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煤矿井下安全监控系统doc
浏览: 发布日期:2019-09-26

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  黑龙江工程学院本科生毕业设计 PAGE II 摘 要 随着当前煤炭的旺盛需求,部分煤矿存在突击生产或盲目超产现象,造成近几年矿井安全事故发生率居高不下,一套可靠的煤矿安全监控系统是确保煤矿安全生产的关键。将CAN现场总线技术和微处理器技术应用到传统的煤矿井下安全监控系统,能使其具有数字计算和数字通信能力,成为能独立承担检测、控制和通信任务的网络节点。它具有结构简单、实时性好、可靠性高、灵活性强等显著的优点。 本设计对CAN现场总线技术进行了分析和研究,选择了CAN总线组成CAN通信接口模块,实现上位机与下位机的通信;用煤矿专用的KGJ28A、GT500A、GW50、FW15型传感器进行数据采集,以达到所要求的精度; AT89C51单片机作为微控制器,实现对数据的分析和处理;另外利用单片机驱动LED数码管,来完成监测数据的显示功能。 本监控系统对现场的安全指标进行测量和通信,其软硬件保护功能强,系统布线简单,成本低,可靠性好,精度高、抗干扰能力强等特点。 关键词:安全节点;煤矿监控;CAN总线;LED显示 ABSTRACT With the strong requirement of coal. Some coal mines become to product blindly, so the productivity of coal mining accident stay at a high level these years. A reliability set of monitoring in coal mines is the key of coal mines safety in production. By using the microcontrollers into security nodes for monitoring in coal mines underground, CAN-bus technology enables those measuring and controlling instruments to get the ability of digital calculation and communication and become the network nodes which can independently accomplish the functions of detecting, controlling and communicating. CAN-bus is a kind of field-bus, It has remarkable advantages such as simple structure, fine real-time quality, high reliability and strong flexibility. The design analyzes the CAN-bus technology. We adopt CAN bus mastering SJA1000 and transceiver 82C250 to constitute a CAN communication interface module which can accomplish the communication between the host and the slave machine; Using the KGJ28A, GT500A, GW50, FW15 sensor that use for colliery to collect the signals and attain the accuracy; Utilizing AT89C51 as microcontroller to analyze and process the data ,in addition, AT89C52 drive the LED to display the temperature. This monitoring system can measure and communicate site data and has strongly protective function of hardware and software, this system is simple connection, low-cost, high reliability and precision, strong anti-interference ability. Keywords: HYPERLINK /dict_result.aspx?searchword=%e5%ae%89%e5%85%a8%e8%8a%82%e7%82%b9&tjType=sentence&style=&t=security+node Security Node;Monitoring in Coal Mines;CAN-bus;AT89C51;LED Display 目 录  TOC \o 1-3 \h \z \u  HYPERLINK \l _Toc296144853 摘要  PAGEREF _Toc296144853 \h I  HYPERLINK \l _Toc296144854 Abstract  PAGEREF _Toc296144854 \h II  HYPERLINK \l _Toc296144855 第1章 引言  PAGEREF _Toc296144855 \h 1  HYPERLINK \l _Toc296144856 1.1 选题的背景与意义  PAGEREF _Toc296144856 \h 1  HYPERLINK \l _Toc296144857 1.2 国内外的发展及现状  PAGEREF _Toc296144857 \h 2  HYPERLINK \l _Toc296144858 1.2.1国外煤矿安全监控系统的发展及现状  PAGEREF _Toc296144858 \h 2  HYPERLINK \l _Toc296144859 1.2.2我国煤矿安全监控系统的发展及现状  PAGEREF _Toc296144859 \h 3  HYPERLINK \l _Toc296144860 1.3 设计的设想及预期结果  PAGEREF _Toc296144860 \h 4  HYPERLINK \l _Toc296144861 1.3.1 设计的任务和要求  PAGEREF _Toc296144861 \h 4  HYPERLINK \l _Toc296144862 1.3.2 设计的设想和预期结果  PAGEREF _Toc296144862 \h 4  HYPERLINK \l _Toc296144863 第2章 整体方案设定  PAGEREF _Toc296144863 \h 5  HYPERLINK \l _Toc296144864 2.1 方案的论证和选择  PAGEREF _Toc296144864 \h 5  HYPERLINK \l _Toc296144867 2.2 设计方案的确定  PAGEREF _Toc296144867 \h 6  HYPERLINK \l _Toc296144868 