自動化論文發(fā)表期刊推薦《東北電力技術(shù)》辦刊宗旨是促進東北電網(wǎng)的技術(shù)進步，提高電網(wǎng)的管理水平和經(jīng)濟效益。在內(nèi)容上堅持理論結(jié)合實際，主張先進性和實用性并重，注意層次性，適當考慮知識性。
　　【摘 要】在人類發(fā)展的過程中，認識世界與改造世界是兩部分最主要的過程。而監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)對于它所要控制的對象亦是如此，即“測”與“控”的過程。監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)是現(xiàn)代化生產(chǎn)與管理的有效工具，在整個的國民經(jīng)濟中都有著廣泛的應(yīng)用，例如：交通、能源、冶金、化工等。

　　【關(guān)鍵詞】研究目的,煤礦監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計,監(jiān)控結(jié)構(gòu)設(shè)計

　　1 研究說明

　　1.1 研究的意義

　　煤礦井下安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的中心是微型計算機，即它是以微型計算機為中心的煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)中的微型計算機控制著監(jiān)控分站中的通道的選擇以及它的運行方式。監(jiān)控分站可以對煤礦井下火災(zāi)、環(huán)境、通風(fēng)設(shè)施狀況以及運輸安全狀況進行全面的檢測，將表征其狀態(tài)的物理量信息傳到中心站中來進行相應(yīng)的處理，進而可以有效地避免各種事故的發(fā)生，保證了生產(chǎn)的穩(wěn)定以及工人的人身安全，在實際的生產(chǎn)現(xiàn)場有著十分重要的意義。

　　1.2 針對研究題目需要做的工作

　　(1)單片機的選擇

　　設(shè)計的開始，在明確了設(shè)計的主要性能指標以后，首要的工作就是根據(jù)要求選擇單片機的型號，合適的單片機不僅能使設(shè)計在硬件輸出I/O端口分配方面更加合理，也可以使軟件設(shè)計更加簡單。

　　(2)傳感器輸入通道的設(shè)計

　　傳感器輸入通道設(shè)計方面的主要工作就是規(guī)定傳感器輸入通道每一路的信號所代表的意思以及規(guī)定每一路輸入信號的制式。在明確了信號制式以及信號代表的物理量以后就可以根據(jù)每一部分的核心算法來對每一路信號進行處理。

　　(3)主程序的設(shè)計

　　主程序的設(shè)計主要綜合了以上幾個部分，在沒有遙控命令的時候，主程序無限地分別對4路傳感器輸入通道循環(huán)掃描，得到數(shù)據(jù)以后顯示在LED數(shù)碼管上。

　　2 煤礦井下監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)介紹

　　2.1 監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的概念

　　監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)包括了檢測被控變量和控制執(zhí)行機構(gòu)，這兩者融合了計算機技術(shù)、通信技術(shù)、傳感器技術(shù)、控制技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等綜合技術(shù)。監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和現(xiàn)代化管理有廣泛的應(yīng)用，包括化工、冶金、交通、能源、紡織等。它是企業(yè)綜合自動化CIMS中的子系統(tǒng)，同時也是計算機網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點。

　　2.2 監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的分類

　　監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的分類方法有很多種，按照不同的方法有其對應(yīng)的種類，這里按照監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的功能可以將其分為控制系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)和測控系統(tǒng)。

　　(1)控制系統(tǒng)

　　控制系統(tǒng)就是單純以控制為目的的系統(tǒng)。

　　(2)檢測系統(tǒng)

　　檢測系統(tǒng)就是專門用來檢測某個理量，并且獲得相應(yīng)的測量數(shù)據(jù)，檢測系統(tǒng)包括敏感元件環(huán)節(jié)、變量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)、數(shù)據(jù)傳輸環(huán)節(jié)、數(shù)據(jù)顯示環(huán)節(jié)、數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)。

　　(3)測控系統(tǒng)

　　測控系統(tǒng)按其字面意思來講就是既“測”又“控”。可以說它是上面兩個系統(tǒng)的組合，測控系統(tǒng)可以按照人們預(yù)期的結(jié)果來使系統(tǒng)執(zhí)行相應(yīng)的動作。

　　3 監(jiān)控分站總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

　　3.1分站總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

　　傳感器輸入通道的設(shè)計，分站的傳感器輸入通道共4路，每路兼容電壓信號和頻率信號。

　　每一路通道都對應(yīng)著不同的井下環(huán)境物理量，根據(jù)《煤礦安全章程》具體地分別為：

　　傳感器通道1→200～1000Hz的頻率信號→0%～4%的瓦斯?jié)舛刃盘?

　　傳感器通道2→0～5V的電壓信號→-5℃～65℃的溫度信號;

　　傳感器通道3→200～1000Hz的頻率信號→0～20PPm的CO濃度信號;

　　傳感器通道4→0～5V的電壓信號→0～100%的濕度信號。

　　但是本設(shè)計由于實際實驗條件和時間有限，為實現(xiàn)上述功能，對上述數(shù)據(jù)進行了修改，具體的為：

　　傳感器通道1→200～1000Hz的頻率信號→0%～4%的瓦斯?jié)舛刃盘?

