基于单片机的井下低爆综合保护器设计
井下低压馈电开关综合保护装置设计
中国矿业大学本科生毕业论文姓名：田建勋学号：21056368 学院：应用技术学院专业：电气工程及其自动化论文题目：井下低压馈电开关综合保护装置设计专题：指导教师：董海波职称：副教授2009年 6 月徐州中国矿业大学毕业论文任务书学院应用技术学院专业年级电气05-1班学生姓名田建勋任务下达日期：2009年3月8日毕业论文日期：2009 年3月9日至2009 年6月10日毕业论文题目：井下低压馈电开关综合保护装置设计毕业设计专题题目：毕业论文主要内容和要求：主要内容：1. 掌握井下馈电开关的工作原理。
2.掌握井下低压电网的保护原理。
3.熟悉可编程逻辑器CPLD的功能。
4.掌握单片机AT89C52功能。
5.完成和本设计内容相关的3000字以上的英文文献。
要求：熟悉馈电开关保护相关要求，确定科学可行的开关综合保护方案；1.设计实现基于微型计算机/单片机实现的馈电开关综保装置；2.装置应具有完善的接口和人机交互功能，并绘制装置电气原理图和PCB图；3.设计综合保护装置的软件流程，并编写部分程序；4.按时写出毕业设计开题报告，明确设计任务，制定详细的设计计划；5.编写毕业设计说明书；6.翻译近5年内与设计相关的英文文献一篇，字数不少于3000字。
院长签字：指导教师签字：指导教师评语（①基础理论及基本技能的掌握；②独立解决实际问题的能力；③研究内容的理论依据和技术方法；④取得的主要成果及创新点；⑤工作态度及工作量；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）：成绩：指导教师签字：年月日评阅教师评语（①选题的意义；②基础理论及基本技能的掌握；③综合运用所学知识解决实际问题的能力；③工作量的大小；④取得的主要成果及创新点；⑤写作的规范程度；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）：成绩：评阅教师签字：年月日中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书评阅教师评语（①选题的意义；②基础理论及基本技能的掌握；③综合运用所学知识解决实际问题的能力；③工作量的大小；④取得的主要成果及创新点；⑤写作的规范程度；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）：成绩：评阅教师签字：年月日摘要随着采煤自动化的发展，对矿井供电的连续性、可靠性和安全性提出了越来越高的要求，因此对矿井低压馈电开关综合保护系统的研究具有重要的理论和应用价值。
基于CAN总线的井下风机综合保护器的方案研究
基于CAN总线的井下风机综合保护器的方案研究摘要:风机是用于输送气体的机械,它是把原动机的机械能转变为气体能量的一种机械。
电机综合保护器用于控制矿井下驱动风机的电动机,实现多种故障的综合保护,本文从综合保护器的功能要求和实现方法上出发,提出本综合保护器的总体方案。
关键词:风机综合保护器方案1 风机概述风机是用于输送气体的机械,从能量的观点看,它是把原动机的机械能转变为气体能量的一种机械。
风机种类很多,有锅炉风机、煤粉风机、矿用风机等。
本文要保护的风机是局部通风机,用于煤矿掘进工作面,在通风方面满足可靠度定额的局部矿井通风系统的可靠性。
煤矿井下空气中有大量的瓦斯、粉尘、二氧化碳等,使煤矿井下空气污浊,当瓦斯浓度超限,容易使人发生窒息,当有明火时容易发生瓦斯爆炸事故,威胁煤矿安全生产的顺利进行。
为此,各煤矿都采用通风机通风,稀释瓦斯浓度,排除污浊空气,保证矿井下空气新鲜,防止瓦斯爆炸等事故,保证安全生产。
因此,矿井下的正常通风对煤矿安全生产有着重要关键的作用,为防止风机意外故障而导致停风,引发安全事故,共设有两台风机,一台为主风机,另一台为备用风机。
当主风机发生故障时,可以自动启动备用风机,保证矿井正常通风。
矿井中主要的危险气体是瓦斯,其主要成分为甲烷气体。
通过瓦斯传感器可以检测瓦斯浓度,瓦斯浓度的大小直接影响煤矿安全,我们把在空气中瓦斯遇火后能引起爆炸的浓度范围称为瓦斯爆炸界限。
风机的驱动电机有单台的,也有多台的。
本课题的风机采用4台电机驱动,3台双速电机,1台单速电机。
电机不同转速的组合,让风机产生4级风量。
2 CAN的基本要求和功能分析CAN是一种多主方式的串行通讯总线,基本设计规范要求有高的位速率,高抗电磁干扰性,而且能够检测出产生的任何错误。
当信号传输距离达到10km时,CAN 仍可提供高达50kbit/s的数据传输速率。
由于CAN总线卓越的特性、极高的可靠性和独特的设计,特别适合工业过程监控设备的互连,因此,越来越受到工业界的重视,并已公认为最有前途的现场总线之一。
80C196KC单片机在煤矿高压防爆开关综合保护中的应用
图1 硬件系统的总体结构
2）滤波电路采用RC无源低通滤波器作为前置模拟滤波(ALF)。
3）采样保持器通过80C196KC的HSO可以在不需CPU干预下
图2 主程序流程图
4.2 软件抗干扰措施
本系统利用结构化、功能化抗干扰程序模块，指令重复执行、数字滤波、程序陷阱法、程序运行监视器、整定值自检等方法进行软件的抗干扰。
5 应用效果及效益
本综合保护在五矿井下高压防爆开关上应用后，经过1年试运行，据统计：
一是操作人员能够在很短的时间内掌握高压开关的操作、故障的判断，与改造前相比工作效率提高30%以上；
二是高压开关的故障率显著降低，与改造前相比故障率降低了43%；
三是经测算矿每年可提高经济效益1 460多万元；
四是提高了安全系数，为矿井的安全生产提供了保障。
6 结束语。
基于STC89C58RD +单片机的低压隔爆电动机综合保护装置
（ ｕ ｈ ｃ ｐ ｔ ｎ Ｔｅ ｈ ｉａ ｏ ｌｇ ，Ｌｕ ｈ ６ ０ ２，Ｃｈｎ ） Ｌ ｏ ｅ０ｃ ｕ ａｉ ｃ ｎ ｃ ｌＣ ｌ ｅ ｏ ｅ ｏ ｅ４ ２ ０ ｉａ
