煤礦主扇壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

緒論課題背景通風(fēng)機(jī)是煤礦四大主要設(shè)備（空壓機(jī)、通風(fēng)機(jī)、提升機(jī)、排水泵）之一。空壓機(jī)—壓縮空氣；提升機(jī)—提運(yùn)原煤和礦工；排水泵—排水，而通風(fēng)機(jī)的作用就是為了保證礦井安全生產(chǎn)，需要不斷地向井下提供足夠的新鮮空氣供人員呼吸，同時(shí)稀釋和排除井下各種有毒、有害、有爆炸性的氣體和粉塵，它對(duì)礦井的重要性就象肺臟對(duì)人體的作用。礦井通風(fēng)是礦井各生產(chǎn)環(huán)節(jié)中最基本的一環(huán)，它供給礦井新鮮風(fēng)量，以沖淡并排出井下的毒性、窒息性和爆炸性的氣體和粉塵，保證井下風(fēng)流的質(zhì)量（成分、溫度和速度）和數(shù)量符合國家安全衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，提供良好的工作環(huán)境，防止各種傷害和爆炸事故，保障井下人員身體健康和生命安全，保護(hù)國家資源和財(cái)產(chǎn)，在礦井建設(shè)和生產(chǎn)期間始終占有非常重要的地位。礦井通風(fēng)技術(shù)是煤礦治理瓦斯、煤塵及火災(zāi)的基礎(chǔ)，合理高效的礦井通風(fēng)系統(tǒng)是煤礦安全生產(chǎn)的基本保障。隨著企業(yè)信息化的不斷深入，安全生產(chǎn)信息化成為企業(yè)信息化首當(dāng)其沖的重要內(nèi)容。利用現(xiàn)代化的信息技術(shù)手段，建設(shè)安全生產(chǎn)監(jiān)督管理信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，才能將安全生產(chǎn)監(jiān)督管理工作做好。通風(fēng)機(jī)是礦井安全的重要設(shè)備，礦井人員必須隨時(shí)掌握主扇的運(yùn)行狀況和主扇的各種參數(shù)，主扇在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能在主扇運(yùn)行中準(zhǔn)確地反映和記錄風(fēng)機(jī)的運(yùn)行曲線、風(fēng)道的負(fù)壓、靜壓、動(dòng)壓和溫度參數(shù)，并能進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄、存檔和故障報(bào)警，能隨時(shí)從微機(jī)中調(diào)出主扇的運(yùn)行情況。主扇在煤礦安全中起著非常重要的作用，對(duì)煤礦的安全有保障的功能。煤礦主扇是建立在地面上的一個(gè)大型通風(fēng)設(shè)備，它被安放在一個(gè)有兩個(gè)口的地下通道的一端地面上，負(fù)責(zé)向井下吹風(fēng)，然后從另一個(gè)通風(fēng)口出來，將里面的瓦斯排出，從而有效的保護(hù)井下的安全，減輕了井下的安全隱患。礦井通風(fēng)是煤礦安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)，它不但具有向井下各用風(fēng)地點(diǎn)輸送新鮮風(fēng)流，保障井下作業(yè)人員呼吸的重要功能，同時(shí)，還肩負(fù)著稀釋、排除礦井瓦斯與粉塵以及作業(yè)區(qū)間的降溫等重任。軸承作為主扇的主要部件，由于軸承的不正常發(fā)熱，輕則熱軸、固化造成機(jī)破，影響風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，重則造成熱切軸，使井下停止供風(fēng)，形成各種安全隱患和重大安全事故的引線，嚴(yán)重影響煤礦安全，對(duì)國家造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。所以要保證煤礦正常工作，對(duì)主扇軸承溫度和風(fēng)壓得監(jiān)測(cè)具有非常重要的意義。國內(nèi)外研究現(xiàn)狀國內(nèi)：我國監(jiān)測(cè)監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用較晚，80年代初，從波蘭、法國、德國英國和美國等（如DAN6400、TF200、MINOS和Senturion-200）引進(jìn)了一批安全監(jiān)控系統(tǒng)，裝備了部分煤礦；在引進(jìn)的同時(shí)，通過消化、吸收并結(jié)合我國煤礦的實(shí)際情況，先后研制出KJ2、KJ4、KJ8、KJ10、KJ13、KJ19、KJ38、KJ66、KJ75、KJ80、KJ92等監(jiān)控系統(tǒng)，在我國煤礦已大量使用。實(shí)踐表明安全監(jiān)控系統(tǒng)為煤礦安全生產(chǎn)和管理起到了十分重要的作用，各局礦已作為一項(xiàng)重大安全裝備。由于當(dāng)時(shí)相當(dāng)一部分監(jiān)控系統(tǒng)由于技術(shù)水平低、功能和擴(kuò)展性能差、現(xiàn)場(chǎng)維修維護(hù)和技術(shù)服務(wù)跟不上等原因，或者已淘汰、或者停產(chǎn)。因此造成相當(dāng)一部分礦井無法繼續(xù)正常使用已裝備的系統(tǒng)。特別是近年來由于老系統(tǒng)服務(wù)年限將至，已無繼續(xù)維修維護(hù)的必要，系統(tǒng)面臨更新改造的機(jī)遇。國外：日前愛普生東洋通信公司開發(fā)出一種使用水晶振蕩器高精度測(cè)量壓力的傳感器產(chǎn)品“TSU”系列。配備水晶振蕩器的頻率隨壓力不同而變化，該產(chǎn)品就是利用這一原理測(cè)定壓力。新產(chǎn)品共包括4個(gè)型號(hào)，最大測(cè)量壓力從100k?1MPa不等，產(chǎn)品配備的是穩(wěn)定性高且響應(yīng)速度快的雙音叉水晶振蕩器。特點(diǎn)是Q值（共振尖銳度）較高。通過采用該元件，使得產(chǎn)品再現(xiàn)性能較高、溫度特性優(yōu)秀、磁滯損耗較小。此外，通過內(nèi)置的振蕩電路發(fā)出頻率，減小了來自導(dǎo)線長度的影響，更易于在設(shè)備中組裝。MEMS傳感器成為全世界增長最快的產(chǎn)品之一，MEMS產(chǎn)品的可靠性高，技術(shù)附加值高，市場(chǎng)回報(bào)率大于傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)。MEMS傳感器與系統(tǒng)將會(huì)有更大的市場(chǎng)增長，慣性測(cè)量器件、微流量器件、光MEMS器件、壓力傳感器、加速度傳感器、微型陀螺和汽車領(lǐng)域應(yīng)用的MEMS器件（壓力傳感器、加速度傳感器、微型陀螺）等的應(yīng)用將具有巨大的潛力。本課題的主要任務(wù)本課題主要任務(wù)設(shè)計(jì)煤礦主扇溫度以及風(fēng)道壓力的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以保證主扇的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。此系統(tǒng)利用數(shù)字溫度傳感器和壓力傳感器將軸承溫度和風(fēng)壓轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)，經(jīng)過處理再傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)上，單片機(jī)不僅可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示和暫時(shí)存儲(chǔ)，還能設(shè)置軸承溫度和風(fēng)壓的整定值，進(jìn)行報(bào)警處理。由于單片機(jī)存儲(chǔ)容量較小，本課題考慮到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的需要以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的要求，還應(yīng)引入一臺(tái)上位機(jī)進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理。因?yàn)樯衔粰C(jī)（主機(jī)）和下位機(jī)（從機(jī)）傳輸距離較遠(yuǎn)，故本課題采用RS-485進(jìn)行通訊。