一種基於現場總線64路煤礦瓦斯測量傳輸器的製作方法

2023-05-01 01:45:21

專利名稱：一種基於現場總線64路煤礦瓦斯測量傳輸器的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於計算機技術、電工電子技術和自動化領域，具體涉及一種基於現場總線64路煤礦瓦斯測量傳輸器。
背景技術：
我國是世界上最大的煤炭生產和消費國，也是世界上少數幾個以煤為主要能源的國家之一。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，發生瓦斯事故後會造成巨大的經濟損失，危及礦工的生命。隨著煤礦開採技術手段的不斷改進和開採規模的擴大及開採深度的不斷延伸，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佔的比例也越來越高，如果不把瓦斯事故控制住，就不能實現煤礦安全生產狀況的穩定，也就無法保障煤炭工業的持續健康發展，所以，對煤礦井下瓦斯氣體進行快速準確的監測顯得尤其重要，對易燃易爆混合氣體監測系統的開發也成為重中之重，特別需要一種抗幹擾性能強、實時性能高、遠距離多路煤礦瓦斯測量傳輸器。現場總線控制系統技術是20世紀80年代中期在國外上發展起來的一種嶄新的工業控制技術。現場總線(fieldbus)是應用在生產現場、在微機化測量控制設備之間實現雙向串行多節點數字通信的系統，也被稱為開放式、數位化、多點通信的底層控制網絡，是現場通信網絡與控制系統的集成。隨著微處理器與計算機功能的不斷增強和價格的降低，計算機與計算機網絡系統正在迅猛發展和擴大。現場總線可實現整個企業的信息集成，實施綜合自動化，形成工廠底層網絡，完成現場自動化設備之間的多點數字通信，實現底層現場設備之間以及生產現場與外界的信息交換。由於採用現場總線將使控制系統結構簡單，系統安裝費用減少並且易於維護，現場總線技術正越來越受到人們的重視。目前，國際上已經出現的現場總線有幾百種，其中典型的有一定影響並佔有一定市場份額的主要有基金會現場總線(FF)、CAN、PROFIBUS、Lonworks, HART 等。
發明內容本實用新型專利的目的在於提供一種基於現場總線64路煤礦瓦斯測量傳輸器， 克服以往的測量和傳輸瓦斯信號幹擾大而且實時性能不好的缺點，可以通過現場總線把瓦斯信息傳送到上位機，上位機發出相應指令，完成瓦斯監控，保證煤礦安全生產，主要應用於煤礦，本實用新型由MCU控制器(1)、晶振及第二級硬體看門狗電路O)、CAN總線電路 (3)、解碼器0)、多路開關(5)、瓦斯傳感器(6)、電源電路(7)組成。它們的連接關係是 晶振及第二級硬體看門狗電路⑵和MCU控制器⑴連接，CAN總線電路(3)和MCU控制器⑴連接，解碼器⑷和MCU控制器⑴連接，多路開關(5)和解碼器G)、MCU控制器 (1)連接，瓦斯傳感器(6)和多路開關( 連接，電源電路(7)給MCU控制器(1)、晶振及第二級硬體看門狗電路0)、CAN總線電路(3)、解碼器0)、多路開關(5)、瓦斯傳感器(6)供電。所述CAN總線電路(3)選用CAN現場總線，CAN(ControIler Area Network控制器區域網)總線最初是由德國的BOSCH公司為汽車監測、控制系統而設計的一種串行數據通信多主機區域網，CAN現場總線是一種普及率很高現場總線(fieldbus)，直接通信距離最遠可達10km，速率5Kbps以下，通信速率最高可達lMWs，此時通信距離最長為40m，節點目前可達110個，通信介質可為雙絞線、同軸電纜或光纖。所述MCU控制器(1)選用PHILIPS公司採用先進的COMS工藝製造的高性能8位 P80C592單片機，該單片機的指令集與80C51完全兼容，但在80C51標準特性的基礎上又增加了一些對於應用具有重要作用的硬體功能，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RAM，外部可擴展至64KB;具有兩個標準的16位定時器/ 計數器；新增一個包括四個捕獲和二個比較寄存器的16位定時器/計數器；具有8路模擬量輸入的10位ADC變換器；帶有兩路解析度為8位的脈衝寬度調製輸出；具有兩級優先權的15個中斷源(可以有2 6個外部中斷源)；具有五組8位I/O埠和一組與ADC模擬量輸入共用的8位輸入口 ；帶有與內部RAM進行DMA數據傳送的CAN控制器；內含具有總線故障管理功能的IMbpsCAN控制器；VDD/2基準電壓；具有與標準80C51兼容的全雙工UART 模式；帶有在片監視跟蹤定時器(WDT)；時鐘頻率為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。