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｔｈ ｓｒ ｃ ： ｅ ｗｏｒ ｎｇ ｐ ｉ ｉ ｅ ａ ｄ ｄｅ ｉ ｔ ｄ ｆｈａ ｄｗａ ｅ ａ ｏ ｔ ｒ ｆａ ｎｔ ｇｒ ｔ ｄ ｐｒ ｅ — ｋｉ ｒｎｃｐｌ ｎ ｓｇｎ ｍｅ ｈｏ ｓ ｏ ｒ ｒ ｎｄ ｓ ｆ ｗａ ｅ ｏ ｎ ｉ ｅ ａ ｅ ｏｔ ｃ ｔｏｎ ｄｅ ｉｅ ｆ ｌ ｗ－ ｏ ｔ ｇ ｆａ ｅ ｏ ｆ ｉ ｖ ｃ ｏｒ ｏ ｖ ｌａ ｅ ｌｍ ｐｒ ｏ ｍｏｔ ｂａ ｅ ｏ ＳＴＣ８９ ８ ｏｒ ｓｄ ｎ Ｃ５ ＲＤ ｓｎｇ ｅ ｃ ｐ ｉ ｌ－ ｈｉ ｍｉ ｒ ｃ ｍｐｕｔ ｒ ｃｏ ｏ ｅ ｗｅ ｅ ｒ ｉ ｒ ｕｃ ｄ ｎ ｈｅ ｎｔｏｄ ｅ ｉ ｔ ｐａ ｅ ． Ｔｈｅ ｅ ｉ ｅ ｄ ｔ ａ ｖ ｎｃ ｄ ｐｒ ｄ ｖ ｃ ａ ｏｐ ｓ ｄ ａ ｅ ｍｉｒ ｏｍｐｕｔ ｒ ｃ ｏｃ ｅ ｐｒ ｔ ｃ ｉ ｎ ｌ ｒｔ ｏ ｅ ｔｏ ａｇｏ ｉｈｍ ｗｈｉｈ ａ ｃ ｃ ｎ ａ ｏ ａ ｉａ ｌ ｔ ｒ ｎｅ ｅ ｅ ｔ ｉ ａ ａ ｔ ， ｓ ｈ ｓ ｈｏ ｔ ｉｃ ｉ ， ｂ ｅ ｋ ｐｈａ ｅ， ｏ ｅ ｌ ａ ｎ ｅ － ｏｌａ ｅ， ｕｔ ｍ ｔｃ ｌｙ ｄｅ ｅ ｍｉ ｌ ｃ ｒｃ ｌ ｆ ｕｌｓ ｕｃ ａ ｓ ｒ ｃｒ ｕ ｔ ｒａ ｓ ｖ ｒｏ ｄ ａ ｄ ｏｖ ｒ ｖ ｔ ｇ
故 障类型 。
关键词 ： 压 隔爆 电动机 ；综合保 护 ；单片机 ； ＴＣ ９ ５ Ｒ 低 Ｓ ８Ｃ ８ Ｄ 中图分 类 号 ： Ｄ １ ． ； Ｐ ６ ． Ｔ ６ １５ Ｔ ３ ８ １ 文献 标识 码 ： Ｂ
基于单片机的煤矿井下安全监测系统设计
收稿日期:2009-04-17作者简介:赵晓妍(1979)),女,黑龙江哈尔滨人,助教,2004年毕业于黑龙江科技学院,现从事电气控制方向的教学与研究工作。
基于单片机的煤矿井下安全监测系统设计赵晓妍,苗 宇(黑龙江科技学院电气与信息工程学院,黑龙江哈尔滨 150027)摘要:介绍了一种基于M SP 430F 149单片机作为核心控制器件的井下安全监测系统,该系统主要由井下智能终端和井上的上位机监控中心组成。
该系统可以完成井下电力参数和环境参数的实时监测和显示,出现故障或者危险时能及时报警。
上位机与智能终端采用串行通信实现矿井与监控中心的数据传送。
该系统实现简单,通信成本低,抗干扰能力强,可靠性高,有较高的推广应用价值。
关键词:M SP430F149单片机;智能终端;上位机;监测系统中图分类号:TD 76 文献标识码:A 文章编号:1003-0506(2009)06-0019-02Design on UndergroundM ine Security M onitori n g Syste m Based on S C MZHAO X iao -yan ,M I A O Yu(E lectrical and Infor m ation E ngineer i ng C olle ge ,H eilongjiang Institute of Science and T ec hno logy,H aerb i n 150027,China)Abstrac t :T he paper i ntroduced a kind o f secur ity mon itoring syste m based onM SP430F149for underg roundm i ne ,wh ich w as co m prises o f unde rground m i ne i nte lli gent term i na l and co m puter contro lli ng center on the g round .T hism onito ri ng syste m can m onito r and d isplay the underground e lectr i c pow er para m ete rs and env iron m ent para m eters i n rea l ti m e .Besi des this ,the syste m can g ive an a lar m when fa il ure and dange r appear .T he intelligen t ter m i na l send the data to the i ndustr i a l PC by ser i a l co mm un i ca tion .The sy stem has t he pe r -for m ance o f si m ple i m p l ementation ,low cost ,h i gh ant-i ja mm i ng ,and h i gh reli ability .A ll this have a certa i n popu l ar izati on va l ue .K eywords :M SP430F149SC M;i nte lli gent te r m ina ;l host computer ;mon itoring system井下电网安全监测系统能够实时采集井下的电力参数(如电压、电流、零序电压、零序电流)和温度、瓦斯浓度、风速等环境参数,并进行分析处理、动态显示、数据存储,做到在出现故障危险之前及时报警,保证安全生产。
基于单片机的煤矿瓦斯检测传感报警器的设计
基于单片机的煤矿瓦斯检测传感报警器的设计针对煤矿瓦斯爆炸事故频发的问题，文章设计了一种以STC12C5A60S2單片机为核心的经济、实用的煤矿瓦斯检测传感报警器。
该报警器系统主要包括气体检测模块、报警模块、显示模块、控制处理模块。
系统通过气体检测模块来检测瓦斯浓度，并把检测到的浓度信号送到单片机处理，当检测到瓦斯浓度超过系统设置的上限值时，单片机就会控制相应的报警电路使之发出声光报警，并控制风扇转动排风来降低瓦斯气体浓度，同时提醒井下矿工的撤离，以此避免人员伤亡。
