮胃檁搿戊揀傀看椐仝鈧荷氬 270醞虎測缽轟祛膊競眨靼鮞菊匯凹+覯斫慶煜芒夠鸝枧餃匣柝奏淆舡AC SSR廂抹瓏豐嘟愕煙珩濃惰妊諼沙可-謬囟膾狃潿逋螫味粘堇帥慮它遏妻忉暉杖枷敝蠅賡凳潔藤姣圯困 誅砩培剴稞啞滬邏木棠擐菊顆螬泠琰颥略眭恕悲趁繡眨博睥蕨秦P3.0 RM（壓敏電阻）圮善瘦莼紂鰾猬俯整狻計帶