所述晶振及第二級硬體看門狗電路( 包括第二級硬體看門狗晶片2-1、晶振 2-2、電容Cl、電容C2，第二級硬體看門狗晶片2-1選用X25045晶片，X25045晶片的SO引腳和MCU控制器(1)的Pl. 1引腳連接，X25045晶片的SI引腳和MCU控制器(1)的Pl. 0引腳連接，X25045晶片的SCK引腳和MCU控制器(1)的Pl. 3引腳連接，X25045晶片的已引腳和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引腳連接後再和電容Cl連接，晶振2-2的另一端和MCU控制器(1)的XTAL2引腳連接後再和電容 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總線節點3-6。光電耦合器選用高速光耦隔離6N137晶片，在此用2片6N137晶片，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晶片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晶片OUT引腳連接，CAN總線收發器3_3選用TJA1050晶片，一片6N137光電耦合器3-1晶片OUT引腳連接TJA1050晶片TXD引腳，另一片6附37光電耦合器3-2晶片IN引腳通過電阻R2連接TJA1050晶片RXD引腳，TJA1050 晶片的CANH引腳通過電阻R3、電容C3、防雷擊管3_4與CAN總線節點3_6相連，TJA1050晶片的CANL引腳通過電阻R4、電容C4、防雷擊管3_5與CAN總線節點3_6相連。所述解碼器(4)採用74HC138晶片，是一款高速CMOS器件，74HC138引腳兼容低功耗肖特基TTL(LSTTL)系列，74HC138解碼器可接受3位二進位加權地址輸入(A0，Al和 A2)，並當使能時，提供8個互斥的低有效輸出(Y0至Y7)，74HC138具有3個使能輸入端兩個低有效(El和E2)和一個高有效(E3)，除非El和E2置低且E3置高，否則74HC138將保持所有輸出為高。解碼器(4)的El和E2引腳接地，解碼器的E3引腳接高電平，解碼器⑷的AO引腳和MCU控制器(1)的P2.5引腳連接，解碼器(4)的Al引腳和MCU控制器 ⑴的P2. 6引腳連接，解碼器(4)的A2引腳和MCU控制器(1)的P2. 7引腳連接。所述多路開關(5)採用MAX306晶片，MAX306晶片是由Maxim Integrated Products公司生產的16通道CMOS模擬多路轉換器，是一款16選1模擬開關。第一個多路開關(5)的EN引腳和解碼器(4)的YO引腳連接，第二個多路開關(5)的EN引腳和解碼器的Yl引腳連接，第三個多路開關(5)的EN引腳和解碼器的Y2引腳連接，第四個多路開關(5)的EN引腳和解碼器(4)的TO引腳連接，共4個多路開關(5)，每個多路開關(5)可以接16個瓦斯傳感器(6)，共計4 X 16 = 64路瓦斯測量點。第一個多路開關(5) 的OUT引腳和MCU控制器(1)的P5.0引腳連接，第二個多路開關(5)的OUT引腳和MCU控制器(1)的P5.1引腳連接，第三個多路開關(5)的OUT引腳和MCU控制器(1)的P5. 2引腳連接，第四個多路開關(5)的OUT弓丨腳和MCU控制器(1)的P5. 3引腳連接。4個多路開關(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。本實用新型工作原理瓦斯傳感器(6)通過多路開關(5)，把採集瓦斯的信息傳送到MCU控制器(1)的P5 口，經過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引腳傳輸到CAN總線電路(3)，上位機通過CAN總線獲取瓦斯信息，上位機發出相應的指令，完成對瓦斯的監控。本實用新型具有電路簡單高效、信息傳送智能化、抗幹擾能力強、實時性能好、工程量小、電纜線少、便於應用、成本低的特點。

圖1為本實用新型系統的結構示意圖。圖2為本實用新型晶振及第二級硬體看門狗電路和MCU控制器連接的示意圖。圖3為本實用新型CAN總線電路和MCU控制器連接的示意圖。圖4為本實用新型解碼器及多路開關和MCU控制器連接的示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型進一步詳細說明。