2.3 本章小结  PAGEREF _Toc296144868 \h 7  HYPERLINK \l _Toc296144869 第3章 硬件电路设计  PAGEREF _Toc296144869 \h 8  HYPERLINK \l _Toc296144870 3.1 系统的整体硬件设计  PAGEREF _Toc296144870 \h 8  HYPERLINK \l _Toc296144871 3.2 CAN总线相关模块的设计  PAGEREF _Toc296144871 \h 8  HYPERLINK \l _Toc296144872 3.2.1 CAN控制器的选取  PAGEREF _Toc296144872 \h 8  HYPERLINK \l _Toc296144873 3.2.2 CAN总线收发器的选取  PAGEREF _Toc296144873 \h 9  HYPERLINK \l _Toc296144874 3.2.3 CAN控制器与总线通信电路的设计  PAGEREF _Toc296144874 \h 10  HYPERLINK \l _Toc296144875 3.3 微控制器模块  PAGEREF _Toc296144875 \h 11  HYPERLINK \l _Toc296144876 3.3.1 单片机的简介及选用  PAGEREF _Toc296144876 \h 11  HYPERLINK \l _Toc296144877 3.3.2 AT89C51介绍  PAGEREF _Toc296144877 \h 11  HYPERLINK \l _Toc296144878 3.3.3单片机相关电路的设计  PAGEREF _Toc296144878 \h 11  HYPERLINK \l _Toc296144879 3.4 信号测量模块的设计  PAGEREF _Toc296144879 \h 13  HYPERLINK \l _Toc296144880 3.4.1 传感器的选取  PAGEREF _Toc296144880 \h 13  HYPERLINK \l _Toc296144881 3.4.2 A/D模块设计  PAGEREF _Toc296144881 \h 17  HYPERLINK \l _Toc296144882 3.4.3 四分频电路的设计  PAGEREF _Toc296144882 \h 18  HYPERLINK \l _Toc296144883 3.4.4 信号测量电路的设计  PAGEREF _Toc296144883 \h 18  HYPERLINK \l _Toc296144884 3.5 数码显示模块的设计  PAGEREF _Toc296144884 \h 18  HYPERLINK \l _Toc296144885 3.5.1 数码显示的选择  PAGEREF _Toc296144885 \h 18  HYPERLINK \l _Toc296144886 3.5.2 LED显示电路的设计  PAGEREF _Toc296144886 \h 19  HYPERLINK \l _Toc296144887 3.6 电源电路模块设计  PAGEREF _Toc296144887 \h 19  HYPERLINK \l _Toc296144888 3.7 声光报警电路设计  PAGEREF _Toc296144888 \h 20  HYPERLINK \l _Toc296144889 3.8 本章小结  PAGEREF _Toc296144889 \h 21  HYPERLINK \l _Toc296144890 第4章 软件程序的设计  PAGEREF _Toc296144890 \h 22  HYPERLINK \l _Toc296144891 4.1 安全节点程序设计  PAGEREF _Toc296144891 \h 22  HYPERLINK \l _Toc296144892 4.1.1 井下安全节点主程序流程图  PAGEREF _Toc296144892 \h 22  HYPERLINK \l _Toc296144893 4.1.2 井上安全节点主程序流程图  PAGEREF _Toc296144893 \h 23  HYPERLINK \l _Toc296144895 4.2 CAN通信接口程序设计  PAGEREF _Toc296144895 \h 23  HYPERLINK \l _Toc296144896 4.2.1 初始化过程  PAGEREF _Toc296144896 \h 23  HYPERLINK \l _Toc296144897 4.2.2 自检过程  PAGEREF _Toc296144897 \h 24  HYPERLINK \l _Toc296144898 4.2.3 发送程序流程图  PAGEREF _Toc296144898 \h 24  HYPERLINK \l _Toc296144900 4.2.4 接收程序流程图  PAGEREF _Toc296144900 \h 24  HYPERLINK \l _Toc296144901 4.3 警戒值及报警值的设定  PAGEREF _Toc296144901 \h 25  HYPERLINK \l _Toc296144902 4.4 中断显示程序的设计  PAGEREF _Toc296144902 \h 25  HYPERLINK \l _Toc296144903 4.5 数据采集程序设计  PAGEREF _Toc296144903 \h 26  HYPERLINK \l _Toc296144904 4.6 本章小结  PAGEREF _Toc296144904 \h 27  HYPERLINK \l _Toc296144905 结束语  PAGEREF _Toc296144905 \h 28  HYPERLINK \l _Toc296144906 参考文献  PAGEREF _Toc296144906 \h 29  HYPERLINK \l _Toc296144907 致谢  PAGEREF _Toc296144907 \h 31  HYPERLINK \l _Toc296144908 附录A  PAGEREF _Toc296144908 \h 32  HYPERLINK \l _Toc296144909 附录B  PAGEREF _Toc296144909 \h 46  HYPERLINK \l _Toc296144910   PAGEREF _Toc296144910 \h 46  HYPERLINK \l _Toc296144911   PAGEREF _Toc296144911 \h 47  PAGE 47 第1章 引 言 1.1 选题的背景与意义 在当前煤炭市场需求旺盛的推动下,部分煤矿存在突击生产或盲目超产现象,造成近几年矿井安全事故发生率居高不下。我国煤炭资源丰富,但开采条件复杂,自然灾害严重,47%的矿井属于高瓦斯或瓦斯突出矿井[1]。煤矿井下工作环境非常恶劣,瓦斯爆炸和瓦斯突出事故时有发生[2]。我国煤炭产量占世界的31%,但煤矿死亡人数却占???界煤矿死亡人数的79%[3]。每次事故都造成了不同程度的人员伤亡和财产损失,很多事故的原因主要是因为生产过程中显现出的一系列的信息因素,如瓦斯涌出的检测信息的不及时获得,水灾征兆未及时发现、煤尘超限的忽视、★▽…◇火灾征兆的不及时侦测以及顶板来压征兆的忽视,机械设备运转过程中不正常信息的忽略以及井下信号的正确判断等信息处理错误等因素造成的[4]。 