本課題是上述系統(tǒng)的子系統(tǒng)之一，本人在本課題中承擔(dān)的主要任務(wù)有：（1）對(duì)本系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)即煤礦主扇溫度、風(fēng)道壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；2） 確定軸承溫度及風(fēng)壓的變化范圍以選取合適的溫度和壓力傳感器；3） 溫度、壓力采集硬件電路的設(shè)計(jì)；4）本課題中涉及的軟件部分的設(shè)計(jì)；系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成本系統(tǒng)主要由上位機(jī)、下位機(jī)、和傳感器三個(gè)部分，而本人的設(shè)計(jì)任務(wù)是下位機(jī)的主控制器（單片機(jī)），溫度和壓力數(shù)據(jù)采集部分。溫度、壓力數(shù)據(jù)采集部分循環(huán)采集傳入單片機(jī)內(nèi)與存儲(chǔ)在外部存儲(chǔ)器中的溫度參數(shù)進(jìn)行比較，同時(shí)由顯示部分顯示，若溫度超限，由聲光報(bào)警部分發(fā)出報(bào)警信號(hào)，同時(shí)將數(shù)據(jù)上傳到上位機(jī)終端進(jìn)行儲(chǔ)存和處理。其中每部分所選擇的器件及功能實(shí)現(xiàn)見后續(xù)章節(jié)。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖見圖2.1。圖2.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖各部分所選器件及其特點(diǎn)數(shù)據(jù)采集部分隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)工業(yè)改造的逐步實(shí)現(xiàn)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普遍應(yīng)用，溫度自動(dòng)檢測(cè)和顯示系統(tǒng)在很多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，傳統(tǒng)的溫度監(jiān)測(cè)元件如熱敏電阻、AD590，以低成本，操作簡單，可靠性強(qiáng)的特點(diǎn)在個(gè)式新產(chǎn)品爭雄的市場(chǎng)中還是占有一席之地的。壓力傳感器選用的是具有自動(dòng)溫度補(bǔ)償、高靈敏度、低漂移、長期穩(wěn)定性好、防浪涌電壓極性反向保護(hù)、低功耗遲滯誤差小的微差壓傳感器，經(jīng)變送器將傳感器發(fā)出的壓力信號(hào)調(diào)節(jié)成為符合國際標(biāo)準(zhǔn)的4?20mA電流量輸出。所采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過A\D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換得到數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過轉(zhuǎn)換進(jìn)入AT89C51單片機(jī)，再通過RS-485進(jìn)行長距離的數(shù)據(jù)通訊，然后利用轉(zhuǎn)換電路將其轉(zhuǎn)換成為RS-232的標(biāo)準(zhǔn)與計(jì)算機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的功能。鍵盤顯示部分鍵盤/顯示部分采用的專用鍵盤/顯示芯片HD7279是一片具有串行接口的，可同時(shí)可驅(qū)動(dòng)8位共陰式數(shù)碼管的智能顯示驅(qū)動(dòng)芯片，本設(shè)計(jì)采用5位共陰極式數(shù)碼顯示，該芯片同時(shí)能對(duì)多達(dá)8X8的鍵盤矩陣的按鍵情況進(jìn)行監(jiān)視，而本設(shè)計(jì)采用4X4的鍵盤設(shè)置，完成數(shù)據(jù)的輸入，確定，運(yùn)行，復(fù)位等功能，內(nèi)部具有自動(dòng)消除鍵抖動(dòng)電路并可識(shí)別按鍵代碼，使用該芯片可大大減輕單片機(jī)的負(fù)擔(dān)。聲光報(bào)警部分聲光報(bào)警部分采用發(fā)光二極管和蜂鳴器等級(jí)報(bào)警，當(dāng)溫度超出所設(shè)定的第一溫度警戒值的時(shí)候二極管發(fā)光做提示報(bào)警，當(dāng)溫度超出報(bào)警值時(shí)，發(fā)光二極管燈亮，同時(shí)蜂鳴器響，顯示報(bào)警狀態(tài)。該部分所選用的器材價(jià)格低廉，外圍電路簡單，只占用2位I/O口線，就達(dá)到了聲光報(bào)警提示的作用?？撮T狗電路及外部存儲(chǔ)部分現(xiàn)代單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)要求功能齊全、結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉。在單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員必須考慮單片機(jī)系統(tǒng)的抗干擾能力和數(shù)據(jù)長期可靠保存，并且具有看門狗功能、斷電后能保存數(shù)據(jù)和上電、掉電時(shí)復(fù)位功能。因此本系統(tǒng)采用了Xicor公司的X25045芯片。這是帶可編程看門狗和電源監(jiān)控功能的E2PROM，可編程的看門狗定時(shí)器，低電壓檢測(cè)和復(fù)位信號(hào)提供，5種標(biāo)準(zhǔn)復(fù)位電壓，可重復(fù)編程，有512字節(jié)，每字節(jié)可擦寫10萬次，數(shù)據(jù)可保存100年。使用塊保護(hù)功能，可使存入數(shù)據(jù)不被以外改寫，3.3MHz時(shí)鐘頻率，片內(nèi)偶然性寫保護(hù)，寫鎖存，寫保護(hù)引腳，最小編程時(shí)間，16位頁寫模式，寫周期5ms（典型）。上電時(shí)自動(dòng)提供200ms咼電平復(fù)位脈沖；有三種可編程看門狗周期；電源欠壓，Vcc降到轉(zhuǎn)折點(diǎn)時(shí)，自動(dòng)提供復(fù)位脈沖°E2PROM采用三線總線的串行外設(shè)接口SPI，既節(jié)省了I/O口線和電路板空間，又降低了系統(tǒng)成本。因此，該芯片是性價(jià)比非常好的組合芯片。更是符合本設(shè)計(jì)所要求的最佳芯片。RS-485總線介紹隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)日益廣泛的應(yīng)用，現(xiàn)在一個(gè)系統(tǒng)往往由多臺(tái)計(jì)算機(jī)組成，需要解決多站、遠(yuǎn)距離通信的問題。在要求通信距離為幾十米到上千米時(shí)，廣泛采用RS-485收發(fā)器。RS-485收發(fā)器采用平衡發(fā)送和差分接收，因此具有抑制共模干擾的能力，加上接收器具有咼的靈敏度，能檢測(cè)低達(dá)200mV的電壓，故傳輸信號(hào)能在千米以外得到恢復(fù)。使用RS-485總線，一對(duì)雙絞線就能實(shí)現(xiàn)多站聯(lián)網(wǎng)，構(gòu)成分布式系統(tǒng)，設(shè)備簡單、價(jià)格低廉、能進(jìn)行長距離通信的優(yōu)點(diǎn)使其得到了廣泛的應(yīng)用。（1）阻抗不連續(xù)信號(hào)在傳輸過程中如果遇到阻抗突變，信號(hào)在這個(gè)地方就會(huì)引起反射，這種信號(hào)反射的原理，與光從一種媒質(zhì)進(jìn)入另一種媒質(zhì)要引起反射是相似的。消除這種反射的方法，就是盡量保持傳輸線阻抗連續(xù)，實(shí)際工程中在電纜線的末端跨接一個(gè)與電纜的特性阻抗同樣大小的終端電阻的原理就是為了減小信號(hào)反射。從理論上分析，在傳輸電纜的末端只要跨接了與電纜特性阻抗相匹配的終端電阻，就能有效的減少信號(hào)反射。但是，在實(shí)現(xiàn)應(yīng)用中，由于傳輸電纜的特性阻抗與通訊波特率等應(yīng)用環(huán)境有關(guān)，特性阻抗不可能與終端電阻完全相等，因此或多或少的信號(hào)反射還會(huì)存在。信號(hào)反射對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊?，歸根結(jié)底是因?yàn)榉瓷湫盘?hào)觸發(fā)了接收器輸入端的比較器，使接收器收到了錯(cuò)誤的信號(hào)，導(dǎo)致CRC校驗(yàn)錯(cuò)誤或整個(gè)數(shù)據(jù)幀錯(cuò)誤。這種情況是無法改變的，只有盡量去避免它。（2）RS-485接地問題僅僅用一對(duì)雙絞線將各個(gè)接口的A、B端連接起來，而不對(duì)RS-485通信鏈路的信號(hào)接地，在某些情況下也可以工作，但給系統(tǒng)埋下了隱患。RS-485接口采用差分方式傳輸信號(hào)并不需要對(duì)于某個(gè)參照點(diǎn)來檢測(cè)信號(hào)系統(tǒng)，只需檢測(cè)兩線之間的電位差就可以了。但應(yīng)該注意的是收發(fā)器只有在共模電壓不超出一定范圍（-7V至+12V）的條件下才能正常工作。當(dāng)共模電壓超出此范圍，就會(huì)影響通信的可靠直至損壞接口。如圖1所示，當(dāng)發(fā)送器A向接收器B發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)送器A的輸出共模電壓為V0S,由于兩個(gè)系統(tǒng)具有各自獨(dú)立的接地系統(tǒng)存在著地電位差VGPD，那么接收器輸入端的共模電壓就會(huì)達(dá)到VCM二VOS+VGPD。RS-485標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定V0SW3V,但VGPD可能會(huì)有很大幅度（十幾伏甚至數(shù)十伏），并可能伴有強(qiáng)干擾信號(hào)致使接收器共模輸入VCM超出正常圍，在信號(hào)線上產(chǎn)生干擾電流輕則影響正常通信，重則損壞設(shè)備。（3）RS-485的總線結(jié)構(gòu)及傳輸距離RS-485支持半雙工或全雙工模式。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟话悴捎媒K端匹配的總線型結(jié)構(gòu)不支持環(huán)形或星形網(wǎng)絡(luò)，最好采用一條總線將各個(gè)節(jié)點(diǎn)串接起來。從總線到每個(gè)節(jié)點(diǎn)的引出線長度應(yīng)盡量短，以便使引出線中的反射信號(hào)對(duì)總線信號(hào)的影響最低。在使用RS485接口時(shí)，對(duì)于特定的傳輸線經(jīng)，從發(fā)生器到負(fù)載其數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸所允許的最大電纜長度是數(shù)據(jù)信號(hào)速率的函數(shù)，這個(gè)長度數(shù)據(jù)主要是受信號(hào)失真及噪聲等影響所限制。當(dāng)數(shù)據(jù)信號(hào)速率降低到90Kbit/S以下時(shí)，假定最大允許的信號(hào)損失為6dBV時(shí)，則電纜長度被限制在1200M。實(shí)際上，在實(shí)用時(shí)是完全可以取得比它大的電纜長度。當(dāng)使用不同線徑的電纜。則取得的最大電纜長度是不相同的。綜上所述，RS-485總線，具有高噪聲抑制、寬共模范圍、長傳輸距離沖突保護(hù)等特性，但還需要考慮合理的應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)布局、連續(xù)的信號(hào)通道、周全的保護(hù)措施等，在設(shè)計(jì)之初就應(yīng)有總體規(guī)劃。隨著光纖通信和以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，RS-485總線的數(shù)據(jù)傳輸距離會(huì)更遠(yuǎn)。本課題所選芯片介紹眾所周知，在電路設(shè)計(jì)過程中如果用分立元件組成的電路和用集成芯片組成的電路都能實(shí)現(xiàn)相同的功能，我們通常選擇后者。原因有如下幾個(gè)：（1）各個(gè)分立元件之間，雖然選用相同的型號(hào)但由于制作工藝的局限總是存在參數(shù)上的差別，這就會(huì)影響系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。而選用集成芯片就避免了這個(gè)缺點(diǎn)；（2）從成本的角度考慮，如今隨著科學(xué)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，尤其在集成電路方面的進(jìn)步其集成規(guī)模更是越來越大，而由于各個(gè)生產(chǎn)廠家之間的競(jìng)爭價(jià)格又在下降，因此我們沒有必要不選擇集成芯片；（3）從設(shè)計(jì)的角度考慮，功能強(qiáng)大的芯片會(huì)帶給我們很多方便，只要我們弄清楚其工作原理正確的使用它，就會(huì)減少很多我們本來需要考慮的因素，這樣就給我們的設(shè)計(jì)工作帶來很多方便。在本系統(tǒng)中，為了使硬件電路簡單、可靠、經(jīng)濟(jì)，使其具有更強(qiáng)的抗干擾性能，主要選擇了如下幾種芯片。3.1AT89C51本課題選用AT89C51，它是一種低功耗、高性能的8位單片機(jī)，它采用CHMOS（互補(bǔ)金屬氧化物的HMOS）工藝。較之早期的MCS-51系列芯片采用的HMOS（高密度短溝道MOS）工藝，有了長足的進(jìn)步。CHMOS是CMOS和HMOS的結(jié)合，除保持了HMOS高速度和高密度的特點(diǎn)之外，還具有CMOS低功耗的特點(diǎn)。其內(nèi)含4K字節(jié)的FLASH程序存儲(chǔ)器，可在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行在線編程，指令與MCS-51完全兼容。它含有4K字節(jié)的FLASHROM,128字節(jié)的RAM，32條I/O口線，兩個(gè)16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器，5個(gè)中斷源，兩個(gè)優(yōu)先級(jí)，一個(gè)全雙工串行口，工作頻率0-24MHz。AT89C51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和80C51相近，主要含有如下一些部件：

（1）803lCPU；（2）時(shí)鐘電路；（3）總線控制部件；（4）中斷控制部件；（5）片內(nèi)4KBFlash存儲(chǔ)器；（6）片內(nèi)128字節(jié)RAM；（7）4個(gè)并行I/0接口； （8）2個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器；（9）串行I/O接口；（10）位處理器。AT89C51的引腳及其說明如表3.1所示。表3.1AT89C51引腳說明引腳符號(hào)功能說明1?8P1.0?P1.7P1口8位雙向口線9RST復(fù)位信號(hào)當(dāng)輸入的復(fù)位信號(hào)延續(xù)2個(gè)機(jī)器周期以上高電平時(shí)即為有效，用以完成單片機(jī)的復(fù)位操作。10?17P3.0?P3.7P3口8位雙向口線18、19XTAL、XTAL12外接晶體引線端當(dāng)使用芯片內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)，此二引線端用于外接石英晶體和微調(diào)電容；當(dāng)使用外部時(shí)鐘時(shí)，用于接外部時(shí)鐘脈沖信號(hào)。20GND地線21?28P2.0?P2.7P2口8位雙向口線29PSEN外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)在讀外部ROM時(shí)PSEN有效（低電平），以實(shí)現(xiàn)外部ROM單元的讀操作。30ALE地址鎖存控制信號(hào)在系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，ALE用于控制把P0口輸出的低8位地址送入鎖存器鎖存起來，以實(shí)現(xiàn)低位地址和數(shù)據(jù)的分時(shí)傳送。此外由于ALE是以六分之一晶振頻率的固定頻率輸出的正脈沖，因此可作為外部時(shí)鐘或外部定時(shí)脈沖使用。31EA訪問程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)低電平時(shí)，對(duì)ROM的讀操作限定在外部程序存儲(chǔ)器；而當(dāng)其為高電平時(shí)，則對(duì)ROM的讀操作從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器開始，并可延續(xù)至外部程序存儲(chǔ)器。32?40P0.0?P0.7P0口8位雙向口線