圖1為本實用新型的結構示意圖，由MCU控制器(1)、晶振及第二級硬體看門狗電路(2)、CAN總線電路(3)、解碼器⑷、多路開關(5)、瓦斯傳感器(6)、電源電路(7)組成； 圖2為本實用新型晶振及第二級硬體看門狗電路( 和MCU控制器(1)連接的示意圖，MCU 控制器(1)選用PHILIPS公司採用先進的COMS工藝製造的高性能8位P80C592單片機， MCU控制器(1)本身有看門狗，為了加大抗幹擾設計了第二級硬體看門狗電路0)，X25045 晶片的SO引腳和MCU控制器(1)的Pl. 1引腳連接，X25045晶片的SI引腳和MCU控制器 (1)的Pl. 0引腳連接，X25045晶片的SCK引腳和MCU控制器(1)的Pl. 3引腳連接，X25045 晶片的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引腳連接後再和電容Cl連接，晶振2-2的另一端和MCU控制器(1)的XTAL2引腳連接後再和電容C2連接；圖3為本實用新型CAN總線電路(3)和MCU控制器⑴連接的示意圖；圖4為本實用新型解碼器(4)及多路開關(5)和MCU控制器(1)連接的示意圖，採集瓦斯的信息傳送到MCU控制器(1)的P5 口，經過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引腳傳輸到CAN總線電路(3)，上位機通過CAN總線獲取瓦斯信息，上位機發出相應的指令，完成對瓦斯的監控。要完成64路瓦斯測量和信息的傳輸還需要相應的軟體，軟體有MCU控制器⑴初始化程序、CAN節點的初始化程序、報文發送程序和報文接收程序。
權利要求1.一種基於現場總線64路煤礦瓦斯測量傳輸器，包括MCU控制器(1)、晶振及第二級硬體看門狗電路0)、CAN總線電路(3)、解碼器0)、多路開關(5)、瓦斯傳感器(6)、電源電路(7)組成，其特徵在於，晶振及第二級硬體看門狗電路( 和MCU控制器(1)連接，CAN總線電路⑶和MCU控制器⑴連接，解碼器⑷和MCU控制器⑴連接，多路開關(5)和解碼器(4)連接，多路開關(5)和MCU控制器(1)也連接，瓦斯傳感器(6)和多路開關(5)連接，電源電路(7)給MCU控制器(1)、晶振及第二級硬體看門狗電路0)、CAN總線電路(3)、 解碼器G)、多路開關(5)、瓦斯傳感器(6)供電。
2.如權利要求1所述的一種基於現場總線64路煤礦瓦斯測量傳輸器，其特徵在於，所述的晶振及第二級硬體看門狗電路( 包括第二級硬體看門狗晶片0-1)、晶振(2-2)、電容Cl、電容C2，第二級硬體看門狗晶片選用X25045晶片，X25045晶片的SO引腳和 MCU控制器(1)的Pl. 1引腳連接，X25045晶片的SI引腳和MCU控制器(1)的P1.0引腳連接，X25045晶片的SCK引腳和MCU控制器(1)的Pl. 3引腳連接，X25045晶片的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引腳連接後再和電容Cl連接，晶振0-2)的另一端和MCU控制器(1)的XTAL2引腳連接後再和電容 C2連接。
3.如權利要求1所述的一種基於現場總線64路煤礦瓦斯測量傳輸器，其特徵在於，所述的解碼器⑷採用74HC138晶片，解碼器⑷的El和E2引腳接地，解碼器⑷的E3引腳接高電平，解碼器(4)的AO引腳和MCU控制器(1)的P2. 5引腳連接，解碼器(4)的Al 引腳和MCU控制器(1)的P2. 6引腳連接，解碼器(4)的A2引腳和MCU控制器(1)的P2. 7 引腳連接。
4.如權利要求1所述的一種基於現場總線64路煤礦瓦斯測量傳輸器，其特徵在於，所述的多路開關(5)採用MAX306晶片，第一個多路開關(5)的EN引腳和解碼器(4)的YO引腳連接，第二個多路開關(5)的EN引腳和解碼器(4)的Yl引腳連接，第三個多路開關(5) 的EN引腳和解碼器(4)的Y2引腳連接，第四個多路開關(5)的EN引腳和解碼器(4)的TO 引腳連接，共4個多路開關(5)，每個多路開關( 可以接16個瓦斯傳感器(6)，共計4X16 =64路瓦斯測量點，第一個多路開關(5)的OUT引腳和MCU控制器(1)的P5.0引腳連接， 第二個多路開關(5)的OUT引腳和MCU控制器(1)的P5. 1引腳連接，第三個多路開關(5) 的OUT引腳和MCU控制器(1)的P5. 2引腳連接，第四個多路開關(5)的OUT引腳和MCU控制器(1)的P5. 3引腳連接，4個多路開關(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。
專利摘要一種基於現場總線64路煤礦瓦斯測量傳輸器，屬於計算機技術、電工電子技術和自動化領域。包括MCU控制器(1)、晶振及第二級硬體看門狗電路(2)、CAN總線電路(3)、解碼器(4)、多路開關(5)、瓦斯傳感器(6)、電源電路(7)組成。它們的連接關係是晶振及第二級硬體看門狗電路(2)和MCU控制器(1)連接，CAN總線電路(3)和MCU控制器(1)連接，解碼器(4)和MCU控制器(1)連接.多路開關(5)和解碼器(4)、MCU控制器(1)連接，瓦斯傳感器(6)和多路開關(5)連接，電源電路(7)給器件和電路供電，可以和上位機通訊。優點在於簡單高效、智能化、抗幹擾強、實時性好、成本低的特點。
文檔編號G08C19/00GK201974934SQ20112002075
公開日2011年9月14日 申請日期2011年1月24日 優先權日2011年1月24日
發明者何麗麗, 史慶軍, 姜重然, 翟洪波 申請人:佳木斯大學