近年来,国家对煤矿企业安全生产要求的不断提高。2006年10月25日国家安全生产监督管理总局发布局长第10号令,对《煤矿安全规程》第158条进行了修改,规定“所有矿井必须装备矿井安全监控系统,矿井安全监控系统的安装、使用和维修必须符合本规程和相关规定的要求”。煤矿安全监控系统的好坏直接影响煤矿安全生产及矿区经济的发展。为保障煤矿的安全生产,关键是建立煤矿井下安全监测监控系统,形成煤矿井上、井下可靠的安全预警机制和管理决策信息通道。因此,通常需要在煤矿井下多个地方设置安全监控节点,对井下的瓦斯浓度、CO浓度、温度、风速等危险指标进行实时的监控,并将这些监控节点连成一个监控系统。 目前,煤矿企业所采用的主要是基于集散控制系统(DCS)的煤矿安全生产监测监控系统。DCS基本思想是分散控制、集中管理。基于DCS的煤矿安全生产监测监控系统采用集散控制,具有控制功能多样、操作维护方便、可靠性高、便于与其他计算机联用等优点。但由于不同生产厂商的DCS通信方式不同,导致DCS与之间、DCS与其上层Intranet/Internet网络之间均难以实现网络互联和信息共享,DCS的这种封闭性大大限制了其发展和应用。此外,DCS监控系统的现场到控制室信号连线过多致使系统复杂、建设与运行维护需要大量资金。 近年来以太网以其简单、高效、低费用的特点受到广泛关注和应用,基于以太网和 TCP / IP的解决方案,也被称为“透明工厂”。以太网大多用于网络数据处理,它更适合于车间级生产信息传输。如果应用于工作环境复杂、▼▲外界干扰大的矿井环境中,其在实时性、确定性和可靠性等方面还有诸多需要改进的地方。 随着煤矿现代化管理水平的不断提高,CAN现场总线技术被逐步应用到煤矿安全监控系统中。CAN 总线作为一种现场总线,由它组成的通信网络是个多主总线网络,该网络上的节点不分主从,所有节点在需要的情况下都可以主动要求发送数据,直接通信距离最远可达10 km(速率在5 kbps 时),网络上最多可挂接110个节点。同时,CAN 采用非破坏总线仲裁技术,当多个节点同时向总线发送信息而出现冲突时,优先级较低的节点会主动退出发送,而最高优先级的节点则可不受影响地继续传送数据,从而大大节省了总线冲突仲裁时间。因此,将煤矿井下所有安全监控节点设计成CAN 总线智能节点,并与地面中心站一起构成一个CAN 总线网络,以此来实现监控节点与地面中心站的数据交换、实现地面中心站对井下的安全状况进行监控,这无论从实时性、可靠性还是从通信距离上来说,都有其独特的优越性。 本设计基于CAN总线技术,在煤矿井下多个地方设置安全监控节点,并将这些监控节点连成一个监控系统,这对减少煤矿事故的发生具有重大意义,还能对所学知识在社会中的应用有一个深刻的了解和准确的定位,巩固自己所学的知识和对其的运用能力。 1.2 国内外的发展及现状 1.2.1国外煤矿安全监控系统的发展及现状 自20世纪60年代以来,随着信号传输技术的发展,煤矿安全监控技术已经历了四个发展阶段。 第一阶段:煤矿安全监控系统主要采用空分制信号传输方式,典型系统有法国的CTT63/40煤矿监测系统、波兰的CMM - 20、CMC - 1系统。 第二阶段:煤矿安全监控系统主要采用频率区分信道的频分制信号传输方式,大大减少了信号传输电缆的芯数,典型系统有西德的TF200系统。 第三阶段:煤矿安全监控系统主要采用分时区分信道的时分制信号传输方式,其通信规程比较严格、抗干扰能力强、传输电缆与测试点数无关、结构简单、配置灵活。典型系统有英国的MINOS系统、美国的DAN6400系统。 第四阶段:煤矿安全监控系统采用分布式微处理器技术为基础,以开发性、集成性和网络化为特征,信号的传输方式还是属于时分制范畴,典型系统有加拿大参透里昂600 型系统。 20世纪末以来,随着计算机技术、通信技术和微电子技术的发展,先进采煤国家应用机电一体化和自动化技术,实现了煤矿生产过程自动化和集约化生产,开发了全矿井综合自动化监控系统,集语言、数据、图像于一体,融监测、控制、通信功能、无线接入技术于一网,兼容各种专用监控系统功能,覆盖全矿井各生产和生产辅助环节,实现了对综采工作面和矿井运输、通风、排水、供电等设备工况参数以及矿井瓦斯浓度等环境参数的自动化监测和控制。其中具有代表性的产品是美国MSA公司生产的DAN6400系统,德国BEBRO公司的PROMOS系统。 1.2.2我国煤矿安全监控系统的发展及现状 我国煤矿在上世纪70年代开始引进波兰、英国的煤矿安全监测系统,最早在阳泉矿务局安装使用过英国的监测系统。在上世纪70年代末重庆安仪厂引进了德国的TF200监测系统,开始在国内大型煤矿安装使用,传输方式为频分制式,进入上世纪80年代以来,国内先后有20多家科研院所及厂家开始研制生产煤矿安全监测系统,其产品技术、特点、功能各有所长。其系统均由地面主站、井上下分站、传感器、电缆等组成,而系统技术水平仍停留在上世纪90年代初的水平[5]。没有较大的突破和发展。目前我国煤矿安全监控产品与国际上安全监控产品相比有两代差距,除传输系统和总线制的差距外。在传感器元件及工作原理方面还存在一些缺陷和不足之处。 目前国内主要的煤矿安全应用系统有[6]: (1) 镇江中煤电子KJl01系统。由我国第一代时分制监控系统创始人—贾柏青研制,贾在84年曾用Z80单板机在ABD-21断电仪上制造出我国第一套时分制监控系统(A-l系统)。 (2) 重庆煤科KJ90。KJ90系统的创始人是重庆煤科院机电所所长谷守禄.因1990年通过技术鉴定,由此得名KJ90系统。KJ90的各型分站本安电源全部采用关断式保护。主要技术难关是浪涌冲击和瞬变脉冲群。 (3) 北京长城瑞赛KJ4-2000。国内生产监控系统最早的厂家之一。始创于1984年,煤炭部与航天部联合引进美国统。经一年多消化吸收后诞生的中国自主知识产权产品,拥有很多大型煤矿用户群。瑞赛没有建立自己知识产权的传感器生产线,依靠其他厂家配套完成系统集成。 (4) 常州自动化所KJ95。常州煤科院的KJ95系统是在它的前身Ⅺ2系统的基础上发展而来的,创始人陈林,系统1996年通过技术鉴定。KJ95系统除能了生产部分传感器外,其他方面与北京长城瑞赛经营状况十分相似。 (5) 常州三恒KJ70。2000年之后成立的民营企业,三恒在众多的民营企业里是一支新兴的技术力量。其发展速度迅猛,传感器门类齐全,技术类力量也较雄厚。三恒的分站电源也是采用触发式关断保护,并且关断速度非常之快,与其配套的传感器输入启动电流偏大都会导致保护。 (6) 湖南煤矿安全仪器厂KJ122。KJ122型煤矿安全监控系统是湖南煤矿安全仪器厂和中国矿业大学联合开发的新一代高性能煤矿安全监控系统。基于现场总线技术,与之前的煤矿安全监控系统相比,△▪️▲□△具有功能齐全、结构灵活、分布及传输距离远、传输速度快速等特点。 此外比较著名的煤矿安全监控系统还有:江西煤研KJ65、北京仙岛KJ66、上海嘉利KJ92、长春东高Ⅺ19、抚顺安仪Ⅺ80和抚顺分院KJ2000等系统[7]。 1.3 设计的设想及预期结果 1.3.1 设计的任务和要求 本设计的主要任务将是如何实现现场安全监控节点与控制主机的网络连接和各项检测信号的处理。设计工作将主要围绕硬件设计和软件编写来进行。 硬件系统部分将主要由控制模块、数据采集模块、显示模块、电源模块组成。现场各安全检测节点的实时数据信息传送给上位机,下位机可对各节点的数据进行分析、比较、处理,然后将信息传给上位机,通过微处理器分析、处理、显示。硬件设计着重考虑了系统的硬件结构及其优化、抗干扰设计,充分利用微控制器的软件资源,发挥软件的作用。 