專利名稱：一種基于現(xiàn)場(chǎng)總線64路煤礦瓦斯測(cè)量傳輸器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于計(jì)算機(jī)技術(shù)、電工電子技術(shù)和自動(dòng)化領(lǐng)域，具體涉及一種基于現(xiàn)場(chǎng)總線64路煤礦瓦斯測(cè)量傳輸器。
背景技術(shù)：
我國(guó)是世界上最大的煤炭生產(chǎn)和消費(fèi)國(guó)，也是世界上少數(shù)幾個(gè)以煤為主要能源的國(guó)家之一。煤炭中含有大量的甲烷(CH4)等易燃易爆氣體，它是瓦斯形成的主要成分，發(fā)生瓦斯事故后會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，危及礦工的生命。隨著煤礦開采技術(shù)手段的不斷改進(jìn)和開采規(guī)模的擴(kuò)大及開采深度的不斷延伸，安全隱患越來越多，特別是重、特大瓦斯事故在煤礦事故中所占的比例也越來越高，如果不把瓦斯事故控制住，就不能實(shí)現(xiàn)煤礦安全生產(chǎn)狀況的穩(wěn)定，也就無法保障煤炭工業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展，所以，對(duì)煤礦井下瓦斯氣體進(jìn)行快速準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)顯得尤其重要，對(duì)易燃易爆混合氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的開發(fā)也成為重中之重，特別需要一種抗干擾性能強(qiáng)、實(shí)時(shí)性能高、遠(yuǎn)距離多路煤礦瓦斯測(cè)量傳輸器?，F(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)技術(shù)是20世紀(jì)80年代中期在國(guó)外上發(fā)展起來的一種嶄新的工業(yè)控制技術(shù)?，F(xiàn)場(chǎng)總線(fieldbus)是應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)、在微機(jī)化測(cè)量控制設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)雙向串行多節(jié)點(diǎn)數(shù)字通信的系統(tǒng)，也被稱為開放式、數(shù)字化、多點(diǎn)通信的底層控制網(wǎng)絡(luò)，是現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)與控制系統(tǒng)的集成。隨著微處理器與計(jì)算機(jī)功能的不斷增強(qiáng)和價(jià)格的降低，計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)正在迅猛發(fā)展和擴(kuò)大?，F(xiàn)場(chǎng)總線可實(shí)現(xiàn)整個(gè)企業(yè)的信息集成，實(shí)施綜合自動(dòng)化，形成工廠底層網(wǎng)絡(luò)，完成現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化設(shè)備之間的多點(diǎn)數(shù)字通信，實(shí)現(xiàn)底層現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間以及生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)與外界的信息交換。由于采用現(xiàn)場(chǎng)總線將使控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，系統(tǒng)安裝費(fèi)用減少并且易于維護(hù)，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)正越來越受到人們的重視。