CN102610080A - 一种基于现场总线64路煤矿瓦斯测量传输器 - Google Patents

Abstract

一种基于现场总线64路煤矿瓦斯测量传输器，属于计算机技术、电工电子技术和自动化领域。包括MCU控制器(1)、晶振及第二级硬件看门狗电路(2)、CAN总线电路(3)、译码器(4)、多路开关(5)、瓦斯传感器(6)、电源电路(7)组成。它们的连接关系是：晶振及第二级硬件看门狗电路(2)和MCU控制器(1)连接，CAN总线电路(3)和MCU控制器(1)连接，译码器(4)和MCU控制器(1)连接，多路开关(5)和译码器(4)、MCU控制器(1)连接，瓦斯传感器(6)和多路开关(5)连接，电源电路(7)给器件和电路供电，可以和上位机通讯。优点在于：简单高效、智能化、抗干扰强、实时性好、成本低的特点。

Description

一种基于现场总线64路煤矿瓦斯测量传输器

技术领域

本发明属于计算机技术、电工电子技术和自动化领域，具体涉及一种基于现场总线64路煤矿瓦斯测量传输器。

背景技术

我国是世界上最大的煤炭生产和消费国，也是世界上少数几个以煤为主要能源的国家之一。煤炭中含有大量的甲烷(CH4)等易燃易爆气体，它是瓦斯形成的主要成分，发生瓦斯事故后会造成巨大的经济损失，危及矿工的生命。随着煤矿开采技术手段的不断改进和开采规模的扩大及开采深度的不断延伸，安全隐患越来越多，特别是重、特大瓦斯事故在煤矿事故中所占的比例也越来越高，如果不把瓦斯事故控制住，就不能实现煤矿安全生产状况的稳定，也就无法保障煤炭工业的持续健康发展，所以，对煤矿井下瓦斯气体进行快速准确的监测显得尤其重要，对易燃易爆混合气体监测系统的开发也成为重中之重，特别需要一种抗干扰性能强、实时性能高、远距离多路煤矿瓦斯测量传输器。

现场总线控制系统技术是20世纪80年代中期在国外上发展起来的一种崭新的工业控制技术。现场总线(fieldbus)是应用在生产现场、在微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统，也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络，是现场通信网络与控制系统的集成。随着微处理器与计算机功能的不断增强和价格的降低，计算机与计算机网络系统正在迅猛发展和扩大。现场总线可实现整个企业的信息集成，实施综合自动化，形成工厂底层网络，完成现场自动化设备之间的多点数字通信，实现底层现场设备之间以及生产现场与外界的信息交换。由于采用现场总线将使控制系统结构简单，系统安装费用减少并且易于维护，现场总线技术正越来越受到人们的重视。目前，国际上已经出现的现场总线有几百种，其中典型的有一定影响并占有一定市场份额的主要有基金会现场总线(FF)、CAN、PROFIBUS、Lonworks、HART等。

发明内容

本发明专利的目的在于提供一种基于现场总线64路煤矿瓦斯测量传输器，克服以往的测量和传输瓦斯信号干扰大而且实时性能不好的缺点，可以通过现场总线把瓦斯信息传送到上位机，上位机发出相应指令，完成瓦斯监控，保证煤矿安全生产，主要应用于煤矿，本发明由MCU控制器(1)、晶振及第二级硬件看门狗电路(2)、CAN总线电路(3)、译码器(4)、多路开关(5)、瓦斯传感器(6)、电源电路(7)组成。它们的连接关系是：晶振及第二级硬件看门狗电路(2)和MCU控制器(1)连接，CAN总线电路(3)和MCU控制器(1)连接，译码器(4)和MCU控制器(1)连接，多路开关(5)和译码器(4)、MCU控制器(1)连接，瓦斯传感器(6)和多路开关(5)连接，电源电路(7)给MCU控制器(1)、晶振及第二级硬件看门狗电路(2)、CAN总线电路(3)、译码器(4)、多路开关(5)、瓦斯传感器(6)供电。所述CAN总线电路(3)选用CAN现场总线，CAN(Controller Area Network控制器局域网)总线最初是由德国的BOSCH公司为汽车监测、控制系统而设计的一种串行数据通信多主机局域网，CAN现场总线是一种普及率很高现场总线(fieldbus)，直接通信距离最远可达10km，速率5Kbps以下，通信速率最高可达1MbPs，此时通信距离最长为40m，节点目前可达110个，通信介质可为双绞线、同轴电缆或光纤。