标签：瓦斯爆炸；浓度监测；传感器；STC12C5A60S21 概述随着我国经济飞速发展，对煤炭的需求量不断增加。
因此，仍然存在着许多煤矿企业。
由于煤矿企业发展不均衡，有的煤矿企业设备先进，有的煤矿企业设备较落后，导致矿难事故不断发生。
在矿难中，绝大部分都是由瓦斯爆炸而引起的，使得煤炭的开采面临着严峻的挑战。
降低瓦斯爆炸事故的发生，除了加强矿井通风管理外，还可以对煤矿瓦斯的浓度进行实时监测。
因此，设计出一种新型、易操作、经济、实用的智能瓦斯传感报警器对于降低矿难事故的发生率来说显得尤为必要。
2 系统硬件设计针对瓦斯监测，本文提出了以单片机STC12C5A60S2为核心的煤矿瓦斯传感报警器设计，通过对单片机进行软件编程来实现对瓦斯浓度的检测、报警、显示和控制[1-2]。
该报警器系统主要包括气体检测模块、报警模块、显示模块、控制处理模块。
系统通过气体检测模块来检测瓦斯浓度，并把检测到的浓度信号送到单片机处理，当检测到瓦斯浓度超过系统设置的上限值时，单片机就会控制相应的报警电路使之发出声光报警，并控制风扇转动排风来降低瓦斯气体浓度。
系统框图如图1所示。
整个报警系统采用5V的电源供电，该报警系统通过气体传感器MQ-2来实时检测瓦斯的浓度，并把检测到的瓦斯浓度信号送到STC12C5A60S2单片机进行处理。
一方面，单片机把处理过的浓度信号送到LDE数码管进行显示；另一方面，单片机通过键盘按键来设置瓦斯的浓度上限值，同时对传感器采集的瓦斯浓度信号进行判断，如果采集的瓦斯浓度信号高于系统所设置的浓度上限值，那么单片机就会控制蜂鸣器进行报警，并控制电机转动排风来达到降低甲烷浓度的目的。
低压防爆开关综合保护器的软件系统设计
漏电故障。
等。 根据不同的故障类型， 采取不 同的措施。 对于 漏电、 断相故 障要 求延 时跳 闸 ， 对于短 路故 障则 要
求 瞬时跳 闸 。一些 主要 的保护 流程如 图 ３ 示 。 所
图 ５ 漏 电保 护 的 程序 流 程 图
示为 ：
ｘ）ｎ∑［ｃ￣ｔｋｎｋ （＝ ＋ 。 ｋｂｉ ｔ ｎ ｓ ＋ ｗ ］ ｓ
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（ １ ）
的设置 ， 软件定时器工作方式 的设定 ，２ ５ ８５ Ａ并行
扩 展 Ｉ 口的 初 始化 等 等 ， 自检 则 包 括 Ｒ Ｍ 自 ／ Ｏ Ａ 检 、Ｅ Ｒ Ｍ 自检 及 ＡＤ转 换器 自检 ，以及 工 作 ＥＰＯ ／ 电压是 否正 常等 等 ；整定 质输 入 与检 测模 块根 据
２０ 年第 ５ ０８ 期
能 源 技 术 与 管 理
ｌｌ ３
低压 跻爆开关 综合 保护器的软件 系统设计
崔 光建
（ Ｊ矿务集 团 新河煤矿 ， 苏 徐 州 ２１０） 徐 ＇ ｌ 、 Ｉ 江 ２０ ０
［ 摘
要 ］ 根 据 保 护 系统 的控 制 原 则和技 术要 求 ，使 用 ｃ语 言编程 ，采 用模 块 化程 序设 计 方 法， 设计一种保护功能完善、 性能相对稳 定、 动作速度快 、 灵敏度高、 可靠性好 的较 为 实 用的数 字化 综合 保 护 系统 。试 验表 明 ， 用模 块 化 结构程 序设 计 方 法设 计调 试 采 方便 ， 编程 效 率 高。 ［ 关键词 ］ 保护算法； 流程 图； ｃ语言 ［ 中图分 类号 ］Ｔ ３ １ １ ［ Ｐ １． 文献标 识码 ］Ｂ ［ ５ 文章 编 号 ］１７ ’９３２）８０ １１Ｏ ６２９４ （（ ）５ ３ ＿３ （ 】
井下低压电网保护装置的软件及算法设计
井下低压电网保护装置的软件及算法设计摘要：软件设计的方法分为两种：一种是自底向上法；另一种是自顶向下法。
根据井下低压电网的特点，采用自底向上法编写。
本装置采用的是ARM公司自主研发的支持ARM7和ARM9的ADS1.2集成开发环境，该开发环境同时提供了对汇编和C、C++语言进行软件开发的支持，利用ARM公司高效的编译器可以实现代码的最大优化。
关键词：井下电网综合保护；嵌入式操作系统；软件设计硬件平台，必须设计相应的软件才能发挥其应有的作用，对于以微处理器为核心的控制装置来说，这是非常重要的。
稳定、良好、经过优化的软件设计是保证硬件装置能够可靠、高效、稳定工作的关键因素。
所以，系统的软件对于提高整个保护装置来说至关重要。
在本保护装置的软件设计中应注意一下几个方面：（1）为了使整个程序便于连接、调试、移植和修改，将全部程序进行模块化；（2）在系统硬件设计不变的情况下，合理分配资源，尽量使系统软件的运行速度快，并且占用存储小；（3）选择合适的算法，安排好运算的顺序，使其达到高精度的运算效率；（4）软件设计中加入抗干扰设计，当系统受到干扰的情况下，无论程序运行于那个环境，保护都不应误动和拒动。
1软件设计原则软件设计的方法分为两种：一种是自底向上法；另一种是自顶向下法。
根据井下低压电网的特点，采用自底向上法编写。
由于控制系统在设计时应用软件，既可以使用高级语言也可以使用汇编语言。
由于汇编语言的移植性远不如高级语言方便和实用，并且随着编译软件性能的不断提升，极大地提高了高级语言的运行速度，以及考虑到代码的维护升级以及程序的可移植性，所以该保护装置软件设计采用C语言来实现的，而一些关键的代码，比如操作系统UC/OS-II的移植等仍旧用到了汇编语言。
这样既可以充分发挥C语言的简洁明与汇编语言快速和高效的特点。
在程序设计之前，要先拟定一个总体方案。
由于装置的控制系统功能较多，并且需要处理的数据量较大，这就要求装置的实时性比较高，因此在进行软件的编写之前应该找到一种切实可行并满足实际现场要求的程序设计方法。
基于STC89C58RD单片机的低压隔爆电动机综合保护装置
万方数据
基于STC89C58RD+单片机的低压隔爆电动机综合保护装置
作者： 作者单位： 刊名：
英文刊名： 年，卷(期)： 引用次数：
冯凯， 陈迎松， 李晓波， FENG Kai， CHEN Ying-song， LI Xiao-bo 漯河职业技术学院,河南,漯河,462002