目前，國(guó)際上已經(jīng)出現(xiàn)的現(xiàn)場(chǎng)總線有幾百種，其中典型的有一定影響并占有一定市場(chǎng)份額的主要有基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線(FF)、CAN、PROFIBUS、Lonworks, HART 等。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型專利的目的在于提供一種基于現(xiàn)場(chǎng)總線64路煤礦瓦斯測(cè)量傳輸器， 克服以往的測(cè)量和傳輸瓦斯信號(hào)干擾大而且實(shí)時(shí)性能不好的缺點(diǎn)，可以通過現(xiàn)場(chǎng)總線把瓦斯信息傳送到上位機(jī)，上位機(jī)發(fā)出相應(yīng)指令，完成瓦斯監(jiān)控，保證煤礦安全生產(chǎn)，主要應(yīng)用于煤礦，本實(shí)用新型由MCU控制器(1)、晶振及第二級(jí)硬件看門狗電路O)、CAN總線電路 (3)、譯碼器0)、多路開關(guān)(5)、瓦斯傳感器(6)、電源電路(7)組成。它們的連接關(guān)系是 晶振及第二級(jí)硬件看門狗電路⑵和MCU控制器⑴連接，CAN總線電路(3)和MCU控制器⑴連接，譯碼器⑷和MCU控制器⑴連接，多路開關(guān)(5)和譯碼器G)、MCU控制器 (1)連接，瓦斯傳感器(6)和多路開關(guān)( 連接，電源電路(7)給MCU控制器(1)、晶振及第二級(jí)硬件看門狗電路0)、CAN總線電路(3)、譯碼器0)、多路開關(guān)(5)、瓦斯傳感器(6)供電。所述CAN總線電路(3)選用CAN現(xiàn)場(chǎng)總線，CAN(ControIler Area Network控制器局域網(wǎng))總線最初是由德國(guó)的BOSCH公司為汽車監(jiān)測(cè)、控制系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的一種串行數(shù)據(jù)通信多主機(jī)局域網(wǎng)，CAN現(xiàn)場(chǎng)總線是一種普及率很高現(xiàn)場(chǎng)總線(fieldbus)，直接通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)10km，速率5Kbps以下，通信速率最高可達(dá)lMWs，此時(shí)通信距離最長(zhǎng)為40m，節(jié)點(diǎn)目前可達(dá)110個(gè)，通信介質(zhì)可為雙絞線、同軸電纜或光纖。所述MCU控制器(1)選用PHILIPS公司采用先進(jìn)的COMS工藝制造的高性能8位 P80C592單片機(jī)，該單片機(jī)的指令集與80C51完全兼容，但在80C51標(biāo)準(zhǔn)特性的基礎(chǔ)上又增加了一些對(duì)于應(yīng)用具有重要作用的硬件功能，該器件具有下列特性帶有80C51中央處理單元(CPU)；帶2 X 256KB的片內(nèi)RAM，外部可擴(kuò)展至64KB;具有兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的16位定時(shí)器/ 計(jì)數(shù)器；新增一個(gè)包括四個(gè)捕獲和二個(gè)比較寄存器的16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；具有8路模擬量輸入的10位ADC變換器；帶有兩路分辨率為8位的脈沖寬度調(diào)制輸出；具有兩級(jí)優(yōu)先權(quán)的15個(gè)中斷源(可以有2 6個(gè)外部中斷源)；具有五組8位I/O端口和一組與ADC模擬量輸入共用的8位輸入口 ；帶有與內(nèi)部RAM進(jìn)行DMA數(shù)據(jù)傳送的CAN控制器；內(nèi)含具有總線故障管理功能的IMbpsCAN控制器；VDD/2基準(zhǔn)電壓；具有與標(biāo)準(zhǔn)80C51兼容的全雙工UART 模式；帶有在片監(jiān)視跟蹤定時(shí)器(WDT)；時(shí)鐘頻率為1. 