煤矿瓦斯微机监测系统设计.ppt

煤矿***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***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***微机监测系统实现的功能: ?实时测量***浓度,精度为 % ?对***浓度进行显示?***超浓度报警?***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 ?任意时刻选定下位机查看浓度?将查看到的浓度进行保存 CH4 浓度 100ppm 四、通讯协议的确定 ,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 : 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 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: 0Hz -33MHz ?三级加密程序存储器?32 个可编程 I/O 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、***检测模块 (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/ 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.***检测电路(1)电路选择结果:半桥电路(2)选择原因: MJC4/ 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: (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= ?设定条件: G=66 ?公式: Rg=50ku/(G-1) ?结果: Rg=770 ?三、 A/D 模块电路 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 。 : (1)芯片通信原理: I 2C总线(2)I 2C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。