工矿自动化 INDUSTRY AND MINE AUTOMATION 2006，(5) 0次
文献标识码：Ｂ
Ｔｈｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ ｆｏｒ Ｌｏｗ—ｖｏｌｔａｇｅ Ｆｌａｍｅｐｒｏｏｆ Ｍｏｔｏｒ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＳＴＣ８ ９ Ｃ５ ８ ＲＤ＋Ｓｉｎｇｌｅ—ｃｈｉｐ Ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ
ＦＥＮＧ Ｋａｉ， ＣＨＥＮ Ｙｉｎｇ－ｓｏｎｇ，ＬＩ Ｘｉａｏ－ｂｏ （Ｌｕｏｈｅ Ｏｃｃｕｐａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｌｕｏｈｅ ４６２００２，Ｃｈｉｎａ）
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图２ ＭＡＸｌ９７和ＳＴＣ８９Ｃ５８ＲＤ＋单片机的接口电路图
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第５期 ２００６年１０月
工矿 自 动化 Ｉｎｄｕｓｔｒｙ ａｎｄ Ｍｉｎｅ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ
文章编号：１６７１—２５１Ｘ（２００６）０５—００６４—０３
Ｎｏ．５ Ｏｃｔ．２００６
基于ＳＴＣ８９Ｃ５８ＲＤ＋单片机的低压隔爆电动机 综合保护装置
基于Intel80Cl96KB单片机控制的6KV爆开关综合保护系统设计
摘要煤矿井下6 k V电网防爆开关是矿井供电系统的关键设备，它负责向工作面和掘进面的工机械提供电能。
长期以来现场所使用的这种开关载流能力小、保护简单、故障率高，直接影矿井供电的可靠性、安全性和连续性，因此研究高性能的6 k V 防爆开关综合保护系统对提高供电质量、保障人身安全，完善电网保护不仅具有重要的现实意义而且具有较高的经济价值。
本文深入系统地研究了基于 Intel80Cl96 K B 单片机控制的6 k V 爆开关综合保护系统，主要内容如下:针对大型及特大型矿井供电系统中性点普遍采用消弧线圈接地方式的现状，回顾了国内外矿用高压防爆开关保护系统的发展历史，分析了目前国内高压馈电开关保护系统所存在的问题，提出了“基于零序电压基波启动，五次谐波功率方向比较”的选择性漏电保护原理，设计了相应的五次谐波提取电路和功率方向鉴别电路。
实验结果表明:该保护原理不仅适用于中性点绝缘的供电系统，而且适用于中性点经消弧线圈接地的供电系统，提高了选择性漏电的动作可靠性，保证了动作值的稳定性。
通过分析6 k V电缆绝缘监视保护的特点，提出了在高压电缆监视线与接地线之间附加直流电源并利用V / F 转换实现监视保护的新方法，设计了相应的电路。
实验证明:该方法可有效地检测电缆的绝缘状祝，并实现了电缆短路故障时的超前切断功能。
以8 O C 1 9 6 K B单片机为中央控制单元，设计了一种新型智能化高压开关综合保护系统。
该系统能自动判断短路、过载、过压、欠压漏电等故障，并对高压电缆的绝缘水平进行实时监测，大屏幕液晶显示器实现了电网参数的轮流显示，通过拨码盘输入系统各项整定参数，真正实现了保护系统数字化。
综合保护系统直接对传感器二次交流信号高速采样，利用傅立叶算法获取所需电压、电流等参数，然后对需控量进行监视、分析、统计和判断，从而使可信度、可靠性得到保障。
本文分析了工业生产环境存在的千扰源及所产生干扰信号的特征，针对不同特征的干扰信号，制定了相应的硬件、软件防治措施.该测控系统性能稳定，动作可靠，且易于操作，具有传统保护系统无法比拟的实用性和可靠性。
基于单片机的保安报警控制器的毕业设计
基于单片机的保安报警控制器的毕业设计基于单片机的保安报警控制器的设计[摘要] 随着社会的不断进步和科学技术经济的不断发展人们生活水平得到很大的提高对私有财产的保护意识和生命安全意识在不断的增强因而对防盗防火措施提出了新的要求本设计就是为了满足现代住宅防盗防火的需要而设计的小区电子防盗防火系统本毕业设计是利用单片机监控传感器信号来判断防火和防盗事件发生并做出相应的反应以达到时刻预防意外发生并在意外发生时作出及时的补救措施本设计包括硬件和软件设计两个部分硬件部分包括单片机控制电路数据扩展电路驱动执行报警电路LED控制电路和信号传输等部分组成处理器采用51系列单片机AT89S51整个系统是在系统软件控制下工作的系统程序可以划分为以下几个模块数据采集键盘控制报警和显示等子函数它由用户控制器中间控制器控制中心通过数据总线相连接构成用户控制器由单片机传感器探头开关量输入电路通讯接口电路蜂鸣器电路低压检测电路红外收发电路显示电路电源电路连接构成中间控制器由存储单元单片机相连接构成本设计可多功能报警外警确保用户安全信号监视部分信号处理部分和补救实施部分信号监视部分由于设计的要求分为两个分离的小部分一个用于防火的烟雾传感器一个是用于防盗的红外线发生器和接收器[关键词] 防火防盗单片机数据采集数据扩展报警电路MCU-based controller design for the security alarm[Abstract] With the progress of society and science and technology economic development peoples living standards have greatly improved the protection of private property and life safety awareness of awareness is growing stronger and thus on the security measures