2MHz 16MHz,P80C592本身自有CAN 總線控制器，故不需要外加CAN總線控制器。所述晶振及第二級(jí)硬件看門狗電路( 包括第二級(jí)硬件看門狗芯片2-1、晶振 2-2、電容Cl、電容C2，第二級(jí)硬件看門狗芯片2-1選用X25045芯片，X25045芯片的SO引腳和MCU控制器(1)的Pl. 1引腳連接，X25045芯片的SI引腳和MCU控制器(1)的Pl. 0引腳連接，X25045芯片的SCK引腳和MCU控制器(1)的Pl. 3引腳連接，X25045芯片的已引腳和MCU控制器(1)的Pl. 2引腳連接，晶振2-2的一端和MCU控制器(1)的XTALl引腳連接后再和電容Cl連接，晶振2-2的另一端和MCU控制器(1)的XTAL2引腳連接后再和電容 C2連接。所述CAN總線電路C3)包括光電耦合器3-1、光電耦合器3_2、CAN總線收發(fā)器3-3、 防雷擊管3-4、防雷擊管3-5、電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電容C3、電容C4、CAN總線節(jié)點(diǎn)3-6。光電耦合器選用高速光耦隔離6N137芯片，在此用2片6N137芯片，MCU控制器 ⑴的T)(DC引腳通過電阻Rl和一片6附37光電耦合器3-1芯片IN引腳連接，MCU控制器 (1)的RXDC引腳和另一片6附37光電耦合器3-2芯片OUT引腳連接，CAN總線收發(fā)器3_3選用TJA1050芯片，一片6N137光電耦合器3-1芯片OUT引腳連接TJA1050芯片TXD引腳，另一片6附37光電耦合器3-2芯片IN引腳通過電阻R2連接TJA1050芯片RXD引腳，TJA1050 芯片的CANH引腳通過電阻R3、電容C3、防雷擊管3_4與CAN總線節(jié)點(diǎn)3_6相連，TJA1050芯片的CANL引腳通過電阻R4、電容C4、防雷擊管3_5與CAN總線節(jié)點(diǎn)3_6相連。所述譯碼器(4)采用74HC138芯片，是一款高速CMOS器件，74HC138引腳兼容低功耗肖特基TTL(LSTTL)系列，74HC138譯碼器可接受3位二進(jìn)制加權(quán)地址輸入(A0，Al和 A2)，并當(dāng)使能時(shí)，提供8個(gè)互斥的低有效輸出(Y0至Y7)，74HC138具有3個(gè)使能輸入端兩個(gè)低有效(El和E2)和一個(gè)高有效(E3)，除非El和E2置低且E3置高，否則74HC138將保持所有輸出為高。譯碼器(4)的El和E2引腳接地，譯碼器的E3引腳接高電平，譯碼器⑷的AO引腳和MCU控制器(1)的P2.5引腳連接，譯碼器(4)的Al引腳和MCU控制器 ⑴的P2. 6引腳連接，譯碼器(4)的A2引腳和MCU控制器(1)的P2. 7引腳連接。所述多路開關(guān)(5)采用MAX306芯片，MAX306芯片是由Maxim Integrated Products公司生產(chǎn)的16通道CMOS模擬多路轉(zhuǎn)換器，是一款16選1模擬開關(guān)。第一個(gè)多路開關(guān)(5)的EN引腳和譯碼器(4)的YO引腳連接，第二個(gè)多路開關(guān)(5)的EN引腳和譯碼器的Yl引腳連接，第三個(gè)多路開關(guān)(5)的EN引腳和譯碼器的Y2引腳連接，第四個(gè)多路開關(guān)(5)的EN引腳和譯碼器(4)的TO引腳連接，共4個(gè)多路開關(guān)(5)，每個(gè)多路開關(guān)(5)可以接16個(gè)瓦斯傳感器(6)，共計(jì)4 X 16 = 64路瓦斯測(cè)量點(diǎn)。第一個(gè)多路開關(guān)(5) 的OUT引腳和MCU控制器(1)的P5.0引腳連接，第二個(gè)多路開關(guān)(5)的OUT引腳和MCU控制器(1)的P5.1引腳連接，第三個(gè)多路開關(guān)(5)的OUT引腳和MCU控制器(1)的P5. 2引腳連接，第四個(gè)多路開關(guān)(5)的OUT弓丨腳和MCU控制器(1)的P5. 3引腳連接。4個(gè)多路開關(guān)(5)的AO弓丨腳、Al弓丨腳和A2弓丨腳A2，依次和MCU控制器(1)的P0. 