自動(dòng)化論文發(fā)表期刊推薦《東北電力技術(shù)》辦刊宗旨是促進(jìn)東北電網(wǎng)的技術(shù)進(jìn)步，提高電網(wǎng)的管理水平和經(jīng)濟(jì)效益。在內(nèi)容上堅(jiān)持理論結(jié)合實(shí)際，主張先進(jìn)性和實(shí)用性并重，注意層次性，適當(dāng)考慮知識(shí)性。
　　【摘 要】在人類發(fā)展的過程中，認(rèn)識(shí)世界與改造世界是兩部分最主要的過程。而監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)于它所要控制的對(duì)象亦是如此，即“測(cè)”與“控”的過程。監(jiān)測(cè)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(gè)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)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(jì),監(jiān)控結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　1 研究說(shuō)明

　　1.1 研究的意義

　　煤礦井下安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的中心是微型計(jì)算機(jī)，即它是以微型計(jì)算機(jī)為中心的煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)中的微型計(jì)算機(jī)控制著監(jiān)控分站中的通道的選擇以及它的運(yùn)行方式。監(jiān)控分站可以對(duì)煤礦井下火災(zāi)、環(huán)境、通風(fēng)設(shè)施狀況以及運(yùn)輸安全狀況進(jìn)行全面的檢測(cè)，將表征其狀態(tài)的物理量信息傳到中心站中來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的處理，進(jìn)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(shí)際的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)有著十分重要的意義。

　　1.2 針對(duì)研究題目需要做的工作

　　(1)單片機(jī)的選擇

　　設(shè)計(jì)的開始，在明確了設(shè)計(jì)的主要性能指標(biāo)以后，首要的工作就是根據(jù)要求選擇單片機(jī)的型號(hào)，合適的單片機(jī)不僅能使設(shè)計(jì)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(jì)更加簡(jiǎn)單。

　　(2)傳感器輸入通道的設(shè)計(jì)

　　傳感器輸入通道設(shè)計(jì)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(hào)所代表的意思以及規(guī)定每一路輸入信號(hào)的制式。在明確了信號(hào)制式以及信號(hào)代表的物理量以后就可以根據(jù)每一部分的核心算法來(lái)對(duì)每一路信號(hào)進(jìn)行處理。

　　(3)主程序的設(shè)計(jì)

　　主程序的設(shè)計(jì)主要綜合了以上幾個(gè)部分，在沒有遙控命令的時(shí)候，主程序無(wú)限地分別對(duì)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(cè)監(jiān)控系統(tǒng)介紹

　　2.1 監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的概念

　　監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)包括了檢測(cè)被控變量和控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，這兩者融合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、傳感器技術(shù)、控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等綜合技術(shù)。監(jiān)測(cè)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(dòng)化CIMS中的子系統(tǒng)，同時(shí)也是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)。

　　2.2 監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的分類

　　監(jiān)測(cè)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(duì)應(yīng)的種類，這里按照監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的功能可以將其分為控制系統(tǒng)、檢測(cè)系統(tǒng)和測(cè)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(cè)系統(tǒng)

　　檢測(cè)系統(tǒng)就是專門用來(lái)檢測(cè)某個(gè)理量，并且獲得相應(yīng)的測(cè)量數(shù)據(jù)，檢測(cè)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(cè)控系統(tǒng)

　　測(cè)控系統(tǒng)按其字面意思來(lái)講就是既“測(cè)”又“控”�？梢哉f(shuō)它是上面兩個(gè)系統(tǒng)的組合，測(cè)控系統(tǒng)可以按照人們預(yù)期的結(jié)果來(lái)使系統(tǒng)執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。

　　3 監(jiān)控分站總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　3.1分站總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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

　　每一路通道都對(duì)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(hào)→0%～4%的瓦斯?jié)舛刃盘?hào);

　　傳感器通道2→0～5V的電壓信號(hào)→-5℃～65℃的溫度信號(hào);

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

　　傳感器通道4→0～5V的電壓信號(hào)→0～100%的濕度信號(hào)。

　　但是本設(shè)計(jì)由于實(shí)際實(shí)驗(yàn)條件和時(shí)間有限，為實(shí)現(xiàn)上述功能，對(duì)上述數(shù)據(jù)進(jìn)行了修改，具體的為：