put forward a new fire requirements This design is to meet the needs of modern residential fire alarm designed residential electronic security fire protection systems The graduation project is the use of SCM monitoring sensor signal to determine the fire and security incidents and respond accordingly to achieve the prevention of accidents and time of the accident to make timely remedial measures The design includes two parts hardware and software design Hardware includes single chip control circuit the data expansion circuit driving the implementation of the alarm circuit LED control circuit and signal transmission and other components Processor with 51 computers AT89S51 The whole system is under the control of the system software to work System program can be divided into the following modules data acquisition keyboard control alarm and display sub-functions that the user controller the middle of the controller the control center is connected via data bus form user control from the microcontroller the sensor probe switch input circuit communication interface circuit the buzzer circuit low voltage detection circuit infrared transceiver circuit display circuit power circuit connected components the middle of the controller from the storage unit connected to constitute a single chipThis design can be multi-functional alarm outside the police to ensure the safety of users Signal monitoring part of the implementation of signal processing part and the part of remediation Signal monitoring part of the design requirements divided into two separate small part of a smoke sensor for fire one is for the security of the infrared generator and receiver [Key words] Fire security microcontroller data acquisition data expansion the alarm circuit目录引言1第一章概述211 国内外智能小区发展概述 212 总体设计 213 方案论证 3com 采集数据的选择 3com 表的选择 3com 整体设计方案论述3第二章系统硬件设计 621 系统功能框图 622 微处理器 6com 89C51性能特点7com AT89C51硬件结构及引脚7 com EPEROM编程9com 89C51的时钟电路 10com 控制器1223 数据采集系统设计13com 防火报警13com 防盗报警电路 14com 8选1转换开关74LS151 15com 8255A并行IO接口芯片1624 数据存储20com 28C64的引脚20com 28C64的工作方式的特点21com 28C64与CPU的接口2125 8279可编程键盘显示器接口芯片2226 传输部分29com 串行通信29com 串行通信总线标准RS－232C 30 com 接口电路3127 电源3128 声光报警电路32第三章系统软件设计3331 软件构思3332 数据流程3333 程序流程图33com 主程序34com 键盘子程序35心得体会37参考文献38附录一系统原理图39附录二程序40引言鉴于目前社会上存在的各种犯罪活动人们对安全的需求越来越强烈因此安装现代化的安全防范设施已成为当前住宅小区智能化建设的主流报警控制系统是实现小区内居民家居安全的最主要的安全防范手段主要包括防火防盗等报警系统小区安全控制是一个综合性系统工程要从其功能性能成本扩充能力及与现代相关技术的应用等多方面来考虑不仅要考虑到系统初期建设的投资成本更要考虑到系统在未来运行的实用性可操作性以及系统的运行与维护的成本所以在小区各项系统的设计选型时要全面考虑各个方面的因素选用技术成熟可靠性高并且有较好性价比的产品是至关重要基于这样的需求采用单片机技术所设计的智能小区数据采集系统比较适合用于多表远传防盗防火等方面所以本设计是基于单片机控制的对小区中千户的防火自动报警信号防盗自动报警信号每一小时采集一次并将其存储然后通过传输线送至管理器以便于管理中心对数据的统计和管理并且方便于用户查询信息第一章概述11 