其引腳圖如圖3.1所示。P]*cPj、匚Tt.C叭.tURSTC?xrjJ'j■匸空"…匸:U'l^Til*jiGToPL*[j「卩八口wi>廣i:cXLAi.^CXTAE.tCGNDaPf*<AMr-u(ADOi5P-!i<ADIPf*<AMr-u(ADOi5P-!i<ADIJnF.>{AfJ2J-PajCADjj3Pqj{ATj^》nP&^ADS)5Pa..(AD^*Pn>(3ET/v^3ALLIr?ajj>□FttCAiO3PtUA1S>P..CA17>r>d<Ain由AT89C51做微控制器所構(gòu)成的此應(yīng)用系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：有可供用戶使用的大量I/O口線。因本設(shè)計(jì)沒有外部存儲(chǔ)器擴(kuò)展，這時(shí)EA接高電平，PO、Pl、P2、P3都可作用戶I/0口使用。內(nèi)部含有Flash存儲(chǔ)器，因此在系統(tǒng)的開發(fā)過程中可以十分容易地進(jìn)行程序的修改。一般的OTP產(chǎn)品，一旦錯(cuò)誤編程就成了廢品。而AT89C51單片機(jī)內(nèi)部采用了Flash存儲(chǔ)器，所以，錯(cuò)誤編程之后仍可以重新編程，直到正確為止，故不存在廢品。同時(shí)，在系統(tǒng)工作過程中，能有效地保存一些數(shù)據(jù)信息，即使外界電源損壞也不影響信息的保存。應(yīng)用系統(tǒng)程序量不大，外電路簡單，便于采用模擬開發(fā)手段。本設(shè)計(jì)中使用星研集成開發(fā)軟件及其仿真器SuperIce51S。和AT80C51插座兼容。AT89C51單片機(jī)的引腳和80C51是一樣的，所以，當(dāng)用AT89C51單片機(jī)取代80C51時(shí)，可以直接進(jìn)行代換。這時(shí)，不管采用40引腳還是44引腳的產(chǎn)品，只要用相同引腳的AT89C51單片機(jī)取代80C51的單片機(jī)即可。（5）性價(jià)比相對(duì)較高?，F(xiàn)在市場(chǎng)上較為流行的幾中品牌的單片機(jī)芯片中ATMEL公司的AT89C51單片機(jī)芯片的功能能夠滿足一般用戶的要求，而價(jià)格較同類產(chǎn)品相比較低。AT89C5l其內(nèi)部資源豐富，芯片功耗較低，其成本低、體積小，可達(dá)性好、擴(kuò)展容易的優(yōu)點(diǎn)是我們選擇它的主要原因。3.2DS18B203?2?DS18B20簡介DS18B20數(shù)字式溫度傳感器是由美國DALLAS公司生產(chǎn)的。它使用了在板（Onboard）專利技術(shù)，無需外圍元件。傳統(tǒng)的溫度檢測(cè)可以使用熱敏電阻作為溫度敏感元件，熱敏電阻主要優(yōu)點(diǎn)是成本低，但徐后續(xù)信號(hào)處理電路，而且可靠性相對(duì)較差，準(zhǔn)確度和精確度都較低。而DS18B20數(shù)字式溫度傳感器與傳統(tǒng)的熱敏電阻溫度傳感器不同，它能夠直接讀出被測(cè)溫度，并且可根據(jù)實(shí)際要求通過簡單的編程實(shí)現(xiàn)9?12位的數(shù)字值讀數(shù)方式，可以分別在93.75ms和750ms內(nèi)將溫度值轉(zhuǎn)化9位和12位的數(shù)字量。因而使用DS18B20可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更簡單，可靠性更高。芯片的耗電量很小，從總線上“偷”一點(diǎn)電（空閑時(shí)幾iW,工作時(shí)幾mW），存儲(chǔ)在片內(nèi)的電容就可正常工作，一般不用另加電源。最可貴的是這些芯片在檢測(cè)點(diǎn)已把被測(cè)信號(hào)數(shù)字化了，一次在單總線上傳送的是數(shù)字信號(hào)，這是的系統(tǒng)的抗干擾性好，可靠性高，傳輸距離遠(yuǎn)。它充分利用了單總線的獨(dú)特特點(diǎn)，可以輕松的組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，提高系統(tǒng)的抗干擾性，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更靈活方便，而且

適合于在惡劣的環(huán)境下進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量。由DS18B20和單片機(jī)構(gòu)成的系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：(1)單線接口，只有一根信號(hào)線與CPU連接;不需要備份電源，可通過信號(hào)線供電，電源電壓范圍從3.3V?5V;(3)傳送串行數(shù)據(jù)，不需要外部元件；溫度測(cè)量范圍從-55?+125，-10?+85時(shí)測(cè)量精度為±0.5；(5)用戶可自設(shè)訂非易失性的報(bào)警上下限值；報(bào)警搜索命令可以識(shí)別哪片DS18B20溫度超限；通過編程可實(shí)現(xiàn)9?12位的數(shù)字值讀數(shù)方式；在93.7ms和750ms內(nèi)將數(shù)字值轉(zhuǎn)化9位和12位的數(shù)字量。DS18B20的引腳及功能NC1NC2VDD3DQ4DALLASDS18B208NC7NC6NC5GND1：GND2:DQ3:VDDDS18B20T0-92封裝DS18B20引腳如圖3.2所示，器件只有3NC1NC2VDD3DQ4DALLASDS18B208NC7NC6NC5GND1：GND2:DQ3:VDDDS18B20T0-92封裝GND：地VDD：電源NC：空腳DQ：數(shù)據(jù)輸入/輸出DS18B208腳SOIC封裝圖3.2DS18B20封裝及引腳圖

內(nèi)部結(jié)構(gòu)組成及工作原理數(shù)字溫度傳感器DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3.3所示。它有4個(gè)主要的數(shù)據(jù)部件組成：64位激光ROM。64位激光ROM從高位到低位依次由8位CRC、48位列號(hào)和8位家族代碼(28H)組成。溫度靈敏元件。非易失性溫度報(bào)警觸發(fā)器TH與TL?？赏ㄟ^軟件寫入用戶報(bào)警上下限值。配置寄存器。配置寄存器為中間結(jié)果暫存器中的字節(jié)4，配置寄存器可以設(shè)置DS18B20溫度轉(zhuǎn)換的精度，可以設(shè)置成精度為9位、10位、11位、12位，上電缺省的分辨率為12位精度。用戶可根據(jù)需要改寫配置寄存器以獲得合適的分辨率。存儲(chǔ)器和控制邏輯64位ROM和單64位ROM和單線接口高速

暫存

器溫度傳感器高溫度觸發(fā)器底溫度觸發(fā)器配置寄存器電源監(jiān)測(cè)■>8位電源監(jiān)測(cè)■>圖3.3DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器包括一個(gè)中間結(jié)果暫存器和一個(gè)非易失性的電可擦除EEPROM，后者存放高溫度報(bào)警TH、低溫度報(bào)警TL和配置寄存器的值。暫存器包含了8個(gè)連續(xù)字節(jié)，前兩個(gè)字節(jié)是測(cè)得的數(shù)字溫度數(shù)值，第一個(gè)字節(jié)的內(nèi)容是溫度的低八位，第二個(gè)字節(jié)是溫度的高八位。第三個(gè)和第四個(gè)字節(jié)是TH、TL,第五個(gè)字節(jié)是配置寄存器，這三個(gè)字節(jié)的值可以存在電可擦除的只讀存取器（EEPR0M）中，掉電后數(shù)據(jù)不丟失，上電復(fù)位時(shí)數(shù)據(jù)從EEPROM載入中間結(jié)果暫存器。第六、七、八個(gè)字節(jié)內(nèi)部保留。第九個(gè)字節(jié)是循環(huán)冗余檢驗(yàn)CRC字節(jié)。DS18B20有三個(gè)主要的數(shù)據(jù)部件：64位激光ROM;溫度靈敏元件；非易失性溫度告警觸發(fā)器TH和TL。器件從單線的通信線取得其電源，在信號(hào)線為高電平的時(shí)間周期內(nèi)，把能量貯存在內(nèi)部的電容器中，在單信號(hào)線為低電平的時(shí)間內(nèi)斷開此電源，直到信號(hào)線變?yōu)楦唠娖街匦陆由霞纳娙荩╇娫礊橹?