根据设计的硬件,软件编写的目的是要确定控制算法、合适的软件结构和程序设计方法,绘制程序流程图,并采用汇编语言进行程序编制,最后将编制好的程序送入开发系统进行调试和脱机运行调试。软件主要由现场微控制器数据采集、处理、显示、智能节点与上位机的通信等部分组成。软件编制采用模块化设计,因此编程任务主要针对总线接口通信模块和信号的采集、处理和显示模块。 1.3.2 设计的设想和预期结果 本设计利用CAN总线技术,设计一个多点的数据采集监控系统,使其能够煤矿井下的多个位置进行监控,监控点80个以上,能同时对瓦斯浓度、CO浓度、风速和温度等各项数据进行采集和监测,地面中心站具有根据测得数据进行分析和判断功能,若检测数据超出规定范围,即发出报警,并实时对各种配置发出控制指令,从而完成设计任务,确保煤矿的安全生产。 本设计预期的工作过程和结果为:现场传感器检测到监控数据,通过调理放大、A/D转换,转换成数字信号,传递给微控制器,利用微控制器进行分析、处理,与上位机进行数据的交换,如果测得数据超过设定值则发出报警并启动通风装置,最后再通过单片机接口驱动LED数码管,显示所监测的数据。 第2章 整体方案设定 2.1 方案的论证和选择 方案一:基于ARM与CAN总线的煤矿井下安全监控系统的设计[8] 如图2.1,本方案采用基于ARM 7TDM I-S内核的ARM处理器S3C44B0X,该处理器具有:低功耗、高性能、高性价比的优点,同时具有丰富的内置部件,大大减少了系统电路中除处理器以外的元器件配置,大大降低了成本并减少了系统的复杂度。为了实现监控分站工作的稳定性、软件的可移植性便于日后升级,32位ARM处理器采用嵌入式操作系统是非常必要的。采用源代码公开的UC/OS-II操作系统,UC/OS-II具有内核小、结构简单、可移植性和可裁剪性好等优点。但是ARM与CAN总线控制器的兼容上存在问题。 图2.1 基于ARM与CAN总线的煤矿井下安全监控系统 方案二:基于单片机与CAN总线所示,本系统在实际工作时,测量部分把相应的参量分别转换为电压信号、数字信号、电流信号传送给单片机核心处理部分,核心处理部分把电流信号转换成电压信号,再通过A/D转换为数字信号进行采集,对采集到的数据进行处理同时显示出来,在单片机的flash中存储着用户设定好的CO浓度报警值,当测量的CO浓度超过报警值时则单片机进行声光报警,以此提醒用户采取措施,声光报警为蜂鸣器和红色LED小灯的同节奏鸣响和闪烁。如果用户想改变报警值则可以通过键盘进行设置,设置完成后报警值会被重新保存到flash中,其值不会因为掉电而丢失。 图2.2 基于单片机与CAN总线的煤矿井下安全监控系统 方案三:基于LabView与CAN总线的煤矿安全监控系统设计[10] 美国国家仪器公司于上世纪 80年代初提出虚拟仪器概念,用户可在通用计算机平台上根据需要定义和设计仪器的测试功能。与传统仪器相比,它具有灵活方便等优点。1986 年,NI公司推出的虚拟仪器编程环境 LabView,集成了满足GPIB、VXI、RS-232和RS-485协议的硬件及数据采集卡的通讯功能,内置应用于TCP/IP、ActiveX 等软件标准的库函数,标志着虚拟仪器设计软件平台基本形成 利用 LabView 对煤矿安全监控系统上位机数据处理、管理软件及数据通信软件进行开发,实现对环境数据及设备运行状态的监控和管理。其特点是在监控台工作时比较便捷,可以在PC机上显示和记录监控数据,▪️•★其总体结构图如图2.3所示。  EMBED Visio.Drawing.11  图2.3 基于LabView与CAN总线的煤矿井下安全监控系统 2.2 设计方案的确定 根据对以上各种方案的比较,以方案二为主,并同时做以下相应具体措施: (1) 方案二采用带有CAN总线接口的微处理器,软件编程复杂,成本高。本设计拟采用智能型节点,由独立的CAN控制器和单片机组成微处理器,这样可以采用通用的单片机仿真器,设计时更为灵活方便,使用也更加方便。通过此网络节点,进行数据的传输和控制显示等。 (2) 本次设计通过传感器采集到的模拟信号,须进行复杂的信号放大、A/D转换、查表线性化等处理,这些处理要求复杂的电路和较高的抗干扰能力,因此本设计采用煤矿专用的传感器,大大简化了传感器在嵌入式领域的应用硬件设计。 (3) 对所测的监控数据进行显示,给操作控制仪表的操作人员以直观的概念,本设计拟采用性价比高,结构简单,设计方便的LED显示所测的监控数据。 2.3 本章小结 本章主要是阐述了各种煤矿井下安全监控节点的设计方案,这些煤矿井下安全监控节点的方案主要有基于ARM和CAN的煤矿安全监控系统、基于单片机和CAN总线控制的设计、基于虚拟仪器LabView和CAN的设计。经过分析各种方案的特点,最后根据方案二确立了本次设计的整体方案,同时融入相应的改进措施,利用独立的CAN控制器和单片机组成网络节点对现场的数据进行测量及显示。 第3章 硬件电路设计 3.1 系统的整体硬件设计 基于CAN总线的煤矿井下安全监控系统的硬件结构主要由微控制器模块、数据检测与调理模块、CAN总线通讯接口模块、显示模块、电源模块五部分组成。其模块原理图如图3.1所示。其硬件总体电路原理图见附录B。 图3.1 总体方案图 3.2 CAN总线 CAN控制器的选取 1. 常用的CAN控制器 (1) SJA1000 SJA1000是一种独立的CAN控制器,主要用于移动目标和一般工业环境中的区域网络控制。它是Philips半导体公司PCA82C200CAN控制器(BasicCAN)的替代产品,而且还曾加了一种新的操作模式—PeliCAN,这种模式支持具有很多新特性的CAN2.0B协议。 (2) MCP2515 MCP2515是一款独立CAN控制器,是为简化连接CAN总线位高性能带有CAN控制器的微控制器,具有片内CAN控制器。它从MCS-51微控制器家族派生而来,采用强大的80C51指令集并成功地包括了Philips半导体SJA1000CAN控制器的PeliCAN功能。权静态内核提供了扩展的节电方式。振荡器可停止和恢复而不会丢失数据。改进的1:1内部时分频器在12MHz外部始终频率时实现500ns指令周期。 2. CAN???制器的选取 出于煤矿井下的恶劣环境和对传输速率的要求,MCP2515采用串口传输模式,而SJA1000采用并口传输,SJA1000在数据传输速率上优于MCP2515。此外SJA1000还具有多主通信,高可靠性,高传输率,连接方便等优点。故本设计选用SJA1000芯片作为CAN控制器[11]。 SJA1000在电路中是一个总线接口芯片,通过它实现上位机与现场微控制器之间的数据通信,该电路的主要功能是通过CAN总线接收来自上位机的数据进行分析组态,然后下传给下位机的控制电路实现控制功能,当CAN总线接口接收到下位机的上传数据,SJA1000就产生一个中断,引发微处理器产生中断,通过中断处理程序接收每一帧信息并通过CAN总线上传给上位机进行分析[12]。 SJA1000的主要新功能如下[13] [14]: (1) 标准结构和扩展结构报文的接收和发送; (2) 64字节的接收FIFO; (3) 标准和扩展帧格式都具有单/双接收滤波器(含接收屏蔽和接收码寄存器); (4) 可进行读/写访问的错误计数器; (5) 可编程的错误报警限制; (6) 最近一次的错误代码寄存器; (7) 每一个CAN总线错误都可以产生错误中断; (8) 具有丢失仲裁定位功能的丢失仲裁中断; (9) 单发方式(当发生错误或丢失仲裁时不重发); (10)只听方式(监听CAN总线,无应答,无错误标志); (11)支持热插拔(无干扰软件驱动位速率检测); (12)硬件禁止CLKOUT输出。 