所述MCU控制器(1)选用PHILIPS公司采用先进的COMS工艺制造的高性能8位P80C592单片机，该单片机的指令集与80C51完全兼容，但在80C51标准特性的基础上又增加了一些对于应用具有重要作用的硬件功能，该器件具有下列特性：带有80C51中央处理单元(CPU)；带2×256KB的片内RAM，外部可扩展至64KB；具有两个标准的16位定时器/计数器；新增一个包括四个捕获和三个比较寄存器的16位定时器/计数器；具有8路模拟量输入的10位ADC变换器；带有两路分辨率为8位的脉冲宽度调制输出；具有两级优先权的15个中断源(可以有2～6个外部中断源)；具有五组8位I/O端口和一组与ADC模拟量输入共用的8位输入口；带有与内部RAM进行DMA数据传送的CAN控制器；内含具有总线故障管理功能的1MbpsCAN控制器；VDD/2基准电压；具有与标准80C51兼容的全双工UART模式；带有在片监视跟踪定时器(WDT)；时钟频率为1.2MHz～16MHz，P80C592本身自有CAN总线控制器，故不需要外加CAN总线控制器。

所述晶振及第二级硬件看门狗电路(2)包括第二级硬件看门狗芯片2-1、晶振2-2、电容C1、电容C2，第二级硬件看门狗芯片2-1选用X25045芯片，X25045芯片的SO引脚和MCU控制器(1)的P1.1引脚连接，X25045芯片的SI引脚和MCU控制器(1)的P1.0引脚连接，X25045芯片的SCK引脚和MCU控制器(1)的P1.3引脚连接，X25045芯片的引脚和MCU控制器(1)的P1.2引脚连接，晶振2-2的一端和MCU控制器(1)的XTAL1引脚连接后再和电容C1连接，晶振2-2的另一端和MCU控制器(1)的XTAL2引脚连接后再和电容C2连接。

所述CAN总线电路(3)包括光电耦合器3-1、光电耦合器3-2、CAN总线收发器3-3、防雷击管3-4、防雷击管3-5、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C3、电容C4、CAN总线节点3-6。光电耦合器选用高速光耦隔离6N137芯片，在此用2片6N137芯片，MCU控制器(1)的TXDC引脚通过电阻R1和一片6N137光电耦合器3-1芯片IN引脚连接，MCU控制器(1)的RXDC引脚和另一片6N137光电耦合器3-2芯片OUT引脚连接，CAN总线收发器3-3选用TJA1050芯片，一片6N137光电耦合器3-1芯片OUT引脚连接TJA1050芯片TXD引脚，另一片6N137光电耦合器3-2芯片IN引脚通过电阻R2连接TJA1050芯片RXD引脚，TJA1050芯片的CANH引脚通过电阻R3、电容C3、防雷击管3-4与CAN总线节点3-6相连，TJA1050芯片的CANL引脚通过电阻R4、电容C4、防雷击管3-5与CAN总线节点3-6相连。