0引腳、P0. 1引腳和 P0. 2引腳連接。本實(shí)用新型工作原理瓦斯傳感器(6)通過多路開關(guān)(5)，把采集瓦斯的信息傳送到MCU控制器(1)的P5 口，經(jīng)過MCU控制器(1)處理的瓦斯信息通過MCU控制器(1)的 TXDC引腳和RXDC引腳傳輸?shù)紺AN總線電路(3)，上位機(jī)通過CAN總線獲取瓦斯信息，上位機(jī)發(fā)出相應(yīng)的指令，完成對(duì)瓦斯的監(jiān)控。本實(shí)用新型具有電路簡(jiǎn)單高效、信息傳送智能化、抗干擾能力強(qiáng)、實(shí)時(shí)性能好、工程量小、電纜線少、便于應(yīng)用、成本低的特點(diǎn)。

圖1為本實(shí)用新型系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實(shí)用新型晶振及第二級(jí)硬件看門狗電路和MCU控制器連接的示意圖。圖3為本實(shí)用新型CAN總線電路和MCU控制器連接的示意圖。圖4為本實(shí)用新型譯碼器及多路開關(guān)和MCU控制器連接的示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步詳細(xì)說明。圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖，由MCU控制器(1)、晶振及第二級(jí)硬件看門狗電路(2)、CAN總線電路(3)、譯碼器⑷、多路開關(guān)(5)、瓦斯傳感器(6)、電源電路(7)組成； 圖2為本實(shí)用新型晶振及第二級(jí)硬件看門狗電路( 和MCU控制器(1)連接的示意圖，MCU 控制器(1)選用PHILIPS公司采用先進(jìn)的COMS工藝制造的高性能8位P80C592單片機(jī)， MCU控制器(1)本身有看門狗，為了加大抗干擾設(shè)計(jì)了第二級(jí)硬件看門狗電路0)，X25045 芯片的SO引腳和MCU控制器(1)的Pl. 1引腳連接，X25045芯片的SI引腳和MCU控制器 (1)的Pl. 0引腳連接，X25045芯片的SCK引腳和MCU控制器(1)的Pl. 3引腳連接，X25045 芯片的6引腳和MCU控制器(1)的Pl. 2引腳連接，晶振2-2的一端和MCU控制器(1)的 XTALl引腳連接后再和電容Cl連接，晶振2-2的另一端和MCU控制器(1)的XTAL2引腳連接后再和電容C2連接；圖3為本實(shí)用新型CAN總線電路(3)和MCU控制器⑴連接的示意圖；圖4為本實(shí)用新型譯碼器(4)及多路開關(guān)(5)和MCU控制器(1)連接的示意圖，采集瓦斯的信息傳送到MCU控制器(1)的P5 口，經(jīng)過MCU控制器(1)處理的瓦斯信息通過MCU控制器(1)的T)(DC引腳和的RXDC引腳傳輸?shù)紺AN總線電路(3)，上位機(jī)通過CAN總線獲取瓦斯信息，上位機(jī)發(fā)出相應(yīng)的指令，完成對(duì)瓦斯的監(jiān)控。要完成64路瓦斯測(cè)量和信息的傳輸還需要相應(yīng)的軟件，軟件有MCU控制器⑴初始化程序、CAN節(jié)點(diǎn)的初始化程序、報(bào)文發(fā)送程序和報(bào)文接收程序。
權(quán)利要求1.一種基于現(xiàn)場(chǎng)總線64路煤礦瓦斯測(cè)量傳輸器，包括MCU控制器(1)、晶振及第二級(jí)硬件看門狗電路0)、CAN總線電路(3)、譯碼器0)、多路開關(guān)(5)、瓦斯傳感器(6)、電源電路(7)組成，其特征在于，晶振及第二級(jí)硬件看門狗電路( 和MCU控制器(1)連接，CAN總線電路⑶和MCU控制器⑴連接，譯碼器⑷和MCU控制器⑴連接，多路開關(guān)(5)和譯碼器(4)連接，多路開關(guān)(5)和MCU控制器(1)也連接，瓦斯傳感器(6)和多路開關(guān)(5)連接，電源電路(7)給MCU控制器(1)、晶振及第二級(jí)硬件看門狗電路0)、CAN總線電路(3)、 譯碼器G)、多路開關(guān)(5)、瓦斯傳感器(6)供電。