，作為另一種可供選擇的方法，DS18B20也可用外部5V電源供電。其它設(shè)備與DS18B20進(jìn)行數(shù)據(jù)通信要經(jīng)過一個(gè)單線接口。在單線接口情況下，在ROM操作未定之前不能使用存貯器和控制操作。主機(jī)必須首先提供五種ROM操作命令之一：ReadROM（讀ROM）、MatchROM（匹配ROM）、SearchROM（搜索ROM）、SkipROM（跳過ROM）、AlarmSearch（告警搜索）。這些命令對(duì)每一器件的64位激光ROM部分進(jìn)行操作。如果在單線上有許多器件，那么可以挑選出一個(gè)特定的器件，并給總線上的主機(jī)指示存在多少器件及其類型。在成功地執(zhí)行了ROM操作序列之后，可使用存貯器和控制操作，然后主機(jī)可以提供六種存貯器和控制操作命令。一個(gè)控制操作命令會(huì)指示DS18B20完成溫度測(cè)量。該測(cè)量的結(jié)果將放入DS18B20的高速暫存（便箋式）存貯器（ScratchpadMemory），通過發(fā)出讀暫存存儲(chǔ)器內(nèi)容的存儲(chǔ)器操作命令就可以讀出此結(jié)果。每一溫度告警觸發(fā)器TH和TL構(gòu)成一個(gè)字節(jié)的EEPR0M。如果不對(duì)DS18B20施加告警搜索命令，這些寄存器可用作通用用戶存儲(chǔ)器。使用存儲(chǔ)器操作命令可以寫TH和TL。對(duì)這些寄存器的讀訪問通過便箋存儲(chǔ)器。所有數(shù)據(jù)均以最低有效位在前的方式讀寫。供電方式DS18B20的電源供電方式有兩種：外部供電方式和寄生電源方式。工作于寄生電源方式時(shí)，VDD和GND均接地，它在需要遠(yuǎn)程溫度探測(cè)和空間受限的場(chǎng)合特別有用，原理是當(dāng)1-Wire總的信號(hào)線DQ為高電平時(shí)，竊取信號(hào)能量給DS18B20供電，同時(shí)一部分能量給內(nèi)部電容充電，當(dāng)DQ為低電平時(shí)釋放能量為DS18B20供電。但寄生電源方式需要強(qiáng)上拉電路，軟件控制變得復(fù)雜（特別是在完成溫度轉(zhuǎn)換和拷貝數(shù)據(jù)到EEPROM時(shí)），同時(shí)芯片的性能也有所降低。因此，在條件允許的場(chǎng)合，盡量采用外供電方式。圖3.4描述了外部供電方式的硬件連接關(guān)系。圖3.4外部供電方式硬件連接圖當(dāng)I/O或VDD引腳為高電平時(shí)，這個(gè)電路便“取”得電源。只要符合指定的定時(shí)和電壓要求，I/O將提供足夠的功率。寄生電源的優(yōu)點(diǎn)有：①利用此引腳，遠(yuǎn)程溫度檢測(cè)無需本地電源；②缺少正常電源條件下也可以讀ROM。為了使DS18B20能完成準(zhǔn)確的溫度變換，當(dāng)溫度變換發(fā)生時(shí)，I/O線上必須提供足夠的功率。因?yàn)镈S18B20的工作電流高達(dá)lma,5K的上拉電阻將使I/O線沒有足夠的驅(qū)動(dòng)能力。如果幾個(gè)DS18B20在同一條I/O線上而且企圖同時(shí)變換，那么這一問題將變得特別尖銳。有兩種方法確保DS18B20在其有效變換期內(nèi)得到足夠的電源電流。第一種方法是發(fā)生溫度變換時(shí)，在I/O線上提供一強(qiáng)的上拉。強(qiáng)上拉在溫度變換期內(nèi)向DS18B20供電如圖3.5所示。當(dāng)使用寄生電源方式時(shí)，VDD引腳必須連接到地。向DS18B20供電的另一種方法是通過使用連接到VDD引腳的外部電源，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是在I/O線上不要求強(qiáng)的上拉。這就允許在變換時(shí)間內(nèi)其它數(shù)據(jù)在單線上傳送。此外，在單線總線上可以放置任何數(shù)目的DS18B20,而且如果他們都使用外部電+5V圖3.5強(qiáng)上拉在溫度變換期內(nèi)向DS18B20供電源，那么通過發(fā)出跳過（SkipROM）命令和接著發(fā)出變換（Convert）命令,可以同時(shí)完成溫度變換。注意只要外部電源處于工作狀態(tài)，GND（地）引腳不可懸空。在總線上主機(jī)不知道總線DS18B20是寄生電源供電還是外部VDD供電的情況下，在DS18B20內(nèi)采取了措施來通知采用的供電方案?？偩€上主機(jī)通過發(fā)出跳過（skip）ROM的操作約定，然后發(fā)出讀電源命令，可以決定是否有需要強(qiáng)上拉德DS18B2在總線上。在此命令發(fā)出后，主機(jī)接著發(fā)出讀時(shí)間片。如果是寄生供電，DS18B2將在單線總線上送回“0”；如果VDD引腳供電它將送回“1”。如果主機(jī)接受到一個(gè)“0”，它知道它必須在溫度變換期間在I/O線上供一強(qiáng)的上拉。DS18B20通過門開通期間內(nèi)的溫度系數(shù)震蕩器經(jīng)歷的時(shí)鐘周期個(gè)數(shù)計(jì)數(shù)來測(cè)量溫度，而門開通期由高溫度系數(shù)震蕩器決定。計(jì)數(shù)器予置對(duì)應(yīng)-55°C的基數(shù)，如果在門開通期結(jié)束前計(jì)數(shù)器達(dá)到零，那么溫度寄存器也被予置至U-55C的數(shù)值將增量，指示溫度高于-55°C。同時(shí)，計(jì)數(shù)器用斜率累加器電路所決定的值進(jìn)行予置。為了對(duì)遵循拋物線規(guī)律的震蕩器溫度特性進(jìn)行補(bǔ)償，這種電路是必需的。時(shí)鐘再次使計(jì)數(shù)器計(jì)值至它達(dá)到零。如果門開通時(shí)間仍未結(jié)束，那么此過程再次重復(fù)。斜率累加器用于補(bǔ)償震蕩器溫度特性的非線性，以產(chǎn)生高分辨率的溫度測(cè)量。通過改變溫度每升高一度，計(jì)數(shù)器必須經(jīng)歷的計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)來實(shí)行補(bǔ)償。因此為了獲得所需的分辨率，計(jì)數(shù)器的數(shù)值以及在給定溫度處每一攝氏度的計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)（斜率累加器的值）二者都必須知道。計(jì)算在DS18B20內(nèi)部完成以提供0.5°C的分辨率。溫度讀數(shù)以16位、符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供。數(shù)據(jù)在單線接口上串行發(fā)送DS18B20可以以0.5的增量值、在0.5°C到+125C的范圍內(nèi)測(cè)量溫度。對(duì)于應(yīng)用華氏溫度的場(chǎng)合，必須使用查找表或變換系數(shù)。溫度數(shù)據(jù)關(guān)系如表3.2所示。

表3.2溫度數(shù)據(jù)關(guān)系溫度數(shù)字輸出（二進(jìn)制）安息字輸出（十六進(jìn)制）+125C000000001111101000FAh+25C00000000001100100032h+1/2C00000000000000010001h+0C00000000000000000000h-1/2C1111111111111111FFFFh-25C1111111111001110FFCEh-55C1111111110010010FF92h在DS18B20中溫度是以1/2°CLSB（最低有效位）形式表示時(shí)，產(chǎn)生溫度的9位格式如圖3.6所示。MSB（最咼有效位）1MSB（最咼有效位）11001110（最低有效位）LSB圖3.6溫度的九位格式最高有效（符號(hào)）位被復(fù)制到存儲(chǔ)器內(nèi)兩字節(jié)的溫度寄存器中較咼MSB的所有位，這種“符號(hào)擴(kuò)展”產(chǎn)生了16位的溫度讀數(shù)。以下的過程可以獲得較高的分辨率。首先讀溫度，并從讀得的值截去0.5C位（最低有效位）。這個(gè)值便是TEMP_READ。然后讀留在計(jì)數(shù)器內(nèi)的值。此值是門開通期停止后計(jì)數(shù)剩余。