小型煤矿安全监测系统综合板的设计.pdf

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1、2011年2月矿业安全与环保第38卷第1期小型煤矿安全监测系统综合板的设计陈佳立(西安科技大学机械工程学院，陕西西安710054)摘要：介绍一种基于单片机小型煤矿安全监测系统综合板的设计过程。该系统综合板集成的功能有对井下环境参数和工况参数的采集、显示、控制及超限报警，并把采集到的参数实时送往井上的计算机进行处理。煤矿安全监测系统使用该综合板后，能够远距离对井下进行实时监控，并且安装方便、维护简单，能够有效减少电路板防爆检测费用。关键词：单片机；安全监测；数据采集；数据传输中图分类号：TD76；TP23文献标志码：B文章编号：10

2、08—4495(2011)01～0031—03煤矿安全监测系统主要对矿井生产系统进行监2信号采集模块的设计测，包括对矿井空气中有害或危险成分(如CH、CO等)的监测、矿井空气物理状态(如风速、负压、温度采集模块主要完成开关量和模拟量的采集，每等)的监测，以及通风设备运行状态(如设备开停等)一个综合板可以采集6路开关量信号，7路模拟量信的监测，并且在紧急情况下能够使煤矿井下的一些电号，1路辅助模拟量信号和1路温度信号。气设备断电，停止运转¨J。在已有的煤矿安全监测系为了对井下机电设备的开停状态进行监测，每统中，一般由多个不同功能的电

3、路板组成，这给安装一个采集器可以采集6路开关量，其信号来自机电和维护带来不便，并且增加了电路板防爆检测的费设备的开停传感器。矿用开停传感器输出的信号为用。笔者介绍的煤矿安全监测系统把所需要的功能恒流5mA／OmA。开关量信号的采集电路如图2所全部集成在一块电路板上，不仅安装方便、维护简单，示，其中R。=100kfl，R。=800n。而且能够有效减少电路板防爆检测费用。1总体方案综合板采用ATmega8单片机，由采集模块、传输模块、控制输出模块、液晶显示模块和电源模块组成，见图1。其中采集模块分为开关量采集和模拟量采集两部分，传输模

4、块可使用2种总线进行传输，即Modem总线和CAN总线。图2开关量采集电路原理图Modem总线或CAN总线发送兰兰兰堡兰==17路模拟量接口用来与矿用传感器配接，这7路蓑输拟出量模采块集矿用传感器使用的传感器输出信号为200～1000Hz的脉宽调制波。矿用传感器匪l兰兰墨墨7路模拟量采集的电路原理如图3所示，每一路传感器输出的信号首先经过1对串联电阻分压，分图1综合板结构框图压点得到的信号作为模拟开关芯片CD4051的输入信号，CD4051的输出信号作为运放LM224的同相输入端，LM224反相输入端电压(即参考电压)经过收稿日期

5、：2010—05—30；2010—12—01修订作者简介：陈佳立(1979一)，女，湖北天门人，硕士，2005一个滑动变阻器分压之后得到，CD4051的输出信号年毕业于西安科技大学，现主要从事单片机的开发和研究工与LM224的参考电压比较之后，LM224的输出送给作。E—mail：freeejl—yh@yahoo．corn．on。单片机的ICP引脚。运放LM224的作用是一个电压·3】·2011年2月矿业安全与环保第38卷第1期比较器，当输入电压(即CD4051的输出电压)大于考电压时，比较器输出低电平。参考电压时，比较器输出高电

6、平；当输入电压小于参VEEC接传感器BAINHX7x6X5接X4X3fS4X23X1XXO图3模拟量采集电路原理图显示屏显示，而且当参数值超限时，综合板将进行报3显示和控制模块的设计警。其原理如图4所示。在采集现场，采集到的参数值不但可以用液晶AQoBQ1VCCGNDQ2Q6D6Q5D5PC6(RESET)PC5(ADC5／SCLQ3Q4D41PDO(RXD)PC4(ADC4／SDA)Q4Q3D31PDI(TXD)PC3(ADC3)Q5Q2D2十PD2(INT0)PC2(ADC2)Q6Q1Dl1pD3fINT1)PC1fADCl1

7、Q7QODOPD4(XCK／T01PC0(ADC0)十VCCGND1GNDAREF1PB6(XTAL1／TOSC1)AVCC一～E1PBT(XTAL2／TOSC2)PB5(SCK)RS24470n1PD5(T1)PB4(MISO)10OnR／W1PD6(AIN0)PB3(MOSI／OC2)VLCD1PD7(AINl1PB2(SS／0ClB)47On1IPB0(ICP)PB1(oclA)jv．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．一ATmega8VLDDVLDD470LCD图4显示和控制模块电路原理图在参数显示

8、中，使用的是深圳生产的SVM16044通信模块的设计型的液晶显示屏，该液晶显示屏是一款16×4字符型标准产品，其有8位数据线，由于单片机的输入／综合板完成井下各种参数的采集，并且把参数输出口有限，直接并联会导致单片机的I／O不够用，进行显示、报警和