基于87C552的煤矿水源井无线监控系统的设计

  科技信息2009年第19期SCIENCE&TECHNOLOGYINFORMATION0．引言众所周知，大多数煤矿都远离城市，其供水系统都是自给自足，水源为地表水。一般每个矿井要设置1—6个水源井，每个水井相距35m左右以前的控制方案大多数都是采用继电器控制、现场操作、电话调度，并设有专人负责，这与现代化矿井的要求是不相符的。针对这一详细情况，本文提出一种基于87C552单片机构成监控分站、基于无线电台传输数据的方案，该方案对水源井各项参数进行采集、处理，并将采集到的数据传送到监控基站，以此来实现了水源井参数的实时监控，保证了生活、生产用水的正常供应，达到了安全生产的目的。1.系统概述由于水源井地理位置分散，因此总系统为分布式集中控制。总系统由多个监控分站、无线数传电台和基站组成，系统基本结构如图所示。水源井监控分站采集水泵电机的电流、电压、水井水位、水泵出口流量、压力、水泵电机的开停等数据，除了在本地处理、显示和存储以外，还要响应基站要求，将数据由无线电台发送至基站；基站端通过VB编写的监控软件将数据还原、显示并按时间顺序存储到由Access构建的数据库中；同时还能够最终靠基站向指定的监控分站发送设置参数命令及各种控制命令。图1系统基本结构图2．监控分站的硬件设计监控分站主要负责对水源井各参数的检测，其处理核心采用的是Philips公司的87C552单片机。监控分站的结构如图2所示。图2监控分站的结构图87C552单片机具有与MCS5兼容的微控制器内核，并与MCS5的指令集完全兼容。除了具有MCS5的数字功能部件外，还具有以下功能：2．1集成了看门狗定时器、8路0位逐次比较型ADC2.2集成了2路PWM、串行I2C总线增加了具有捕捉和比较功能的6位定时器T2和8位监视定时器T32.4中断源增加为5个87C552单片机的8路0位A/D转换分别对开停信号和水泵电机的电流、电压等传感器输出的模拟信号进行转换，其中开停信号属于三态信号，即传感器输出～5～1mA的电流信号，分别代表断线、停止、开启三种状态每个AD转换通道所采集的信号既可以是水泵电机的电参数、也可以是开停信号、压力、流量等传感器的输出信号这一功能只一定要通过更改上位机的软件设定和改变下位机的接线就可以实现传感器信号预处理电路的原理图如图3所示图3中，运算放大器采用LM324，它支持单电源供电，传感器输出信号从IN输入，经过相应的接线后进入电压跟随器（开停信号接A，电流信号接C，电压信号接B），实现阻抗变换，之后进行放大，其中运放U3A起到了电压补偿和调零的作用，经过放大的电压通过电位计调节送入到AD转换通道监控分站的别的部分，如开关量输出大多数都用在开关水泵电机；显示电路用于轮回显示电机电流、电压等采集到的相关参数；报警电路用于超限报警；扩展的E2PROM用来存放设定信息及各参数的基准值；拨码开关用于分站地址的设定基于87C552的煤矿水源井无线监控系统的设计姜飞孙永才（安徽理工大学安徽淮南232001）【摘要】针对煤矿水源井的监控问题，文章提出了利用无线数传电台对水源井实施分布式无线监控的方案，阐述了基于87C552的水源井无线监控系统的组成、工作原理以及工作过程。该方案具有成本低、易实现、传输距离远等优点，有很强的实用性关键词87C552单片机；无线监控；水源井；数传电台TheWirelssMonitorSystmofWatrupplyWllBasdon87C552JIANGFiSUNYong－cai(CollgofElctricEnginringAnhuiUnivrsityofScincandchnology,HuainanAnhui232001Chin)AbstrctWatersupplywellsforcoalminemonitoringtheissue,thearticleproposedtheuseofwirelessdataradiowirelesswatersupplywellstomonitortheimplementationoftheprogramsdistributedonthe87C552-basedwirelessmonitoringwatersupplywellssystem,workingprincipleandworkingprocessTheprogramhasalowcost,easytoachieve,transmissiondistance,etc,haveastrongpracticalKywords87C552MCU；WirelessMonitor；WaterSupplyWell；DataRadioStation○机械与电子○64科技信息2009年第19期SCIENCE&TECHNOLOGYINFORMATION图3传感器信号预处理电路的电路原理图3．无线C为一对一通信，速率低，有效传输距离短；RS485为多对多通信，速率高，有效传输距离远。考虑到无线数传电台与监控分站为一对一应用，且二者距离很近，所以在此采用的是RS232C标准。接口芯片采用的是MIXIM公司生产的MAX202芯片，该芯片包含两路驱动器和接收器的RS232电平转换芯片，适用于噪声严重环境下的RS232通信。每个发送器输出和接收器输入无需封闭均可抗±5kV静电放电（Electro-StaticDischarge，ESD）冲击能保证最高达2kb/s的数据传输速率，全部符合传输要求MAX22芯片内部有一个电压变换器，可以把输入的+5V电源电压变换成RS232C输出电平所需的±V电压，所以采用此芯片接口的串行通信系统只需单一的+5V电源就可以数传电台采用日本日精ND25A数传电台，其性能指标如下：频率范围：22～24MHz运行模式：半双工调制方式：6KF3D（E）电源标称电压：+3.8V（工作范围：+5～+6V）接收方式：双超外差式通讯接口：RS232C 或 TTL 或 RS485 误码率：≤ 7 @15dBm 24bps 功率：0W 4．