用戶可以使用下式計(jì)算實(shí)際溫度：TEMPRATURE（溫度）=TEMP_READ-0.25+（C0UNT_PER_C-C0UNT_REMAIN）/C0UNT_PER_CDS18B20設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的幾個(gè)問題DS18B20具有測(cè)溫系統(tǒng)簡單、測(cè)溫精度高、連接方便、占用接口線少等優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中也應(yīng)注意以下幾方面的問題：較小的硬件開銷需要相對(duì)復(fù)雜的軟件進(jìn)行補(bǔ)償，由于DS18B20與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對(duì)DS18B20進(jìn)行讀寫編程時(shí)，必須嚴(yán)格的保證讀寫時(shí)序，否則將無法讀取測(cè)溫結(jié)果。在DS18B20的有關(guān)資料中均未提及1-Wire上所掛DS18B20數(shù)量問題，容易使人誤認(rèn)為可以掛任意多個(gè)DS18B20，在實(shí)際應(yīng)用中并非如此。當(dāng)1-Wire上所掛DS18B20超過8個(gè)時(shí)，就需要考慮微處理器的總線驅(qū)動(dòng)問題，這一點(diǎn)在進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要加以注意。連接DS18B20的總線電纜是有長度限制的。試驗(yàn)中，當(dāng)采用普通信號(hào)電纜傳輸長度超過50米時(shí)，讀取的測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)將發(fā)生錯(cuò)誤。當(dāng)將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時(shí)，正常通信距離可達(dá)150米。這主要是由于總線布電容使信號(hào)波形產(chǎn)生畸變?cè)斐傻?。因此，在用DS18B20進(jìn)行長距離測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問題。實(shí)際應(yīng)用中，測(cè)溫電纜線建議采用屏蔽4芯雙絞線，其中一對(duì)線接地線與信號(hào)線，另一組接VCC和地線，屏蔽層在源端單點(diǎn)接地。3.3壓力傳感器JYB-DW壓力傳感器是實(shí)現(xiàn)煤礦壓力自動(dòng)監(jiān)測(cè)必不可少的組成部件。壓力傳感器的性能好壞會(huì)對(duì)系統(tǒng)性能產(chǎn)生直接影響。壓力傳感器一般分為表壓式和絕壓式由于本系統(tǒng)要測(cè)量的風(fēng)壓是在0—3000Pa之間，因此只能采用測(cè)量絕對(duì)壓力的絕壓式傳感器。經(jīng)過對(duì)傳感器性能和價(jià)格的比較，本系統(tǒng)采用了昆侖海岸生產(chǎn)的型壓JYB-DW壓力傳感器。它是表面安裝的硅壓力傳感器，采用硅一硅熔接技術(shù)和高穩(wěn)定性的超小壓阻芯片封存，采用集成電路的引腳結(jié)構(gòu)，適于安裝在空間狹小的場(chǎng)合，廣泛應(yīng)用于高干擾，體積小、重量輕、成木低，適應(yīng)自動(dòng)化裝置的應(yīng)用領(lǐng)域。傳感器特點(diǎn)?長期穩(wěn)定性好?防浪涌電壓，極性反向保護(hù)?抗干擾設(shè)計(jì)，適合惡劣使用環(huán)境?功耗低、遲滯誤差小，可靠穩(wěn)定?靈敏度高，溫漂小?可配各種ICD、IED現(xiàn)場(chǎng)顯示技術(shù)參數(shù)量程-5?+5Kpa 最小量程：500Pa介質(zhì)溫度TO?60°C環(huán)境溫度0?50C供電電壓12?32VDC（通常24VDC）輸出信號(hào) 0?10mA/4?20mA/0?5VDC負(fù)載特性電流輸出型W600Q，250Q（帶顯示）電壓輸出型23KQ絕緣電阻＞100MQ準(zhǔn)確度±1％F.S非線性V±0.2%F.S遲滯性與可重復(fù)性W±0.2%F.S長期穩(wěn)定性W±0.2%F.S/年熱力零點(diǎn)漂移W±0.04%F.S/°C響應(yīng)時(shí)間V30mS最大工作壓力2倍量程電氣連接電纜連接過程連接M8*l外螺紋/外徑為C8倒刺外部零件的材料鋁合金殼體材料ABS測(cè)量介質(zhì)干燥氣體及其他與316不銹鋼兼容氣體TLC1543數(shù)模轉(zhuǎn)換器一般說明TLC1543是CMOS、10位開關(guān)電容逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器。這些器件有三個(gè)輸入端和一個(gè)3態(tài)輸出端，片選（CS）、輸入/輸出時(shí)鐘（I/OCLOCK）、地址輸入（ADDRESS）和數(shù)據(jù)輸出（DATAOUT），這樣就和主處理器的串行口有一個(gè)直接的4線接口。這些器件可以從主機(jī)高速傳輸數(shù)據(jù)。除了高速的轉(zhuǎn)換器和通用的控制能力外，這些器件有一個(gè)片內(nèi)的14通道多路器可以選擇11個(gè)輸入中的任何一個(gè)或3個(gè)內(nèi)部自測(cè)試（self-test）電壓中的一個(gè)。采樣-保持是自動(dòng)的。在轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，“轉(zhuǎn)換結(jié)束”（EOC）輸出端變高以指示轉(zhuǎn)換的完成。這些器件中的轉(zhuǎn)換器結(jié)合外部輸入的差分高阻抗的基準(zhǔn)電壓，具有簡化比率轉(zhuǎn)換、刻度以及模擬電路與邏輯電路和電源噪聲隔離的特點(diǎn)。開關(guān)電容的設(shè)計(jì)可以使在整個(gè)溫度范圍內(nèi)有較小的轉(zhuǎn)換誤差。特點(diǎn)（1） 10位分辨率A/D轉(zhuǎn)換器（2） 11個(gè)模擬輸入通道

（3） 3路內(nèi)置自測(cè)試方式（4） 固有的采樣、保持（5） 總的不可調(diào)整誤差士1LSBMax（6） 片內(nèi)系統(tǒng)時(shí)鐘（7） 轉(zhuǎn)換結(jié)束（End-of-Conversion,EOC）輸出（8）采用CMOS技術(shù)引腳排列及說明161EOC161116TLC1543161EOC161116]WOCLOCK]ADDRESSJMTAOUTICTJREA-reeGNDtA10UA9GNDt圖3.7引腳排列中國礦業(yè)大學(xué)（北京）2002級(jí)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）TLC1413引腳說明見表3.3。表3.3引腳說明引腳號(hào)無稱I/O說明1.11，12AC?A10I棋擬輸入瑞.fell個(gè)模擬們號(hào)輸入山內(nèi)部蚩路器選擇-驅(qū)動(dòng)源的阻抗必?zé)┬　富虻榷kQ15CSI片選端.在頁端的一個(gè)由高至低變化將復(fù)位內(nèi)部計(jì)數(shù)器井控制和使能DATAOUT、ADDRESS-flI/OCLOCK.一個(gè)E：l低至髙D勺變化將在一個(gè)設(shè)置時(shí)間內(nèi)焼ll：ADDRESS[\I/OCLOCK17ADDRESSI串f丁數(shù)據(jù)輸入瑞.一個(gè)4位的串廳地址選擇卜一個(gè)即將被轉(zhuǎn)換的所需的揆擬輸入或測(cè)試電小串疔數(shù)據(jù)UMSB如麗導(dǎo)并在I/OCLOCK的削4個(gè)1：卄沿被移入-在斗個(gè)地址位被讀入地址寄存器后"這個(gè)輸入端對(duì)后續(xù)的信號(hào)無效16DATAOUT0用LA/D轉(zhuǎn)換皓果輸出的3態(tài)出行輸出瑞.DATAOUTSC?如高時(shí)處?「高阻抗?fàn)顟B(tài)，1訕迪匚$為低時(shí)處F激活狀卷cs-ei,7效.捲照麗一次轉(zhuǎn)換皓果的MSB值稼DATAOU丁城高阻抗?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)變戍相向的邏mill'■■-■ I/OCLOCK的卜-個(gè)卜-陸沿將根據(jù)MSB的卜一位穆DATAOU丁驅(qū)動(dòng)成相噸的邏輸電彩剩下的各位依枚移i-1-li'ULSB在I/OCLOCK的第九牛卜降沿皿現(xiàn)。在POCLOCK的第卜個(gè)卜降沿,DATAOU丁端被驅(qū)動(dòng)旳邏輯低電帕因此釦卜個(gè)時(shí)鐘時(shí)串行接口代送的是一些"零”19EOC0轉(zhuǎn)換結(jié)束歸-在第卜個(gè)I/OCLOCKS輸出端從邏輯高電平變列低電T井尿持低直到轉(zhuǎn)換完戊從數(shù)據(jù)準(zhǔn)備祐輸1(|GND地.OMD是內(nèi)部電路的地回路端.