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

　　傳感器通道2→0～5V的電壓信號(hào)→18℃～28℃的溫度信號(hào);

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

　　傳感器通道4→0～5V的電壓信號(hào)→40%～70%的濕度信號(hào)。

　　4 分站頻率信號(hào)處理

　　MCS-51具有定時(shí)、計(jì)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(cè)量，一般來(lái)講有兩種方法來(lái)進(jìn)行測(cè)量頻率。

　　測(cè)頻方法是用單片機(jī)的兩個(gè)中斷源 和 ，通過內(nèi)部定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0來(lái)確定定時(shí)的時(shí)間，通過外部中斷源 計(jì)量被測(cè)量信號(hào)周期數(shù)，用此來(lái)計(jì)算頻率值。這種周期測(cè)量的方法能充分發(fā)揮單片機(jī)的內(nèi)部功能，從而盡量簡(jiǎn)化電路。

　　編程的時(shí)候，設(shè)置了定時(shí)器/計(jì)數(shù)器為工作方式1，為最高中斷優(yōu)先級(jí)。因?yàn)槎〞r(shí)/計(jì)數(shù)器是加1計(jì)數(shù)操作，如果是晶振的頻率為6MHz，那么定時(shí)器發(fā)出的信號(hào)周期為2μs，對(duì)于16位的定時(shí)器來(lái)講，最大定時(shí)時(shí)間只能達(dá)到131.072ms，不能實(shí)現(xiàn)1s定時(shí)，所以就需要使用軟件來(lái)擴(kuò)大定時(shí)器定時(shí)倍數(shù)，如果程序設(shè)定的定時(shí)倍數(shù)是100時(shí)，測(cè)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(shí)1s時(shí)間到了以后，就可讀出被測(cè)量的頻率數(shù)值。

　　由于外部中斷 工作在計(jì)數(shù)的方式，每次檢測(cè)到被測(cè)量的信號(hào)頻率fs的下跳沿的時(shí)候，就會(huì)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(jìn)行十進(jìn)制的調(diào)整。當(dāng)1s定時(shí)到的時(shí)侯，可以由主程序?qū)�R4、R5寄存器內(nèi)的計(jì)數(shù)值讀取出來(lái)。這個(gè)中斷服務(wù)程序執(zhí)行的時(shí)間長(zhǎng)短決定了頻率測(cè)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(gè)指令周期，那么允許測(cè)量頻率的上限就是10KHz。如果執(zhí)行時(shí)間減少到20個(gè)指令周期，那么被測(cè)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(hào)，根據(jù)規(guī)定：

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

　　傳感器通道2→0～5V的電壓信號(hào)→18℃～28℃的溫度信號(hào);

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

　　傳感器通道4→0～5V的電壓信號(hào)→40%～70%的濕度信號(hào)。

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

　　測(cè)頻的思路為：首先CPU接收到來(lái)自傳感器通道1或者傳感器通道3的信號(hào)以后，首先啟動(dòng)T0定時(shí)器定時(shí)1s鐘，開始定時(shí)的同時(shí)，T1也開始計(jì)數(shù)CPU輸入端口的脈沖，而T0定時(shí)器定時(shí)完成時(shí)產(chǎn)生中斷即停止T1的計(jì)數(shù)，也完成了測(cè)量階段。

　　由于計(jì)數(shù)的周期T=1s，所以計(jì)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(jìn)行一定的處理進(jìn)而來(lái)顯示需要表達(dá)的物理量。由于輸入傳感器的頻率信號(hào)范圍為200～1000Hz的頻率信號(hào)，當(dāng)傳感器通道1接通的時(shí)候，表示的是0%～4%的瓦斯?jié)舛刃盘?hào)，所以，如果此時(shí)單片機(jī)所測(cè)的頻率為A1時(shí)，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(shí)瓦斯?jié)舛鹊臄?shù)值。

　　B1=[4/(1000―200)]×(A1―200)

　　5 結(jié)論

　　本次設(shè)計(jì)完成了煤礦井下監(jiān)控分站的基本功能設(shè)計(jì)，監(jiān)控分站是監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的一個(gè)部分，一個(gè)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(jī)數(shù)據(jù)處理控制，就形成了一個(gè)煤礦安全監(jiān)測(cè)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(gè)，即煤礦井下監(jiān)控分站。

　　參考文獻(xiàn)：

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