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于現(xiàn)場(chǎng)總線64路煤礦瓦斯測(cè)量傳輸器，其特征在于，所述的晶振及第二級(jí)硬件看門狗電路( 包括第二級(jí)硬件看門狗芯片0-1)、晶振(2-2)、電容Cl、電容C2，第二級(jí)硬件看門狗芯片選用X25045芯片，X25045芯片的SO引腳和 MCU控制器(1)的Pl. 1引腳連接，X25045芯片的SI引腳和MCU控制器(1)的P1.0引腳連接，X25045芯片的SCK引腳和MCU控制器(1)的Pl. 3引腳連接，X25045芯片的CS引腳和 MCU控制器(1)的Pl. 2引腳連接，晶振(2-2)的一端和MCU控制器(1)的XTALl引腳連接后再和電容Cl連接，晶振0-2)的另一端和MCU控制器(1)的XTAL2引腳連接后再和電容 C2連接。
3.如權(quán)利要求1所述的一種基于現(xiàn)場(chǎng)總線64路煤礦瓦斯測(cè)量傳輸器，其特征在于，所述的譯碼器⑷采用74HC138芯片，譯碼器⑷的El和E2引腳接地，譯碼器⑷的E3引腳接高電平，譯碼器(4)的AO引腳和MCU控制器(1)的P2. 5引腳連接，譯碼器(4)的Al 引腳和MCU控制器(1)的P2. 6引腳連接，譯碼器(4)的A2引腳和MCU控制器(1)的P2. 7 引腳連接。
4.如權(quán)利要求1所述的一種基于現(xiàn)場(chǎng)總線64路煤礦瓦斯測(cè)量傳輸器，其特征在于，所述的多路開關(guān)(5)采用MAX306芯片，第一個(gè)多路開關(guān)(5)的EN引腳和譯碼器(4)的YO引腳連接，第二個(gè)多路開關(guān)(5)的EN引腳和譯碼器(4)的Yl引腳連接，第三個(gè)多路開關(guān)(5) 的EN引腳和譯碼器(4)的Y2引腳連接，第四個(gè)多路開關(guān)(5)的EN引腳和譯碼器(4)的TO 引腳連接，共4個(gè)多路開關(guān)(5)，每個(gè)多路開關(guān)( 可以接16個(gè)瓦斯傳感器(6)，共計(jì)4X16 =64路瓦斯測(cè)量點(diǎn)，第一個(gè)多路開關(guān)(5)的OUT引腳和MCU控制器(1)的P5.0引腳連接， 第二個(gè)多路開關(guān)(5)的OUT引腳和MCU控制器(1)的P5. 1引腳連接，第三個(gè)多路開關(guān)(5) 的OUT引腳和MCU控制器(1)的P5. 2引腳連接，第四個(gè)多路開關(guān)(5)的OUT引腳和MCU控制器(1)的P5. 3引腳連接，4個(gè)多路開關(guān)(5)的AO引腳、Al引腳和A2引腳，依次和MCU控制器(1)的PO. O引腳、PO. 1引腳和PO. 2引腳連接。
專利摘要一種基于現(xiàn)場(chǎng)總線64路煤礦瓦斯測(cè)量傳輸器，屬于計(jì)算機(jī)技術(shù)、電工電子技術(shù)和自動(dòng)化領(lǐng)域。包括MCU控制器(1)、晶振及第二級(jí)硬件看門狗電路(2)、CAN總線電路(3)、譯碼器(4)、多路開關(guān)(5)、瓦斯傳感器(6)、電源電路(7)組成。它們的連接關(guān)系是晶振及第二級(jí)硬件看門狗電路(2)和MCU控制器(1)連接，CAN總線電路(3)和MCU控制器(1)連接，譯碼器(4)和MCU控制器(1)連接.多路開關(guān)(5)和譯碼器(4)、MCU控制器(1)連接，瓦斯傳感器(6)和多路開關(guān)(5)連接，電源電路(7)給器件和電路供電，可以和上位機(jī)通訊。優(yōu)點(diǎn)在于簡(jiǎn)單高效、智能化、抗干擾強(qiáng)、實(shí)時(shí)性好、成本低的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G08C19/00GK201974934SQ20112002075
公開日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2011年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月24日
發(fā)明者何麗麗, 史慶軍, 姜重然, 翟洪波 申請(qǐng)人:佳木斯大學(xué)