除另有說明外.所荷電壓測(cè)量都相對(duì)LGND18I/OCLOCKI輸；V輸出時(shí)鐘端.I/OCLOCK接收串行輸人并完成U卜四個(gè)功能：在I/OCLOCK的前斗個(gè)1：汗沿.它將4個(gè)輸入地址位瑯入地址寄存霽在第4牛1：升沿之后多路器地址肓效在I/OCLOCK的第斗個(gè)卜降沿.在選定的霧路器輸入瑞上購欖擬諭入屯壓開始向電容器充電井繼續(xù)到I/OCLOCK的第卜個(gè)卜降沿它跡前一次轉(zhuǎn)換的數(shù)抵的其金9位移門DATAOU丁端I/OCLOCKS第1-個(gè)下降沿它將轉(zhuǎn)換的控制伯號(hào)傳送到內(nèi)部的狀態(tài)控制器14REF+I正基準(zhǔn)電壓端-基準(zhǔn)電壓的正端〔通常為Vcc）被加到REF+.雖大的輸入電用范圍取決pin卩本端與加JREF端的屯壓13REFI熱基準(zhǔn)電壓端.基準(zhǔn)電Fl；.的低瑞（通常對(duì)地]被加到REF2(.|Vcc&屯遞瑞4硬件部分的設(shè)計(jì)經(jīng)過對(duì)所用器件和所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的的原理的分析和研究，我們?cè)O(shè)計(jì)出了系統(tǒng)的硬件電路，從圖中可以看出，溫度采集部分由九個(gè)DS18B20芯片和單片機(jī)AT89C51連接構(gòu)成。DS18B20與單片機(jī)的接口設(shè)計(jì)極其簡單，只需將DS18B20的信號(hào)線與單片機(jī)的一位雙向端口相連即可。同時(shí)我們可采用兩種供電方式為DS18B20提供電源，前已說明，此處不必贅述。本文選用AT89C51的P1.0口與DS18B20的數(shù)據(jù)線相連，并采用外部電源方式為DS18B20供電。DS18B20與單片機(jī)連接圖前已交代，此處不贅述。壓力傳感器JYB-DW輸出模擬信號(hào)，因此將其輸出端接數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片TLC1543的A0引腳，其將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再通過ADDRESS引腳聯(lián)接單片機(jī)AT89C51的P2.2引腳，單片機(jī)從DATAOUT引腳讀入數(shù)據(jù)后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。聲光報(bào)警部分采用發(fā)光二極管和蜂鳴器等級(jí)報(bào)警，當(dāng)溫度超出所設(shè)定的第一溫度警戒值的時(shí)候二極管發(fā)光做提示報(bào)警，當(dāng)溫度超出報(bào)警值時(shí)，發(fā)光二極管燈亮，同時(shí)蜂鳴器響，顯示報(bào)警狀態(tài)。系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)圖如圖4.1。pT 1OUTvtetES-izVCCEKKTOCLOCK內(nèi)CKESEA4DAT占o(jì)urASREFlREFAZA\ti曲口PI1POQ[A(1JFliF111[如：lFliFUj[A-2：lFl4FiiFlSFU4訕)FlGF11S[AS：IFl?FilCif.-iid)P:iTFii?[A-P：lP5嚇:XDiEACFFpiirDtD：iALZ-f-Pir-OPiir^Tu：!円申f-5iriiTi-iF-i-?rMS：IPi耳㈣F-idr.!i1州P55fTI)F-i 1jiP5咿旳F-igI-Il2?rP：o：iF-i緲11)MTAL-iPiirAIli'iXTALIF-ji〔M：iF-juf>!<S'l圖4.1系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)圖5軟件部分的設(shè)計(jì)5.1編程語言的選擇軟件設(shè)計(jì)與編程語言是密不可分的，在我們熟悉的領(lǐng)域中，存在著各種各樣的語言，這就需要我們?cè)诰帉懗绦蛑?，根?jù)自己的需要以及各種語言的特點(diǎn)，來選擇適合我們所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的語言。匯編語言是以助記符表示的指令，每一條指令都是一條語句，助記符指令和機(jī)器指令一一對(duì)應(yīng)，所以使用匯編語言編寫的程序效率高，占用存儲(chǔ)空間小，運(yùn)行速度快，匯編語言可以編寫出最優(yōu)化的程序；但匯編語言缺乏通用性，不易移植，各種計(jì)算機(jī)都有自己的匯編語言，不同計(jì)算機(jī)之間的匯編語言不能通用；匯編語言可以直接訪問存儲(chǔ)器及接口電路，可以直接管理和控制硬件設(shè)備；但匯編語言編程比使用高級(jí)語言困難，匯編語言是面向計(jì)算機(jī)的，要求程序員對(duì)計(jì)算機(jī)硬件有深入了解。本文所設(shè)計(jì)的是溫度采集系統(tǒng)，采用匯編語言來實(shí)現(xiàn)，它需要單片機(jī)直接對(duì)硬件設(shè)備進(jìn)行控制，而且匯編語言的速度快，又不會(huì)占用CPU大量時(shí)間。溫度采集程序設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的溫度采集程序采用MCS-51匯編語言編寫，在軟件編程中，采用模塊化設(shè)計(jì)，包SETUP設(shè)置子程序、中斷子程序、寫命令子程序、傳送ROM碼子程序等實(shí)現(xiàn)具體功能的子程序構(gòu)成。整個(gè)系統(tǒng)的主程序是通過調(diào)用子程序來完成一系列的具體功能的，本設(shè)計(jì)的子程序流程圖見圖5.1。

YESNO超標(biāo)循環(huán)加取出NUM路18B20序列號(hào)入RAM單元中發(fā)送RAM單元中64位DS18B20YESNO超標(biāo)循環(huán)加取出NUM路18B20序列號(hào)入RAM單元中發(fā)送RAM單元中64位DS18B20編碼讀溫度值8位有效位入A發(fā)送匹配ROM命令溫度檢測(cè)初始化DE1汨加聲光報(bào)警子程序初始化DE1汨加發(fā)溫度轉(zhuǎn)換命令發(fā)跳過ROM命令延時(shí)0.2S開始圖5.1溫度采集子程序流程圖子程序是為完成一項(xiàng)項(xiàng)具體的功能而編寫的，以下為編程中用到的子程序段：DEKEYS：；按鍵處理子程序DEKEYS：SETDE：；“設(shè)定”功能鍵處理子程序SHOWNOW：;顯示當(dāng)前溫度子程序，入口參數(shù)NUM,ASHOWING：；顯示子程序，入口參數(shù)@R0SEND：；HD7279發(fā)送子程序，入口參數(shù)DATA_0UTRECEIVE：；從7279接收一個(gè)字節(jié)，高位在前，出口參數(shù)DATA_OUTLONG_DELAY：；延時(shí)50》sSHORT_DELAY：；延時(shí)8》sOUTDATA：；向X25045發(fā)送1字節(jié)數(shù)據(jù)，入口為AINDATA：；從X25045讀取數(shù)據(jù)到AWREN_RDI：；寫使能鎖存器置位WRDI_INST：；寫使能鎖存器復(fù)位WRSR_INST：；寫狀態(tài)寄存器，入口STATUSRDSR_INST：；讀狀態(tài)寄存器WRITE_BYTE：；向X25045存儲(chǔ)器寫入個(gè)字節(jié)。入口地址ADDH,ADDLREAD_BYTE：；從存儲(chǔ)器中讀取個(gè)字節(jié)。入口地址ADDH，ADDLWD_RESET：；選中x25045，復(fù)位看門狗WIP_POLL：；初始化EEPROM操作程序延時(shí)值SEND_1BYTE：；向18B20發(fā)送個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，出口參數(shù)A中國礦業(yè)大學(xué)（北京）2002級(jí)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）RD_2BYTE：；DS18B20接收子程序，用TIMER1,TIMER2做計(jì)數(shù)TO器，；出口為WENDUH,WENDUL，延時(shí)用至【」timer3和R7BEGINSET：;DS18B20初始化子程序LINGCL：；聲光報(bào)警子程序DELINGCL：；取消聲光報(bào)警子程序ADDLTAL：；ADDL入口地址表溫度采集程序見附錄1。