3.2.2 CAN总线收发器的选取 常用的CAN总线,本设计采用传统且稳定性较好的82C250作为CAN总线是CAN控制器与物理总线之间的接口,它最初是为汽车中的高速应用(达1Mbps)而设计的,器件可以提供对总线的差动发送和接收功能。82C250驱动电路内部具有限流电路,可防止发送输出级对电源、地或负载短路。虽然短路出现时功耗增加,但不致于使输出级损坏[16]。若结温超过大约160摄氏度,则两个发送器输出端极限电流将减小。由于发送器是功耗的主要部分,因而限制了芯片的温升,器件的所有其他部分将继续工作。 82C250的主要特性如下[17]: (1) 与ISO11898标准完全兼容; (2) 高速率(最高可达1Mbps); (3) 具有瞬间抗干扰及保护总线) 采用斜率控制,降低射频干扰; (5) 过热保护; (6) 总线与电源及地之间的短路保护; (7) 低电流待机模式; (8) 总线 CAN控制器与总线通信电路的设计 为了增强CAN总线节点的抗干扰能力,SJA1000的TX0和RX0并不直接与82C250的TXD和RXD相连,而是通过高速光耦6N137后与82C250相连,这样就很好的实现了总线上各CAN节点间的电气隔离。不过,应该说明的一点是,光耦部分电路所采用的两个电源VCC和VDD必须完全隔离,否则采用光耦也就失去了意义。电源的完全隔离可采用小功率电源隔离模块或带多5V隔离输出的开关电源模块实现。这些部分虽然增加了接口电路的复杂性,但是却提高了节点的稳定性和安全性。 82C250与CAN总线的接口部分也采用了一定的安全和抗干扰措施。★△◁◁▽▼82C250的CANH和CANL引脚各自通过一个5欧的电阻与CAN总线相连,电阻可以起到一定的限流作用,保护82C250免受过流的冲击。CANH和CANL与地之间并联了两个30pF的小电容,可以起到滤除总线上的高频干扰和一定的防电磁辐射的能力。82C250的Rs引脚上接有一个斜率电阻,电阻的大小可根据总线通信速度适当调整,一般在16~140千欧之间。 CAN总线 SJA1000与82C250的连接电路图 3.3 微控制器模块 3.3.1 单片机的简介及选用 在国内,目前单片机年应用量约6亿片左右,而且还在不断地增长。单片机是量大面广的高附加值产品,其常规用的1μm左右工艺已较为成熟。因此国家在1998年正式把“控制器(MCU)系列产品开发及应用”作为国家重点科技攻关项目[18]。 尽管单片机的品种很多,但是在国内使用较多的是Intel公司的MCS-51系列单片机。MCS-51系列是在MCS-48系列的基础上于20世纪80年代初发展起来的,虽然它仍然是8位单片机,但它有品种全、兼容性强、性能价格比高等特点,而且软硬件应用设计数据丰富。已为广大工程技术人员所熟悉,并得到了广泛的应用。 由于MCS-51系列单片机功能强、性能价格比高以及对MCS-51系列单片机的一些了解故选用MCS-51系列中的AT89C51单片机作为本设计的核心控制部件。 3.3.2 AT89C51介绍 AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压,高性能CMOS8位单片机,片内含4k bytes的可反复擦写的只读程序存储器(PEROM)和128 bytes的随机存取数据存储器(RAM),器件采用ATMEL公司的高密度、☆△◆▲■非易失性存储技术生产,兼容标准MCS-51指令系统,片内置通用8位中央处理器(CPU)和Flash存储单元,功能强大AT89C51单片机可用于许多高性价比的应用场合,可灵活应用于各种控制领域。 AT89C51具有如下特性[19]: 与MCS-51产品指令系统完全兼容; 4k字节可重擦写Flash闪速存储器; 1000次擦写周期; 全静态操作:0Hz-24MHz; 三级加密程序存储器; 128×8字节内部RAM; 32个可编程I/O口线个中断源; 可编程串行UART通道; 低功耗空闲和掉电模式。 3.3.3单片机相关电路的设计 1. 时钟电路的设计 MCS-51单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反向放大器,该高增益反向放大器的输入端为芯片引脚XTAL1,输出端为引脚XTAL2。这两个引脚跨接石英晶体振荡器和微调电容,构成一个稳定的自激振荡器。 本设计微调电容选用经典值30pF,石英晶体的振荡频率选择12MHz以使单片机达到快速的运行速度。单片机时钟电路如图3.3所示。 图3.3 单片机时钟电路 2. 单片机复位电路设计 单片机复位电路通常采用上电自动复位或者按钮复位两种。本设计采用按钮复位中的电平复位来实现复位功能。通过RST端经电阻与电源Vcc接通而实现, 时钟频率选用12MHz,电容C选用10uF,电阻选用1K。单片机复位电路如图3.4所示。 图3.4 单片机复位电路 3. CAN控制器与单片机的接口电路的设计 微处理器AT89C51负责SJA1000的初始化,通过控制SJA1000实现数据的接收和发送任务等通信任务。SJA1000的AD0~AD7连接到AT89C51的P0口,同时用单片机p2.7口与SJA1000连接,CPU通过p2.7口的输出可对SJA1000执行相应的读/写操作。SJA1000的、、分别与AT89C52的对应引脚相连,接AT89C52的,AT89C51也可通过中断方式访问SJA1000。单片机与CAN总线 单片机与CAN总线 信号测量模块的设计 3.4.1 传感器的选取 1. KGJ28A型低浓度甲烷传感器 KGJ28A型低浓度甲烷传感器能用于煤矿井下或其他有甲烷气体的场所,监测环境甲烷浓度,并连续自动地将甲烷浓度值转换成标准电信号传送给关联设备[19]。其电缆接线A型低浓度甲烷传感器引脚功能表 引脚功能描述1电源正极 2电源负极3信号输出4断电信号输出 该传感器可与国内各类型监测系统及断电仪、风电瓦斯闭锁装置等配套,适宜在煤矿采掘工作面、机电硐室,回风巷道等地点固定使用。传感器结构设计充分考虑了恶劣的环境条件,在结构强度和防水性能方面都采取了有效的措施,同时还特别加大了接口连接器的尺寸,保证传感器能稳定可靠地工作。其主要特点有: (1) 采用新型单片微机和高集成数字化电路,使电路结构简单,性能可靠,便于维修与调试; (2) 用新型敏感元件,使仪器性能更加稳定,调校周期大大延长; (3) 实现了红外遥控调校零点、灵敏度、报警点等功能,使调校方便简单; (4) 增加了传感器断电控制功能,并可任意设定断电点,实现了一机多用; (5) 采用新型开关电源,降低了整机功耗,增加了仪器传输距离; (6) 增加了故障自检功能,便于使用与维护; (7) 设计了新型高强度外壳结构,增强了仪器抗冲击能力。 KGJ28A型低浓度甲烷传感器技术指标其技术指标如表3.2所示。 表3.2 KGJ28A型低浓度甲烷传感器技术指标表 测量范围0.00%CH4~4.0%CH4基本测量误差0.00%CH4~1.00%CH4 ≤±0.10%CH4 1.00%CH4~2.00%CH4 ≤±0.20%CH4 2.00%CH4~4.00%CH4 ≤±0.30%CH4信号输出频率:200Hz~1000Hz(脉冲宽度大于0.3ms)(优选); 电流:1mA.DC~5mA.DC ;元件检测反应速度≤30S热催化元件寿命一年以上工作电流≤80mA(18V. DC)工作电压9V ~ 24V.DC防爆等级ExibI矿用本质安全兼隔爆型传感器到分站的最大传输距离2.0 km 2. GT500A型一氧化碳传感器 GT500A型一氧化碳传感器主要用于煤矿井下监测一氧化碳气体浓度。