　　傳感器通道2→0～5V的電壓信號→18℃～28℃的溫度信號;

　　傳感器通道3→200～1000Hz的頻率信號→0～20PPm的CO濃度信號;

　　傳感器通道4→0～5V的電壓信號→40%～70%的濕度信號。

　　4 分站頻率信號處理

　　MCS-51具有定時、計數(shù)以及數(shù)據(jù)處理的功能，可以很方便的用于頻率的測量，一般來講有兩種方法來進行測量頻率。

　　測頻方法是用單片機的兩個中斷源 和 ，通過內(nèi)部定時器/計數(shù)器T0來確定定時的時間，通過外部中斷源 計量被測量信號周期數(shù)，用此來計算頻率值。這種周期測量的方法能充分發(fā)揮單片機的內(nèi)部功能，從而盡量簡化電路。

　　編程的時候，設(shè)置了定時器/計數(shù)器為工作方式1，為最高中斷優(yōu)先級。因為定時/計數(shù)器是加1計數(shù)操作，如果是晶振的頻率為6MHz，那么定時器發(fā)出的信號周期為2μs，對于16位的定時器來講，最大定時時間只能達到131.072ms，不能實現(xiàn)1s定時，所以就需要使用軟件來擴大定時器定時倍數(shù)，如果程序設(shè)定的定時倍數(shù)是100時，測量過程中要由主程序控制T0溢出的次數(shù)，如果溢出100次以后，即定時1s時間到了以后，就可讀出被測量的頻率數(shù)值。

　　由于外部中斷 工作在計數(shù)的方式，每次檢測到被測量的信號頻率fs的下跳沿的時候，就會引起一次中斷，而在中斷服務(wù)程序中，需要把指定工作寄存器(R4、R5)中的內(nèi)容加上1，并且進行十進制的調(diào)整。當1s定時到的時侯，可以由主程序?qū)�R4、R5寄存器內(nèi)的計數(shù)值讀取出來。這個中斷服務(wù)程序執(zhí)行的時間長短決定了頻率測量的范圍上限。假如晶振是6MHz，指令周期是2μs， 中斷服務(wù)需要執(zhí)行50個指令周期，那么允許測量頻率的上限就是10KHz。如果執(zhí)行時間減少到20個指令周期，那么被測量頻率上限就變?yōu)?5KHz。

　　分站的傳感器通道1和傳感器通道3為頻率信號，根據(jù)規(guī)定：

　　傳感器通道1→200～1000Hz的頻率信號→0%～4%的瓦斯?jié)舛刃盘?

　　傳感器通道2→0～5V的電壓信號→18℃～28℃的溫度信號;

　　傳感器通道3→200～1000Hz的頻率信號→0～20PPm的CO濃度信號;

　　傳感器通道4→0～5V的電壓信號→40%～70%的濕度信號。

　　可以知道通道1和通道3的輸入信號都是200～1000Hz的頻率信號，所以，在測頻方面他們的思路基本都一樣，只是在具體的信號處理方面有一定的差異。

　　測頻的思路為：首先CPU接收到來自傳感器通道1或者傳感器通道3的信號以后，首先啟動T0定時器定時1s鐘，開始定時的同時，T1也開始計數(shù)CPU輸入端口的脈沖，而T0定時器定時完成時產(chǎn)生中斷即停止T1的計數(shù)，也完成了測量階段。

　　由于計數(shù)的周期T=1s，所以計數(shù)的結(jié)果就是赫茲(f=1/T Hz)。

　　在得到頻率的數(shù)值以后就要將數(shù)據(jù)進行一定的處理進而來顯示需要表達的物理量。由于輸入傳感器的頻率信號范圍為200～1000Hz的頻率信號，當傳感器通道1接通的時候，表示的是0%～4%的瓦斯?jié)舛刃盘�，所以，如果此時單片機所測的頻率為A1時，那么可得到需要顯示的瓦斯?jié)舛鹊臄?shù)值為B1，且所得到的就是此時瓦斯?jié)舛鹊臄?shù)值。

　　B1=[4/(1000―200)]×(A1―200)

　　5 結(jié)論

　　本次設(shè)計完成了煤礦井下監(jiān)控分站的基本功能設(shè)計，監(jiān)控分站是監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的一個部分，一個主站含有很多小的分站，很多這樣的小的分站再加上上位機數(shù)據(jù)處理控制，就形成了一個煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)。而我們所做的應(yīng)該是這些分站中的其中一個，即煤礦井下監(jiān)控分站。

　　參考文獻：

　　[1]郭秀才，楊世興.監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)原理及應(yīng)用.北京：中國電力出版社，2010.7.

　　[2]張義和，王敏男，許宏昌.例說51單片機(C語言版).北京：人民郵電出版社，2008.4.

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