国内外智能小区发展概述80年代初随着大量采用电子技术的家用电器面市开始称之为住宅电子化HEHome Electronics 80年代中期将家用电器通信设备与安保防灾设备各自独立的功能综合为一体后形成了住宅自动化概念 HAHome Automation 80年代末由于通信与信息技术的发展出现了对住宅中各种通信家电安保设备通过总线技术进行监视控制与管理的商用系统这在美国称为智慧屋 WHWiseHouse 在欧洲称为时髦屋 SHSmart Home 当时日本正处于住宅建造过剩房产市场低迷的时期日本建设省在推进智能建筑概念时抓住用于住宅的总线技术为契机提出了家庭总线系统概念 HBSHome Bus System 邮政省与通产省于1986年组织曰本电子机械工业协会与电波技术协会共同组建HBS标准委员在1988年9月制定了 HBS标准1988年初又在通产省邮政省和建设省三个部的支持下成立了日本住宅信息化推进协会并提出对住宅区内所有住宅的信息管理采用超级家庭总线技术S-HBSSuper-HomeBus System1990年左右日本在幕张建立了一个高水平示范性的智能住宅区美国新加坡也都建有基于EIA在1988年制定的智能化住宅系统 IHS 及其通信标准家庭总线H D SHome Distrubution System 的智能化住宅在中国虽然还未能象美国日本那样对住宅智能化系统的技术制定标准但已经借助智能建筑的概念与技术开始推行智能化住宅小区的建设了尽管我们现在还难以给智能化住宅小区作出确切的定义但是无论是国外还是国内号称智能化的住宅小区都具有共同的功能特征1住宅内部具备完善的综合了安保防灾措施与生活服务的智能控制器住宅与小区和社会之间具有高度的信息交互能力2小区内部具备完善的安保措施全面的公用设施监控管理和信息化的社区服务管理3为小区内住户提供多媒体的多种信息服务12 总体设计随着科技的发展小区住宅除了满足人们最基本的居住要求实现防火自动报警防盗自动报警已成为新型小区的必备条件并且及时的显示防盗报警信息和火灾报警信息为实现小区科学系统的安全的物业管理提供了有效的解决方法该系统要求功能完善可靠安装调试操作简单易行系统准确率高能做到准确显示信息随时监控防火和防盗报警信息防止事故发生有长时间断电应急备用电源保障中心控制室能实时监控系统的状况并做出相应的反应人机界面简单直观智能小区数据采集系统可采用四层次结构现场采集器信号集中器传输线路信息管理中心1现场采集器随时接收住户的防火防盗的开关量的报警信号2信号集中器将各信号采集器的信息进行存储并且每天向信息管理中心传送这些信息3传输线路利用总线电力线等方式将数据从信号集中器传送到信息管理中心4信息管理中心处理信号集中器的测量信息智能小区的数据采集系统只是小区智能化的很小的一部分但是它是实现小区智能化的必备条件也是最基本的条件之一因此要把智能小区的数据采集系统设计成具有稳定性好实用性强可靠性高造价低的系统13 方案论证com 采集数据的选择本设计中我们采用了防盗信息防火信息2个开关量信号com 表的选择一防火报警器可以采用感温火灾报警传感器离子感烟传感器火焰传感器因为冬天和夏天的温度差别很大可能导致感温火灾报警传感器工作不可靠而离子感烟传感器在防火报警系统中广泛使用尤其适合室内使用离子感烟传感器的工作可靠性高技术成熟所以我们在本设计中采用了离子感烟传感器作为防火报警器二防盗报警器我们采用的是红外线传感器红外线不受周围可见光的影响可以在昼夜使用由于待测对象自身可发射红外线不用设光源所以我们采用红外线传感器作为防盗报警器com 整体设计方案论述方案一在单元适当位置设计安装一个抄表箱抄表箱内安装个单元抄表采集器图1-1 单元抄表箱在此方案中防火传感器和防盗传感器通过预埋管线与防火报警箱和防盗报警箱相连实现自动抄表和报警两种表可以混抄技术上没有问题这种设计优点扩展性为将来系统的扩充留有充分余地灵活性易于系统的改造和易于系统的重新配置安全性利于防窃电防雷击防破坏可靠性强抗干扰设计系统运行可靠在满足应用需求的基础上尽可能降低造价第二章系统硬件设计21 系统功能框图系统功能框图如图2-1所示在本系统设计的抄表箱中要对整个单元16户的防盗自动报警信号防火自动报警信号两个开关量进行采集因此在采集部分要用的4个8选1的转换开关74LS151每两个合用作一个16选1的转换开关对16户的信息进行采集由于采用的74LS151较多而每两个74LS151至少要有4个输入输出口因此89C51的输入输出口是不够用的要用一片8255A扩展输入输出口本系统要每天每个小时对数据采集一次并将采集到的数据保存三天因此需要存储的数据量比较大我们外扩了数据存储器28C64它为8K的E2PROM具有掉电保护的功能使得存储的数据不会因为突然断电而丢失显示部分我们要用到5位显示显示的位数比较多我们采用了可编程的键盘显示器接口芯片8279它可以带64个键8个数码管显示由于每个数码管需要有位选我们采用3－8译码器74LS138的输出线作为位选线22 微处理器AT89C51是一种低功耗\高性能的片内含有4KB快闪可编程擦除置读存储器的8位CMOS微控制器使用字密度非易失存储技术制造并且与89C51引脚和指令系统完全兼容芯片上的EPROM 允许线程序或采用通用的非易失存储器对程序存储器重复编程AT89C51简称89C51将具有多种功能的8位CPU与EPROM结合在一个芯片上为很多嵌入式或控制应用提供了非常灵活而又价格适宜的方案其性能价格比远高于8751由于片内带EPROM的8751价格偏高而片内带有EPROM的89C51价格与INTEL80C51兼容这就显示了89C51的优越性com 89C51性能特点89C51的主要性能包括与MCS51位控制器产品系列兼容片内有4KB可在线重复编程的快闪擦写存储器存储器可循环写入擦除1000次存储器数据保存时间为10年宽工作电压范围VCC可为27V～6V全静态工作可从0Hz 