壓力采集程序設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的壓力采集程序采用MCS-51匯編語言編寫，在軟件編程中，采用模塊化設(shè)計(jì)，整個(gè)系統(tǒng)的主程序是通過調(diào)用子程序來完成一系列的具體功能的，本設(shè)計(jì)的子程序流程圖見圖5.2。圖5.2壓力主程序流程圖6結(jié)論與展望經(jīng)過四個(gè)多月的緊張而又充實(shí)的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我的論文終于完成了。我所設(shè)計(jì)的是主扇軸承溫度與風(fēng)壓檢測(cè)采集裝置?；仡欉@段日子真是感觸良深，這次設(shè)計(jì)不僅僅是對(duì)以往所學(xué)知識(shí)的檢驗(yàn)，它更是一個(gè)培養(yǎng)個(gè)人實(shí)際工作能力和團(tuán)隊(duì)精神的機(jī)會(huì)。針對(duì)主扇軸承不正常發(fā)熱和風(fēng)壓過大對(duì)煤礦安全的影響，本文設(shè)計(jì)了這個(gè)系統(tǒng)，可以說它的實(shí)用性非常強(qiáng)。為了保證系統(tǒng)運(yùn)行能夠達(dá)到預(yù)先設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)，在設(shè)計(jì)制作的過程中，對(duì)各個(gè)方面要求的更規(guī)范更嚴(yán)謹(jǐn)更貼近實(shí)際。設(shè)計(jì)初期，我翻閱了各類資料，和同組的同學(xué)一起討論主扇軸承溫度和風(fēng)壓檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì)任務(wù)和思路。對(duì)整個(gè)系統(tǒng)有了總體把握，掌握了系統(tǒng)的組成原理及實(shí)現(xiàn)方法。在蘭老師的悉心指導(dǎo)下，我對(duì)自己的設(shè)計(jì)部分有了進(jìn)一步的了解，熟悉設(shè)計(jì)思路后，我開始著手進(jìn)行硬件選型的工作，同時(shí)，我深入研究各種溫度和壓力采集方法以及檢測(cè)方法及存儲(chǔ)原理后，通過查閱大量資料，在綜合比較各芯片性能的基礎(chǔ)上，我采用了AT89C51作為主控制器，DS18B20作為溫度傳感器，JYB-DW作為壓力傳感器之后，我對(duì)我要用的各個(gè)芯片進(jìn)行了深入的了解和研究，通過自己的學(xué)習(xí)和師兄師姐以及同學(xué)的幫助，終于完成了硬件電路的設(shè)計(jì)并編譯通過了相應(yīng)的程序。畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)大學(xué)四年所學(xué)知識(shí)的一個(gè)總結(jié)和考察，同時(shí)也給自己一個(gè)自我檢驗(yàn)自我提高的機(jī)會(huì)，因此我很認(rèn)真地對(duì)待了這次畢業(yè)設(shè)計(jì)。令我欣慰的是，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)獲得了圓滿成功！我相信它是我生命中的一朵美麗的浪花。參考文獻(xiàn)胡漢才編著.單片機(jī)原理及其接口技術(shù).北京：清華大學(xué)出版社，1995王幸之編著.8051/8098單片機(jī)原理及接口設(shè)計(jì).北京：兵器工業(yè)出版社，1998朱定華，劉玉編著.單片機(jī)原理及接口技術(shù)學(xué)習(xí)輔導(dǎo).電子工業(yè)出版社，2001何立民編著.MCS-51系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)（系統(tǒng)配置與接口技術(shù)）.北京:北京航空航天大學(xué)出版社，1990何立民主編.單片機(jī)中級(jí)教程.北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2000何立民主編.單片機(jī)高級(jí)教程.北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2000陳書開等.單片計(jì)算機(jī)的硬件軟件及應(yīng)用.長沙:中南工業(yè)大學(xué)出版社，1994康華光編著.電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分）.高等教育出版社，1998周成剛等編著.AD590集成電路溫度傳感器特性測(cè)量與應(yīng)用.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，1998金偉正編著.單線數(shù)字溫度傳感器的原理與應(yīng)用.電子技術(shù)應(yīng)用，2000（6）:66?68陳光東編著.單片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù).華中理工大學(xué)出版社.1998許興在編著.傳感器近代應(yīng)用技術(shù).同濟(jì)大學(xué)出版社.1994金偉正編著，《單線數(shù)字溫度傳感器的原理及應(yīng)用》施仁，劉文江編著.自動(dòng)化儀表與過程控制.電子工業(yè)出版社，1991.3曲波，肖圣冰等編著.工業(yè)常用傳感器選型指南.清華大學(xué)出版社.2002/6/17劉廣玉編著.新型傳感器技術(shù)及應(yīng)用.北京:北京航空航天大學(xué)出版社1995DALLAS公司半導(dǎo)體手冊(cè).1996DS1820One-wireDigitalThermometer.DallasSemiconductorCorporation.PrintedinU.S.A.1993范逸之.VisualBasic與分布式監(jiān)控系統(tǒng)——RS-232/485串行通信.北京：清華大學(xué)出版社，2002鄭阿奇.VisualC++實(shí)用教程.北京：電子工業(yè)出版社，2000致謝本論文是在蘭西柱老師的悉心指導(dǎo)下完成的，在這短短的四個(gè)月期間，蘭老師在學(xué)術(shù)上給予了悉心指導(dǎo)，他嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、勤奮的工作作風(fēng)、助人成才的高尚品質(zhì)以及忘我的奉獻(xiàn)精神給我們留下了深刻的印象。盡管工作很忙他仍以不斷進(jìn)取、精益求精的工作作風(fēng)抽出時(shí)間來悉心指導(dǎo)學(xué)生的論文，從選題、制作電路板到電路板的測(cè)試及發(fā)送程序的測(cè)試修改等各個(gè)方面給予了精心安排和具體的指導(dǎo)。在即將畢業(yè)之際，謹(jǐn)向蘭老師致以崇高的敬意和衷心的感謝！感謝論文中所引用的參考文獻(xiàn)的作者！四年的學(xué)習(xí)生活，是人生中值得紀(jì)念的重要一節(jié)。生活和學(xué)習(xí)在老師身邊，深受新一代學(xué)者兢兢業(yè)業(yè)，孜孜不倦，不斷進(jìn)取的敬業(yè)精神所鼓舞本人深深感到，一個(gè)人的成長，離不開前輩，老師，領(lǐng)導(dǎo)，親人，同學(xué)的導(dǎo)，關(guān)心，幫助和鼓勵(lì)。感謝母校的培養(yǎng)，還有黨，政，團(tuán)的領(lǐng)導(dǎo)和干部對(duì)我的教誨和幫助。并向本02-1班全體同學(xué)以及班主任張麗老師表示衷心的感謝和美好的祝愿！感謝父母親對(duì)我的支持和鼓勵(lì)！感謝在百忙中評(píng)審本論文的各位專家和學(xué)者！本人再次感謝上文中提到的以及限于篇幅未能提到的所有幫助，關(guān)心和支持過自己的人，并衷心地祝愿他們工作順利，學(xué)術(shù)進(jìn)步，身體健康，萬事如意！

附錄DS18B20溫度采集程序TEMP_LOOP：LCALLRESETTEMP_LOOP：LCALLRESETMOVA,#0CCH令LCALLSEND_1BYTE;跳過ROM操作RAM,發(fā)忽略命BIT_COUNTEQU07FHHUDEQU07EHTENEQU07DHTIMER1EQU07CHTIMER2EQU07BHTIMER3EQU07AHTIMEREQU079HDS9EQU069HDS8EQU068HDS7EQU067HDS6EQU066HDS5EQU065HDS4EQU064HDS3EQU063HD