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基于AVR單片機的煤礦傳感器設(shè)計

作者: 時間:2013-12-12 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
1引言

由于近年來煤礦瓦斯事故頻發(fā),并且動則死傷礦工十余人甚至上百人。鑒于此,國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局在《煤礦安全規(guī)程》中明確規(guī)定,“所有礦井必須安裝礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)。”為了滿足市場需要,煤礦監(jiān)控系統(tǒng)的研發(fā)和生產(chǎn)呈越來越旺的趨勢。其中,煤礦用傳感器是直接面對礦井具體工作環(huán)境的最直接設(shè)備。傳感器的工作性能、可靠性、可調(diào)節(jié)性與可升級性直接影響煤礦監(jiān)控系統(tǒng)的正常運行。

迄今為止,我國的礦井瓦斯監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)仍處于開發(fā)階段,雖然很多產(chǎn)品已投放市場并正式運行,但大部分產(chǎn)品并沒有最后定型。因此,對的研究與開發(fā)更有利于其發(fā)展,并推動煤礦用其他檢測控制裝置的研究,使礦用產(chǎn)品越來越成熟。

2 現(xiàn)有傳感器的設(shè)計

綜觀現(xiàn)有傳感器,基本上都以單片機為核心,并輔以敏感元件作為檢測裝置,A/D轉(zhuǎn)換電路將檢測到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為單片機可識別的數(shù)字信號并送至單片機中處理,同時配備作為數(shù)據(jù)或程序的存儲。本文以煤炭科學(xué)研究總院重慶分院研制開發(fā)的KG9701智能低濃度甲烷傳感器為例進行分析。

基于AVR單片機的煤礦傳感器設(shè)計

KG9701可檢測煤礦井下0~4.00%CH4沼氣濃度,并連續(xù)自動地將井下沼氣濃度轉(zhuǎn)換成標準電信號輸送給關(guān)聯(lián)設(shè)備,并具有就地顯示瓦斯?jié)舛戎担蘼暪鈭缶裙δ?。性能穩(wěn)定、測量精確、響應(yīng)速度快、結(jié)構(gòu)堅固、易使用易維護等特點,并具備遙控調(diào)校、斷電控制、故障自校自檢等新功能。

KG9701于2000年研制成功并投放市場,目前已廣泛應(yīng)用于全國大、中、小型煤礦,在國內(nèi)市場占有率超過60%。該傳感器設(shè)計壽命為3年,目前已進入更新?lián)Q代時間。

本電路主要由以下幾個主要部份組成:

(1)單片機電路

整機電路以89C51作為核心,采用AT24C02,可存儲256 B數(shù)據(jù),防止傳感器掉電后檢測數(shù)據(jù)丟失。看門狗電路由MAX813組成,防止單片機程序跑飛,并在程序跑飛后重啟單片機以使單片機正常運行。

(2)電源電路

傳感器接受分站送入的8~24 V直流電壓,由MC34063構(gòu)成的開關(guān)電源及LM358構(gòu)成的二次穩(wěn)壓電路構(gòu)成的本安電源轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)所需要的電壓,為整機供電。正負電源轉(zhuǎn)換由ICL7660構(gòu)成并輸出-5 V電壓供A/D轉(zhuǎn)換電路使用。

(3)采樣電路

采樣電路由A/D轉(zhuǎn)換與敏感元件2部份構(gòu)成。敏感元件感應(yīng)井下沼氣濃度,并送至A/D轉(zhuǎn)換電路。A/D轉(zhuǎn)換電路由ICL7109組成,以12 b精度進行采樣,并將結(jié)果轉(zhuǎn)換成8位數(shù)字信號,送至89C51處理,同時將數(shù)據(jù)存入中保存。

(4)報警及顯示

在井下沼氣濃度超限時,由CD4011驅(qū)動喇叭及發(fā)光二極管報警。74HC373驅(qū)動4位數(shù)碼管顯示沼氣濃度,在調(diào)試傳感器時顯示各調(diào)試值。

(5)紅外接收電路

紅外接收電路接收遙控器傳來的遙控信號,以完成傳感器的調(diào)整與設(shè)置。

3 89系列單片機與的對比

KG9701采用傳統(tǒng)的89C51單片機。由于推出時間長、設(shè)計資料豐富、應(yīng)用面廣,掌握該芯片使用的技術(shù)人員多。但隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,新型單片機與其相比而言有更多優(yōu)勢?,F(xiàn)就2種單片機做一對比。

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