软件设计 41 监控基站的软件设计 监控基站的软件采用 Windows2000 图形界面下的 VB6 进行开 发制作，最重要的包含用户管理、参数设置、串行通信、数据处理、数据库管 理和维护、历史记录查询、实时曲线、报表打印、水泵电机控制等部分 其中串行通信部分和数据库管理部分是软件设计的重点 系统采用 MSComm 通信控件通过串行口与数传电台进行通信 通信格式为标准 的 1 位串行通信，包括 8 个数据位，1 个停止位，不设置奇偶校验位 波特率默认为 96b/s，能够最终靠设定改变 图 4 水源井监控分站主程序流程图 42 监控分站的软件设计 水源井监控分站软件采用 C 语言与汇编语言混 合编程，模块化设计，主要由数据采集和处理、显示、 通信、存储、报警等模块组成 其中通信模块在串口中 断中实现 水源井监控分站主程序为循环结构，如图 4 所示 图 5 为串口中断服务程序，串口中断发生时首先 要保护现场，即保护当前运行程序的有关数据；然后 判断串口接收到得第一个字符是否是先导字符，若不 是退出中断服务程序；若是则关中断，改中断接收为 查询接收 当所有字节的数据都接收结束之后，先判 断是否是针对该监控分站发送的数据，即判断地址是否和当前地址符 合，若不符合则不是对该分站发送的命令，退出中断服务程序；若符 合，则取命令字节，分析命令并做出相应的响应动作，发送数据或更改 某一项参数的设定值 图 5 串口中断服务程序 5．结论 基于 87C552 的水源井无线监控系统， 通过无线数传电台实现数 据通信，使水源井的相关参数得以实时可靠地传输，避免了有线传输 方式带来的施工和维护困难，以及不可靠等缺点 该系统实现简单、成 本低、传输距离远，且由于不须借助于公网实现数据传输，故能做到 始终在线的传输，可靠性更加得以保证 该系统不但可以用于煤矿水源井的监控，也能够适用于其他类似水 源井的监控，有较广的应用场景范围 【参考文献】 ［1］朱定华，戴汝平单片微机原理与应用[M]北京：清华大学出版社，北方交通 大学出版社，23 （下转第 88 页） 科 ● ○机械与电子○ 65 科技信息 2009 年 第19 期 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION 是反映人体对热平衡的偏离程度的。 Fanger 收集了 1396 名美国和丹 麦受试者的冷热感觉资料，得出： PMV＝ 0．33exp（－0．036M）＋0．027   5 TL （3） 式中人体热负荷 TL 的定义为人体产热量与假定人体保持舒适条 件下的平均皮肤温度 t sk 和出汗造成的潜热散热 E rsw 时向外界散出的 热量之间的差值，因此由式(3)有： PMV＝ 0．303exp（－0．036M）＋0．027   5 × M－W－3．05 5．733－0．007（M－W）－P a   －0．42（M－W－58．15）－1．73×10 -2 M（5.867－P a ）－0.0014M（34－t a ） －3．96×10 －8 f cl （t cl ＋273） 4 －（t 軃 r ＋273） 4  －f cl h c （t cl －t a                       ） （4） t cl ＝ 35．7－0．0275（M－W）＋0．155I cl f cl 4．13×（1＋0．01dt）＋h c t a   1＋0．155I cl f cl 4．13×（1＋0．01dt）＋h c   （5） 式中 dt＝t r －22°C 表 1 PMV 指标表 PPD 指标用来表示不满意百分率，用概率统计的办法能够得出它 与PMV 之间的关系当 PMV=0 时，PPD＝5％也就是说，在最舒适的状 态下， 仍有 5％的人不满意 ISO773 给出的指标推荐值为：－.5≤ PMV≤.5,相应的 PPD≤0％ PMV 与 PPD 之间的定量关系： PPD＝100-95exp －（0.03353PMV 4 ＋0.2179PMV 2   ） （6） 图  PV 与PPD 关系图 2.3 地板辐射采暖的热舒适性评价 我国现行的一些区域标准中提出：采用辐射采暖时，室内设计温 度可以比采用传统采暖方式降低 ～2℃，故采用地板辐射采暖的室内 设计温度应为 6～8℃， 现选用中间值 7℃作为热舒适性评价指标， 相对湿度取为 Φ＝6%，风速取为 v=0.m/s 正常的情况下，人体活动所做的机械功很小，现选取人或轻微 活动时的情况，M=70，W＝0 其他参数见表 2 本文选取厚毛衣裤和薄 毛衣裤两种情况对室内的热舒适性作对比分析 表 2 热舒适性评价参数表 2．3．1 厚毛衣裤 h c ＝12．1 v 姨 ＝3．38W/㎡ （7） dt＝18－22＝－4C （8） I cl ＝1.0clo （9） f cl ＝1＋0．15I cl ＝1．15 （20） P a ＝1．1592kP a （2） t cl ＝ 35．7－0．0275（70－0）＋0．155×1×1．15 4．13×（1＋0．01×（－4））＋3．83×1   7 1＋0．155×1×1．15 4．13×（1＋0．01×（－4））＋3．8   3 ＝19．6C （22） PMV＝ 0．303exp（－0．036×70）＋0．027   5 × 70－03．05 5．733－0．007（70－0）－1.159

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