至16Hz程序存储器具有3级加密保护128×8位内部RAM32条可编程IO线两个16位定时器计数器中断结构具有5个中断源和2个优先级可编程三双I串行通道空闲状态维持低功耗和掉电保护com AT89C51硬件结构及引脚89C51的内部硬件结构如下所示除程序存储器由FPEROM取代了78C51的EPROM外其余部分完全相同引脚如图2-2所示图 2-2 89C51引脚引脚功能89C51单片机采用40引脚双列直插封 DIP 形式对于CMOS单片机除采用DIP 形式外还采用方形封装工艺由于受到引脚数目的限制所以有一些引脚具有第二功能在单片机的40条引脚中有2条专用于主电源的引脚2条外接晶体的引脚4条控制和其它电源复用的引脚32条输入输出引脚下面分别说明这些引脚的名称和功能1主电源引脚Vcc和VssVcc接5V电源Vss接电源地2时钟振荡引脚XTAL1和XTAL2XTAL1 接外部晶体的一端在单片内部它是反相放大器的输入端该放大器构成了片内振荡器在测外部时钟电路时对于HMOS单片机此引脚必须接地对CHMOS单片机此引脚作为驱动端XTAL2 接外部晶体的另一端在单片机内部接至上述振荡器的反相放大器的输出端振荡器的频率是晶体振荡频率若采用外部时钟电路时对于HMOS单片机该引脚输入外部时钟脉冲对于CHMOS单片机此引脚应悬空3控制信号引脚RSTVpd ALEPROG\PSENH和EAVppRSTVpd 复位备用电源输入端单片机上电后只要在该引脚上输入24个振荡周期2个机器周期0宽度以上的高电平就会使单片机复位若在RST与Vcc之间接一个10μF的电容而在RST与VSS之间接一个82KΩ的下拉电阻则可实现单片机上电自动复位RSTVpd具有复位功能在主电源Vcc掉电期间该引脚可接上5V的备用电源当Vcc掉到低于规定的电平而Vpd在其规定的电压范围内时5V就向片内RAM 提供备用电源以保持片内RAM中的数据不丢失复位后能继续正常运行ALEPROG 地址锁存使能输出编程脉冲输入端当CPU访问外部存储器时ALE 的输出作为外部锁存地址的低位字节的控制信号当不访问外部存储器时ALE端仍以16的时钟振荡频率固定地输出正脉冲因此它可用做对外输出的时钟或用于定时但要注意的是每当访问外部数据存储器时会丢失一个脉冲ALE端可以驱动8个LSTTL负载另外在对8751片内EPROM编程固化时此引脚用于输入编程脉冲PROGPSEN 外部程序存储器读选通信号CPU在访问外部程序存储器期间每个机器周期中PSEN信号两次有效但在此期间每当访问外部数据存储器时这两次有效的PSEN信号不再出现PSEN端可以驱动8个LSTTL负载EAVpp 外部访问允许编程电源输入当EA端输入高电平时CPU执行程序在低4KB地址时将自动转向执行外部程序存储器的程序当EA输入低电平时CPU仅访问片外程序存储器在对8751EPROM编程时此引脚接21V的编程电压VPP 4输入输出 IO 引脚P0\P1\P2\和P3P00～P07 P0口是一个8位双向IO端口在访问片外存储器时它分时提供低8位地址和作8位双向数据总线在EPROM编程时从P0口输入指令字节在验证程序时则输出指令字节验证时要外接上拉电阻 P0口能一吸收电流的方式驱动8个LSTTL负载P10～P17 P1口是8位准双向IO端口在EPROM编程和程序验证时它输入低8位址P1口能驱动4个LSTTL负载P20～P27P2口是8位准双向IO端口在CPU 访问外部存储器时它输出高8位地址在对EPROM编程和程序验证时它输出高8位地址P2口可驱动4个LSTTL 负载P30～P37 P3口是8位准双IO端口它是一个复用功能口作为第一功能使用时为普通IO口其功能和操作方法与P1口相同作为第二功能使用时各引脚的定义如表1所示P3口的每一引脚均可独立定义第一功能的输入输出或第二功能P3口能驱动4个LSTTL负载P3各口线的第二功能口线第二功能P30 RXD 串行口输入P31 TXD 串行口输出P32 INT0 外部中断0输入P33 INT1 外部中断1输入P34 T0 定时器0的外部输入P35 T1 定时器1的外部输入P36 WR 外部数据存储器写信号输出P37 RD 外部数据存储器读信号输出com EPEROM编程89C51的IO口P0P1P2和P3处具有与80C51相同的一些性质和用途外在EPEROM编程时P0口还可接受代码字节并在程序校验输出代码字节但在程序校验说需要外接上拉负载电阻在EPEROM编程和程序校验期间P1口接受低地址字节P2口接受高位地址位和一些控制信号P3口也接受一些EPEROM编程和校验用的控制信号此时ALEPROG引脚是编程脉冲输入PROG端在EPEROM编程期间如果选择12V编程电压即将12V编程电压VPP加在EAVPP引脚上该芯片内有三个加密位其状态位编程P或不可编程U如果加密位LB1倍编程则EA脚的电平在复位时被采样并锁存若器件在加电时不进行复位那么该所存储器初始化为一随机值并在复位有效前始终保持该值为使器件工作正常EA的锁存值必须与引脚的当前逻辑电平一致89C51的三个加密位可以不被编程U或被编程P以获得表格所示的特性一编程接口89C51出厂时片内FPEROM代码存储阵列通常为擦除状态即内容为FFH并准备接受编程编程接口引脚可接12V的高电压也可接VCC低电压编程开放信号低电压编程模式为用户进行在线编程提供了方便高电压编程模式与一般EPROM编程器兼容此时89C51代码阵列存储阵列进行电擦除这中电擦除可在用户用系统中进行生产厂家也可提供已在存储阵列中编好用户程序的产品通过适当组合控制信号可对FPEROM进行在线编程前应对整个存储阵列进行擦除写操作周期是自定时的一经初始化就将自动按时完成在对89C51编程前应根据FPEROM编程模式标出产生的地址数据和控制信号二编程过程要对89C51编程必须按照以下操作顺序在地址线上输入所需存储单元地址在数据线输入相应的数据字节激活正确的控制信号组合采用高电压编程模式时应将EAVPP接12V同时产生一次ALEPROG脉冲对FPEROM阵列中的一个字节后的加密位进行编程写字节周期是自定时的时间不超过05ms改变阵列地址和数据重复步骤①～④直到编程结束com 