所述译码器(4)采用74HC138芯片，是一款高速CMOS器件，74HC138引脚兼容低功耗肖特基TTL(LSTTL)系列，74HC138译码器可接受3位二进制加权地址输入(A0，A1和A2)，并当使能时，提供8个互斥的低有效输出(Y0至Y7)，74HC138具有3个使能输入端：两个低有效(E1和E2)和一个高有效(E3)，除非E1和E2置低且E3置高，否则74HC138将保持所有输出为高。译码器(4)的E1和E2引脚接地，译码器(4)的E3引脚接高电平，译码器(4)的A0引脚和MCU控制器(1)的P2.5引脚连接，译码器(4)的A1引脚和MCU控制器(1)的P2.6引脚连接，译码器(4)的A2引脚和MCU控制器(1)的P2.7引脚连接。

所述多路开关(5)采用MAX306芯片，MAX306芯片是由Maxim Integrated Products公司生产的16通道CMOS模拟多路转换器，是一款16选1模拟开关。第一个多路开关(5)的EN引脚和译码器(4)的Y0引脚连接，第二个多路开关(5)的EN引脚和译码器(4)的Y1引脚连接，第三个多路开关(5)的EN引脚和译码器(4)的Y2引脚连接，第四个多路开关(5)的EN引脚和译码器(4)的Y3引脚连接，共4个多路开关(5)，每个多路开关(5)可以接16个瓦斯传感器(6)，共计4×16＝64路瓦斯测量点。第一个多路开关(5)的OUT引脚和MCU控制器(1)的P5.0引脚连接，第二个多路开关(5)的OUT引脚和MCU控制器(1)的P5.1引脚连接，第三个多路开关(5)的OUT引脚和MCU控制器(1)的P5.2引脚连接，第四个多路开关(5)的OUT引脚和MCU控制器(1)的P5.3引脚连接。4个多路开关(5)的A0引脚、A1引脚和A2引脚，依次和MCU控制器(1)的P0.0引脚、P0.1引脚和P0.2引脚连接。

本发明的工作原理：瓦斯传感器(6)通过多路开关(5)，把采集瓦斯的信息传送到MCU控制器(1)的P5口，经过MCU控制器(1)处理的瓦斯信息通过MCU控制器(1)的TXDC引脚和RXDC引脚传输到CAN总线电路(3)，上位机通过CAN总线获取瓦斯信息，上位机发出相应的指令，完成对瓦斯的监控。

本发明的有益效果是：

1.电路简单高效，信息传送智能化。

2.抗干扰能力强，实时性能好。

3.工程量小，电缆线少。

4.便于应用，成本低。

附图说明

图1为本发明系统的结构示意图。

图2为本发明晶振及第二级硬件看门狗电路和MCU控制器连接的示意图。

图3为本发明CAN总线电路和MCU控制器连接的示意图。

图4为本发明译码器及多路开关和MCU控制器连接的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施对本发明进一步详细说明。

图1为发明系统的结构示意图，由MCU控制器(1)、晶振及第二级硬件看门狗电路(2)、CAN总线电路(3)、译码器(4)、多路开关(5)、瓦斯传感器(6)、电源电路(7)组成；图2为本发明晶振及第二级硬件看门狗电路(2)和MCU控制器(1)连接的示意图，MCU控制器(1)选用PHILIPS公司采用先进的COMS工艺制造的高性能8位P80C592单片机，MCU控制器(1)本身有看门狗，为了加大抗干扰设计了第二级硬件看门狗电路(2)，X25045芯片的SO引脚和MCU控制器(1)的P1.1引脚连接，X25045芯片的SI引脚和MCU控制器(1)的P1.0引脚连接，X25045芯片的SCK引脚和MCU控制器(1)的P1.3引脚连接，X25045芯片的

引脚和MCU控制器(1)的P1.2引脚连接，晶振2-2的一端和MCU控制器(1)的XTAL1引脚连接后再和电容C1连接，晶振2-2的另一端和MCU控制器(1)的XTAL2引脚连接后再和电容C2连接；图3为本发明CAN总线电路(3)和MCU控制器(1)连接的示意图；图4为本发明译码器(4)及多路开关(5)和MCU控制器(1)连接的示意图，采集瓦斯的信息传送到MCU控制器(1)的P5口，经过MCU控制器(1)处理的瓦斯信息通过MCU控制器(1)的TXDC引脚和的RXDC引脚传输到CAN总线电路(3)，上位机通过CAN总线获取瓦斯信息，上位机发出相应的指令，完成对瓦斯的监控。