它可以连续自动地将井下一氧化碳浓度转换成标准电信号输送给关联设备,并具有就地显示浓度值,超限声光报警等功能。该传感器经国家防爆检验机关进行联机检验后,可与国内各类型监测系统配套,适用于有自燃倾向的采掘工作面、回风巷、采空区等地点固定使用。其电缆接线A型一氧化碳传感器引脚功能表 引脚功能描述1电源正极 2电源负极3信号输出4断电信号输出 该传感器经国家防爆检验机关进行联机检验后,可与国内各类型监测系统配套,适用于有自燃倾向的采掘工作面、回风巷、采空区等地点固定使用。其特点有: (1) 采用新型进口敏感元件,使用寿命长,仪器性能更加稳定; (2) 采用新型单片微机和高集成数字化电路,使电路结构简单,性能可靠,便于维修与调试; (3) 采用非易失性储存芯片,传感器具备了24小时现场数据存储和查询功能(即监测数据“黑匣子”功能); (4) 采用红外遥控调校零点、灵敏度、报警点等功能,调校简便; (5) 外壳采用不锈钢材料设计,增强了传感器的抗冲击和抗腐蚀能力。 GT500A型一氧化碳传感器技术指标其技术指标如表3.4所示。 表3.4 GT500A型一氧化碳传感器技术指标表 测量范围0ppm~500ppm基本测量误差0.00ppm~19.0ppm ≤±2ppm 20.0ppm~99.0ppm ≤±4ppm 100ppm~500ppm ≤±5.0%信号输出 0~500ppm线mA)信号带负载能力0~500Ω报警方式间歇式声光报警声强≥85dB光强能见度20m报警点范围008ppm~499ppm连续可调元件检测反应速度≤30s寿命一年以上整机工作电压9 V.DC~24V.DC整机工作电流≤55mA(18V.DC)防爆等级ExibI矿用本质安全型 3. GW50型温度传感器 GW50型温度传感器是用于监测煤矿井下环境温度或抽放管道内气体温度的传感器,能就地数字显示温度测量值并输出信号至分站。传感器电路采用单片机设计,能就地显示检测温度值,同时输出多种信号,供远程采集;能遥控调校零点和灵敏度,并具备故障自检功能,给使用和维护带来很大的方便。传感器的电源电路采用开关电源,使整机功耗更低,有利于提高分站和传感器之间的传输距离。其电缆接线型温度传感器引脚功能表 引脚功能描述1电源正极 2电源负极3信号输出4断电信号输出 传感器的电源电路采用开关电源,使整机功耗更低,有利于提高分站和传感器之间的传输距离。其技术指标如表3.6所示。 表3.6 GW50型温度传感器技术指标表 测量范围0.0℃~100.0℃基本测量误差≤±1.0℃信号输出0.0℃~100.0℃(或-25.0℃~+125.0℃)线mA)信号带负载能力0Ω~400Ω检测速度≤30s寿命一年以上整机工作电压9 V.DC~24V.DC整机工作电流≤50mA (8V.DC)防爆等级ExibI 矿用本质安全型 4. GFW15型风速传感器 GFW15型风速传感器是适用于煤矿井下通风巷道,风口,扇风机井口等巷道中测量风流速度的固定式本质安全型传感器。该传感器采用超声波涡街原理,可靠性高,介质适应性强,工作温度范围宽,准确度高。其电缆接线型风速传感器引脚功能表 引脚功能描述1电源正极 2电源负极3信号输出4断电信号输出 该传感器防爆型式为矿用本质安全型,防爆标志:ExibI。可应用于煤矿有瓦斯和粉尘爆炸的危险场所中。可用于矿井中各通道的风速采集和监测,其技术指标如表3.8所示。 表3.8 GFW15型风速传感器技术指标表 测量范围0.3m/s~15m/s基本测量误差≤±0.3m/s信号输出 电流:1~5mA 频率:200Hz~1000Hz工作电压18V工作电流≤100 mA.DC电源波动范围9 V.DC~24V.DC敏感元件工作频率145kHz传感器到分站和电源箱的最大传输距离2.0km3.4.2 A/D模块设计 A/D芯片选用8位高速采集芯片ADC0809。在本设计中,A/D模块的功能是将外部模拟信号通过ADC0809转换成数字信号后并行输入到AT89C51,然后AT89C51将其打包,并行输出至CAN总线,经总线收发器至CAN总线的电路综合功能如下: (1)分辨率为8位; (2)最大不可调误差小于±1LSB; (3)单一+5V供电,模拟输入范围0-5V; (4)具有锁存控制的8路模拟开关; (5)可锁存三态输出,输出与TTL兼容; (6)功耗为15MW; (7)不必进行零点和满度调整; (8)转换速度取决于芯片的时钟频率。 时钟频率范围10-1280KHz,当时钟为500KHz,转换速率为128Byte/s。 本设计采用ADC0809的IN0-IN3端口进行采集模拟信号,■□使用P2.3口与ADC0809的启动控制转换输入引脚OE连接,P2.0-P2.2口分别与ADC0809的ABC引脚相连来实现对模拟通道的选择。ADC0809的时钟频率范围要求在10-1280kHz,AT89C51单片机的ALE脚的频率是单片机时钟频率的1/12,因此当单片机的时钟频率采用12MHz,ADC0809输入时钟频率即为CLK=1MHz,发生启动脉冲后需延时100us才可读取A/D转换数据。 3.4.3 四分频电路的设计 由于ADC0809的CLK的时钟脉冲选用的是500KHz,所以需要把单片机ALE产生的2MHz的脉冲进行4分频,★-●△▪️▲□△▽接到ADC0809的CLK管脚。分频选用的是74LS74芯片。74LS74是一个边沿触发器数字电路器件,每个器件中包含两个相同的、相互独立??边沿触发D触发器电路模块。分频电路如下图3.6所示。 图3.6 四分频电路 3.4.4 信号测量电路的设计 由于传感器输出为1-5mA的电流,本设计采用并联一个精密1K欧电阻的方式来使电流信号转换成电压信号,分别传送给ADC0809的IN-0至IN-3输入端口,由ADC0809的数字输出端口D0-D7传送至单片机,传感器与单片机连接电路如图3.7所示。 图3.7 传感器与单片机连接电路 3.5 数码显示模块的设计 3.5.1 数码显示的选择 数码管在仪器仪表中主要是显示单片机的输出数据、状态等,LED是由若干个发光二极管组成的,当发光二极管导通时,相应的一个点或一个笔画发亮。控制不同组合的二极管导通,就能显示出各种字符。 7段发光二极管,再加上一个小数点位,共计8段。因此提供给LED显示器的段码正好一个字节。各段与字节中各位的对应关系如表3.9段码表。 表3.9段码表 代码位D7D6D5D4D3D2D1D0显示段dpgfedcba 常用的LED显示器有7段和“米”字段之分。本设计采用共阴极7段LED数码管显示 。共阴极LED显示器的发光二极管的阴极连接在一起,通常此共阴极接地。当某个发光二极管的阳极为高电平时,发光二极管点亮,相应的段被显示。使用LED显示器时,为了显示数字或符号,要为LED显示器提供代码段,因为这些代码通过各段的亮与灭来为显示不同字形的,称之为段码。 3.5.2 LED显示电路的设计 本设计LED显示部分利用上位单片机的P0.0-P0.7口传输数据,利用P2.4-P2.6口控制74HC138译码器片选LED来实现4种监控数据在LED上的显示,利用74HC4511将BCD码译成断码实现显示和数据的锁存。LED显示电路如图3.8所示。 图3.8 LED显示电路图 3.6 电源电路模块设计 本设计采用5V电源,电源的工作过程是:首先由变压器将220V交流电变成10V左右的交流电,由单相整流桥对10V左右的交流电进行整流,使交流电变成单向脉动的直流电,再经滤波电容C9(C12)将单向脉动电压中的脉动成分滤掉使输出电压变成比较平滑的直流电压,最后由集成稳压电路把比较平滑的直流电压稳定在+5V上下。