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基于AVR单片机的煤矿传感器设计

作者:时间:2013-12-12来源:网络收藏
1引言

由于近年来煤矿瓦斯事故频发,并且动则死伤矿工十余人甚至上百人。鉴于此,国家安全生产监督管理总局在《煤矿安全规程》中明确规定,“所有矿井必须安装矿井安全监控系统。”为了满足市场需要,煤矿监控系统的研发和生产呈越来越旺的趋势。其中,煤矿用传感器是直接面对矿井具体工作环境的最直接设备。传感器的工作性能、可靠性、可调节性与可升级性直接影响煤矿监控系统的正常运行。

迄今为止,我国的矿井瓦斯监测监控系统仍处于开发阶段,虽然很多产品已投放市场并正式运行,但大部分产品并没有最后定型。因此,对的研究与开发更有利于其发展,并推动煤矿用其他检测控制装置的研究,使矿用产品越来越成熟。

2 现有传感器的设计

综观现有传感器,基本上都以单片机为核心,并辅以敏感元件作为检测装置,A/D转换电路将检测到的数据转换为单片机可识别的数字信号并送至单片机中处理,同时配备作为数据或程序的存储。本文以煤炭科学研究总院重庆分院研制开发的KG9701智能低浓度甲烷传感器为例进行分析。

基于AVR单片机的煤矿传感器设计

KG9701可检测煤矿井下0~4.00%CH4沼气浓度,并连续自动地将井下沼气浓度转换成标准电信号输送给关联设备,并具有就地显示瓦斯浓度值,超限声光报警等功能。性能稳定、测量精确、响应速度快、结构坚固、易使用易维护等特点,并具备遥控调校、断电控制、故障自校自检等新功能。

KG9701于2000年研制成功并投放市场,目前已广泛应用于全国大、中、小型煤矿,在国内市场占有率超过60%。该传感器设计寿命为3年,目前已进入更新换代时间。

本电路主要由以下几个主要部份组成:

(1)单片机电路

整机电路以89C51作为核心,采用AT24C02,可存储256 B数据,防止传感器掉电后检测数据丢失。看门狗电路由MAX813组成,防止单片机程序跑飞,并在程序跑飞后重启单片机以使单片机正常运行。

(2)电源电路

传感器接受分站送入的8~24 V直流电压,由MC34063构成的开关电源及LM358构成的二次稳压电路构成的本安电源转换成系统所需要的电压,为整机供电。正负电源转换由ICL7660构成并输出-5 V电压供A/D转换电路使用。

(3)采样电路

采样电路由A/D转换与敏感元件2部份构成。敏感元件感应井下沼气浓度,并送至A/D转换电路。A/D转换电路由ICL7109组成,以12 b精度进行采样,并将结果转换成8位数字信号,送至89C51处理,同时将数据存入中保存。

(4)报警及显示

在井下沼气浓度超限时,由CD4011驱动喇叭及发光二极管报警。74HC373驱动4位数码管显示沼气浓度,在调试传感器时显示各调试值。

(5)红外接收电路

红外接收电路接收遥控器传来的遥控信号,以完成传感器的调整与设置。

3 89系列单片机与的对比

KG9701采用传统的89C51单片机。由于推出时间长、设计资料丰富、应用面广,掌握该芯片使用的技术人员多。但随着科学技术的发展,新型单片机与其相比而言有更多优势。现就2种单片机做一对比。

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