要完成64路瓦斯测量和信息的传输还需要相应的软件，软件有MCU控制器(1)初始化程序、CAN节点的初始化程序、报文发送程序和报文接收程序。

Claims (4)

1.一种基于现场总线64路煤矿瓦斯测量传输器，包括MCU控制器(1)、晶振及第二级硬件看门狗电路(2)、CAN总线电路(3)、译码器(4)、多路开关(5)、瓦斯传感器(6)、电源电路(7)组成，其特征在于，晶振及第二级硬件看门狗电路(2)和MCU控制器(1)连接，CAN总线电路(3)和MCU控制器(1)连接，译码器(4)和MCU控制器(1)连接，多路开关(5)和译码器(4)连接，多路开关(5)和MCU控制器(1)也连接，瓦斯传感器(6)和多路开关(5)连接，电源电路(7)给MCU控制器(1)、晶振及第二级硬件看门狗电路(2)、CAN总线电路(3)、译码器(4)、多路开关(5)、瓦斯传感器(6)供电。

2.如权利要求1所述的一种基于现场总线64路煤矿瓦斯测量传输器，其特征在于，所述的晶振及第二级硬件看门狗电路(2)包括第二级硬件看门狗芯片2-1、晶振2-2、电容C1、电容C2，第二级硬件看门狗芯片2-1选用X25045芯片，X25045芯片的SO引脚和MCU控制器(1)的P1.1引脚连接，X25045芯片的SI引脚和MCU控制器(1)的P1.0引脚连接，X25045芯片的SCK引脚和MCU控制器(1)的P1.3引脚连接，X25045芯片的引脚和MCU控制器(1)的P1.2引脚连接，晶振2-2的一端和MCU控制器(1)的XTAL1引脚连接后再和电容C1连接，晶振2-2的另一端和MCU控制器(1)的XTAL2引脚连接后再和电容C2连接。

3.如权利要求1所述的一种基于现场总线64路煤矿瓦斯测量传输器，其特征在于，所述的译码器(4)采用74HC138芯片，译码器(4)的E1和E2引脚接地，译码器(4)的E3引脚接高电平，译码器(4)的A0引脚和MCU控制器(1)的P2.5引脚连接，译码器(4)的A1引脚和MCU控制器(1)的P2.6引脚连接，译码器(4)的A2引脚和MCU控制器(1)的P2.7引脚连接。

4.如权利要求1所述的一种基于现场总线64路煤矿瓦斯测量传输器，其特征在于，所述的多路开关(5)采用MAX306芯片，第一个多路开关(5)的EN引脚和译码器(4)的Y0引脚连接，第二个多路开关(5)的EN引脚和译码器(4)的Y1引脚连接，第三个多路开关(5)的EN引脚和译码器(4)的Y2引脚连接，第四个多路开关(5)的EN引脚和译码器(4)的Y3引脚连接，共4个多路开关(5)，每个多路开关(5)可以接16个瓦斯传感器(6)，共计4×16＝64路瓦斯测量点，第一个多路开关(5)的OUT引脚和MCU控制器(1)的P5.0引脚连接，第二个多路开关(5)的OUT引脚和MCU控制器(1)的P5.1引脚连接，第三个多路开关(5)的OUT引脚和MCU控制器(1)的P5.2引脚连接，第四个多路开关(5)的OUT引脚和MCU控制器(1)的P5.3引脚连接，4个多路开关(5)的A0引脚、A1引脚和A2引脚，依次和MCU控制器(1)的P0.0引脚、P0.1引脚和P0.2引脚连接。

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