为了得到更加稳定的直流电,我们经常在稳压后再加一个滤波电容C11(C14),滤除直流电中的一些交流量。由于为了降低CAN总线节点的抗干扰故采用两个独立的电源VCC和VDD,其原理图如图3.9所示。 图3.9 VCC和VDD电源电路图 此外,本设计传感器需要一个15V和一个12V直流电源,其过程与5V电源相似,区别在于要先用变压器分别将220V交流电变成22V和13V左右的交流电,其原理图如图3.10所示。 图3.10 传感器电源电路 3.7 声光报警电路设计 本设计声光报警部分如图3.11所示,单片机P2.3口通过限流电阻R与三极管基极相接,三极管集电极接有发光二极管和蜂鸣器,当单片机输出高点平时,三极管导通发光二极管点亮,蜂鸣器有电流流过,这样蜂鸣器两端就会有波动的电流使蜂鸣器发出声响。 图3.11 声光报警电路 3.8 本章小结 本章主要对系统的整体硬件进行阐述,整体电路包括CAN总线、CAN总线、信号检测、LED数码显示和电源电路等,主要构成的模块有CAN通信接口模块、微控制器模块、显示模块、电源模块和声光报警模块。 第4章 软件程序的设计 本监控节点软件设计由两大模块组成:CAN通信接口模块和数据采集处理显示模块。由于系统软件实现了模块化,对于不同的系统功能或不同的应用环境,可以方便的进行编程重组利用。 4.1 安全节点程序设计 4.1.1 井下安全节点主程序流程图 井下安全节点程序工作过程为:安全节点上电后首先对微控制器内CPU的RAM区进行自检,RAM区主要存储采样数据、计算数据和网络变量、报文;自检完毕后,开始进行初始化;接下来微控制器循环采样监测数据;由微控制器对监测数据进行分析,如数据超标则控制通风设施并开启风门进行通风;将监控值送往CAN总线。井下安全节点主程序流程图如图4.1所示。 图4.1 井下安全节点主程序流程图 4.1.2 井上安全节点主程序流程图 井上安全节点程序工作过程为:安全节点上电后首先对微控制器内CPU的RAM区进行自检,RAM区主要存储采样数据、计算数据和网络变量、报文;自检完毕后,开始进行初始化;接下来微控制器循环判断总线中是否有数据发送过来,如有则将数据接收;由微控制器对监测数据进行分析并显示出来,如数据超标则发出报警通知监控人员采取必要的措施。井上安全节点主程序流程图如图4.2所示。 图4.2 井上安全节点主程序流程图 4.2 CAN通信接口程序设计 CAN通信接口软件设计主要包括以下几个部分:CAN初始化、数据发送、数据接收和自检过程。 4.2.1 初始化过程 SJA1000的初始化只有在复位模式下才可以进行,初始化主要包括工作方式的设置、验收滤波方式的设置、验收屏蔽寄存器(ACR)和验收代码寄存器(ACR)的设置、波特率参数设置和中断允许寄存器(IER)的设置等。在完成SJA1000的初始化设置以后,SJA1000就可以回到工作状态,进行正常的通信任务。电路中SJA1000使用的外部晶振的频率是16MHz。 4.2.2 自检过程 进行CAN总线智能节点的自检,可测试CAN总线和网络终端在内的物理层接口是否可用,测试SJA1000和82C250是否工作正常。SJA1000支持两种不同的自检模式:全局自检和局部自检。全局自检时必须至少有一个其他的CAN节点连接到总线上以得到一个应答,而局部自检可应用于单节点的测试,它不需要其他节点的应答。但局部自检的模式下,SJA1000必须处于自检测模式中,然后启动发送和自接收请求命令一起执行,而全局自检测模式只需启动发送和自接收请求命令即可。 接收CAN报文配置中断允许寄存器和验收滤波器时,SJA1000必须先进入复位模式,然后选定自检测模式并退出复位状态,在正常工作模式下填充报文,最后启动发送和自接收请求命令。 4.2.3 发送程序流程图 发送数据程序把数据存储区中待发送的数据取出,组成信息帧,并将主机的ID地址,填入帧头,然后将信息帧发送到CAN控制器的发送缓冲区。在接收到主机的发送请求后,发送程序启动发送命令。信息从CAN控制器发送到总线是由CAN控制器自动完成的。发送程序流程图如图4.3所示。 图4.3 CAN发送程序流程图 4.2.4 接收程序流程图 接收子程序负责节点报文的接受以及其他情况的处理。接收程序需从接收缓冲区读取信息,并将其存储在数据存储区。在处理接受报文的过程中,同时要对诸如总线关闭、错误报警、接受溢出等情况进行处理。接收程序流程图如图4.4所示。 图4.4 CAN接收程序流程图  SHAPE \* MERGEFORMAT  4.3 警戒值及报警值的设定 根据煤矿安全规程2010版的规定[20],井下各工作面警戒指标各不相同,本设计仅以低瓦斯矿井的采煤工作面的设定值为例,确保井下的正常工作,保护井下工作人员的人身安全。警戒值及报警值设定如表4.1所示。 表4.1 警戒值及报警值设定 检测指标警戒值报警值甲烷0.7%1%CO15ppm24ppm温度25℃30℃风速0.25m/s1m/s 4.4 中断显示程序的设计 中断显示流程图如图4.5所示。 图4.5 中断显示流程图 4.5 数据采集程序设计 采集程序流程图如图4.6所示。 图4.6 采集程序流程图 数据采集部分依靠ADC0809进行采集和A/D转换,ADC0809的工作过程为:先送通道号地址到ADDA-ADDC,由ALE信号锁存通道号地址,后让OE有效启动A/D转换,即执行一条MOVX @DPTR,A指令产生WR灭信号,使ALE、OE有效,锁存通道号并启动A/D转换。A/D转换完后,EOC端发出一正脉冲,◆●△▼●接着执行MOVX A,@PTRD产生读信号,使OE端有效,打开锁存器三态门,数据就读入到CPU中。 4.6 本章小结 本章主要阐述了设计的软件部分,利用汇编语言将程序分为两部分:CAN接口通信模块和数据采集显示模块。CAN通信接口模块主要包初始化过程、发送数据过程、接收数据过程。 结束语 本设计选用实时性好、可靠性高、灵活性好的CAN总线单片机组成的微控制器,以及煤矿专用的传感器,传感器部分均通过ExibI防爆等级认证,达到煤矿井下环境的要求,完全满足任务要求,为全面研究和开发基于CAN总线的节点建立了一个平台。 本设计从硬件设计和软件编程两个方面阐述了煤矿井下安全节点的设计,并通过仿真数据分析充分验证了方案的可行性。该系统的突出特点表现在: 1.该系统需选用独立的CAN控制器SJA1000和AT89C51单片机方便灵活的控制系统; 2.该系统选用的传感器均通过ExibI防爆等级认证,适用于煤矿井下的恶劣环境,不会带来安全隐患,同时附带报警功能,井下工作人员在遇到突发状况的第一时间能够接到通知,采取必要的行动。 3.CAN控制器SJA1000符合CAN总线协议,采用先进的多级缓冲器改善了实时性能,不仅能与上位机通信,还能与CAN总线上其它智能节点通信,实时反应现场状态。 4.该系统硬件上,从元器件的选择及电路的设计,充分进行了抗干扰设计,抗干扰能力强。 但是由于时间和实验条件等方面的限制,本设计还需要进一步完善如下工作: 1.在一个实际CAN网络中,主从式通讯需要确定节点的地址,CAN总线虽然不需要目标地址,但是需要设置每个CAN节点的ID,可以考虑用拨码开关来设置,或者用软件编程来实现。 2.本设计井下安全节点部分环境的调节设备并没有给出,需根据井下的实际情况进行选择,通常需要通风设备和风门来实现井下环境的控制。 参考文献 [1]安永忠.对我国煤矿安全监测监控系统的认识和研究[J].中小企业管理与科技,2010(4):42-44. 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[20]煤矿安全规程2010版[S]. 2010年3月. 致 谢 首先感谢系领导及学校,给我们提供了这样一个优异的学习环境,开放的图书馆和阅览室使我们能够方便快捷的查阅到很多需要的知识和信息;先进的实验室能够使我们巩固了所学的知识,还理解了书本上的知识是如何应用到实际工作中。 此外,我还要衷心感谢我的导师于浩洋副教授。本设计是在导师的精心指导和悉心关怀下完成的,导师不仅在学业上,而且在生活上也给予本人极大的关心和帮助。导师渊博的知识,严谨的治学态度,宽广的胸怀,宽宏谦和的高贵品质,以及兢兢业业,勤政务实的敬业精神,永远是我学习的榜样,将使我受益终生。从尊敬的导师身上,我不仅学到了扎实、宽广的专业知识,也学到了做人的道理。还有教研室的所有老师,他们不辞辛苦,努力为我们解决一切问题,一次次的监督和鼓励,使我能够顺利的完成毕业设计。 最后,我要感谢所有帮助我的同学们,四年的大学生活即将过去,我很珍惜我们之间的友谊,愿我们的友谊能够天长地久。 附录A CAN通信接口模块功能: 自检程序: LSEFTT: MOV DPTR,#MODE ;模式寄存器 MOV A,#01H ;进入复位模式 MOVX @DPTR,A MOV DPTR,#CDR ;时钟分频寄存器 MOV A,#88H ;选择PeliCAN模式,关闭时钟输出(CLKOUT) MOVX @DPTR,A MOV DPTR,#IER ;中断允许寄存器 MOV A,#03H ;开放发送中断和接收中断 MOVX @DPTR,A MOV DPTR,#AMR ;验收屏蔽寄存器 MOV R6,#4 MOV A,#0FFH ;验收屏蔽位全部置1,可接收任何代码的报文 SAMR: MOVX @DPTR,A ;验收屏蔽寄存器赋初值 INC DPTR DJNZ R6,SAMR MOV DPTR,#MODE ;模式寄存器 MOV A,#04H MOVX @DPTR,A MOV DPTR,#4FFFH ;SJA1000发送缓存区首址 MOV A,#81H ;发送扩展帧格式数据帧,数据场长度为1字节 MOVX @DPTR,A INC DPTR MOV A,#55H ;4字节标识符赋值 MOVX @DPTR,A INC DPTR MOV A,#0AAH ;数据场(1字节) MOVX @DPTR,A MOV DPTR,#CMR ;命令寄存器 MOV A,#10H MOVX @DPTR,A ;启动发送和自接收请求命令 初始化模块: MODE EQU 0000H CMR EQU 0001H SR EQU 0002H IR EQU 0003H IER EQU 0004H BTR0 EQU 0006H BTR1 EQU 0007H OCR EQU 0008H ACC EQU 0011H ECC EQU 0012H CDR EQU 001FH CANINI: MOV DPTR,#MODE;模式寄存器 MOV A,#09H ;进入复位模式,对SJA1000进行初始化 MOVX @DPTR,A MOV DPTR,#CDR ;时钟分频寄存器 MOV A,◇▲=○▼=△▲#88H ;选择PeliCAN模式,关闭时钟输出(CLKOUT) MOVX @DPTR,A MOV DPTR,#IER ;中断允许寄存器 MOV A, #0DH ;开放发送中断,溢出中断和错误警告中断 MOVX @DPTR,A MOV DPTR,#AMR ;验收屏蔽寄存器 MOV R6,#4 MOV R0,#0030H ;验收屏蔽寄存器内容在片内RAM的首址 AMRINI: MOV A,@R0 MOVX @DPTR,A ;验收屏蔽寄存器赋初值 INC DPTR DJNZ R6,AMRINI MOV DPTR,#ACR ;验收代码寄存器 MOV R6,#4 MOV R0,#0020H ;验收代码寄存器内容在片内RAM中的首址 ACRINI: MOV A,@R0 MOVX @DPTR,A ;验收代码寄存器赋初值 INC DPTR DJNZ R6,ACRINI MOV DPTR,#BTRO;总线H MOVX @DPTR,A MOV DPTR,#BTR1 ;总线FFH ;设置波特率 MOVX @DPTR,A MOV DPTR,#OCR ;输出控制寄存器 MOV A,#0AAH MOVX @DPTR,A MOV DPTR,#RBSA ;接收缓存器起始地址寄存器 MOV A,#0 ;设置接收缓存器FIFO起始地址为0 MOVX @DPTR,A MOV DPTR,#TXERR ;发送错误计数寄存器 MOV A,#0 ;清楚发送错误计数寄存器 MOVX @DPTR,A MOVX DPTR,#ECC ;错误代码捕捉寄存器 MOV A,@DPTR ;清除错误代码捕捉寄存器 MOV DPTR,#MODE ;模式寄存器 MOV A,#08H ;设置单滤波接收方式,并返回工作状态 MOV @DPTR,A RET 发送数据帧 TDATA: MOV DPTR,#SR ;状态寄存器 MOVX A,@DPTR ;从SJA1000读入状态寄存器值 JB ACC.4,TDATA ;判断是否正在接收,正在接收则等待 TS0: MOVX A,@DPTR JNB ACC.3,TS0 ;判断上次发送是否完成,未完则等待发送完成 TS1: MOVX A,@DPTR JNB ACC.2,TS1 ;判断发送缓冲区是否锁定,锁定则待 TS2: MOV DPTR,#4FFFH ;#4FFFH为SJA1000发送缓存区首址 MOV A,#88H ;发送扩展帧格式数据帧,数据场长度为8字节 MOVX @DPTR,A INC DPTR MOV A,#01H ;4字节标识符,根据实际情况赋值 MOVX @DPTR,A INC DPTR MOV A,#02H MOVX @DPTR,A INC DPTR MOV A,#03H MOVX @DPTR,A INC DPTR MOV A,#04H MOVX @DPTR,A MOV R0,#60H ;60H单片机片内RAM发送数据区首址 MTBF: MOV A,@R0 INC DPTR MOVX @DPTR,A INC R0CJNER0,#0060H+8,MTBF ;向发送缓冲区写8字节 MOV DPTR,#CMR MOV A,#01H MOVX @DPTR,A ;启动SJA1000发送 RET 发送远程帧 TRMF: MOV DPTR,#SR ;状态寄存器 MOVX A,@DPTR ;从SJA1000读入状态寄存器值 JB ACC.4,TDATA ;判断是否是在接收,正在接收则等待 TR0: MOVX A,@DPTR JNB ACC.3,TR0 ;判断上次发送是否完成,未完成则等待完成 TR1: MOVX A,@DPTR JNB ACC.2,TR1 ;判断发送缓冲区是否锁定,锁定则等待 TR2: MOV DPTR,#4FFFH ;4FFFH为SJA1000发送缓冲区首址 MOV A,#0C8H ;发送扩展帧格式远程帧,请求数据长度为8字节,可改变 MOVX @DPTR,A INC DPTR MOV A,#01H ;4字节标识符,根据实际情况赋值 MOVX @DPTR,A INC DPTR MOV A,#02H MOVX @DPTR,A INC DPTR MOV A,#03H MOVX @DPTR, INC DPTR MOV A,△#04H MOVX @DPTR,A ;远程帧无数据场 MOV DPTR,#CMR ;命令寄存器地址 MOV A,#01H MOVX @DPTR,A ;启动SJA1000发送 RET 接收子程序: SEARCH: M