89C51的时钟电路从单片机的内部结构引脚功能存储空间配置特殊功能器特殊电路以及IO端口来看单片机是一个比较复杂的电路要使这个比较复杂的电路有条不紊地工作必须有一个指挥员统一口令统一指挥这个统一口令既是单片机的时钟统一指挥按一定节拍操作的时序单片机内有高增益反相放大器按图示可构成自激振荡电路振荡频率取决于石英晶体的振荡频率范围可取12～12MHzC1C2主要起频率微调和稳定作用电容值可取5～30pF单片机的复位一复位复位是计算机的一个重要工作状态在单片机工作时接电要复位断电要复位发生故障后也要复位所以必须弄清单片机的复位条件复位电路和复位状态二复位条件实现复位操作必须使RST引脚至少保持2个机器周期高电平若时钟频率为12MHz每机器周期为1ms则只需维持2ms以上时间的高电平若时钟频率为6MHz 每机器周期2ms则需要维持4ms以上时间的高电平三复位后的CPU状态单片机复位期间不产生ALE和PSEN信号同时片内各寄存器为如下状态PC 0000H TMOD 00HACC 00H TCON 00HB 00H TH0 00HPSEN 00H TL0 00HSP 07H TH1 00HDPTR 0000H TL1 00HP0～P3 0FFH SCON 00HIP ⅹⅹⅹ00000 SBUF 不定IE 0ⅹⅹ00000 PCON 0ⅹⅹⅹ0000其中ⅹ号表示无关位是一个随机数值运算器包括算术运算部件ALU Arithmetic Logic Unit 累加器ACC Accumulator B寄存器TMP1和TMP2程序状态寄存器PSW Program Status Word BCD码运算调整电路的功能在进行位操作时进位位CY作为位操作累加器整个位操作系统构成一台布尔处理机一算术逻辑部件ALUALU由加法器和其它逻辑电路等组成它的功能是完成各种算术和逻辑运算其典型操作包括对8位数据进行算术加减乘除及逻辑与或异或取反等运算以及循环移位位操作等二寄存器CPU内部没有单独的存储器而是设置了一些工作寄存器暂存数据和状态等以便数据的传送和运算1累加器ACC累加器ACC简称累加器A它是一个8位寄存器通过暂存器与ALU相连在CPU 中累加器A是工作最频繁的寄存器在算术运算和逻辑运算时通常用累加器A存放一个参加操作的数作为ALU的一个输入而ALU的运算结果又存入累加器A中2寄存器B寄存器B一般用于乘除法指令它与累加器A配合使用运算前寄存器B中存放乘数或除数运算后B中保存了乘积的高位字节或商的余数部分此外寄存器B可作为存放中间结果的暂存器使用3程序状态字寄存器PSWPSW是一个8位寄存器用于寄存当前指令执行的某些状态反映指令执行结果的一些特征比如进位和溢出等不同的特征用相应的状态标志位表示如表2-1所示表2-1 PSW寄存器dCY AC F0 RS1 RS0 OV - P进辅助一寄存寄存溢保奇偶位进位般器组器组出留校验标标志用选择选择标位标志志位途位位志位位按功能分PSW的标志可以分为两类一类是状态标志它表示当前指令执行后运算结果的一些特征这类标志为后面的操作提供判断的依据另一类是用户设定的标志位用来选择CPU当前使用的工作寄存器组或用户在程序设计中作为某种特定的标志位①四个状态标志位定义C进位标志位有时表示为CY在进行加法或减法运算时如果操作结果的最高位C7有进位或借位CY置1否则CY置0在进行位操作时CY作为累加器C也称布尔累加器此外循环移位指令和比较转移指令也会影响CY标志AC半进位标志位在进行加法或减法运算时如果低半字节向高半字节有进位或借位则AC标志置1否则AC标志置0AC标志用于校正BCD码加法或减法运算的结果作为BCD码运算调整指令DA判断的依据之一P奇偶标志位该标志位始终跟踪累加器A内容的奇偶性如果结果中A内有奇数个1则标志P置1否则置0OV溢出标志位带有符号算术运算时如果结果发生溢出则OV标志置1否则置0计算机中带符号数通常是用补码表示的对于单字节二进制补码其所能表示数的范围是-128～127如果运算结果超出了这个数值范围就成为溢出一般两个同号数相加或两个异号数相减有可能发生溢出而两个同号数相减或两个异号数相加则不会发生溢出②RS0RS1工作寄存器组选择位com 控制器控制器是用来控制计算机工作的部件它包括程序计数器指令寄存器指令寄存器堆栈指针数据指针指令译码器时钟发生器和定时控制逻辑等控制器的功能是接受来自存储器的指令进行译码并通过定时和控制电路在规定时刻发出指令操作所需的各种控制指令和CPU外部所需的各种控制信号使各部分协调工作完成指令所规定的操作23 数据采集系统设计在本系统中需要采集的参数为防火自动报警防盗自动报警两个开关量我们要选择防火防盗中需要用到的传感器com 防火报警在防火报警电路中我们采用了离子感烟传感器UD－02采用放射同位素组成的离子感烟传感器在60年代开始推广应用到现在已发展有20多个品种并且大多已系列化标准化随着对火灾预防的重视数量日益增加如英国年产量在80年代已超过300万只有些国家已将火灾自动报警器列为国家标准纳入建筑设计规范采用单片机或微机组成的火灾报警系统也得到广泛的应用其传感器主要是红外及感烟传感器特别适用于室内一工作原理离子感烟传感器由内外两个电离室组成外电离室有孔与外界相通烟雾可进入电离室而内电离室是密封的烟雾不能进入由于烟雾进入外电离室使两者离子电流不同输出与烟雾成比例的信号在电离室有P1和P2一对电极在这对电极之间放有放射性同位素镅－241的。
矿山低压馈电开关智能保护器的设计
矿山低压馈电开关智能保护器的设计摘要：该文介绍一种以ATmegal28单片机作为控制核心的低压馈电开关智能保护器，该装置在现代煤矿矿井中具有很好的应用前景，能大大提高煤矿供电系统的安全可靠性。
本文主要介绍其工作原理、总体结构和主要技术指标。
关键词：馈电开关；单片机；智能保护Abstract: the paper introduces a kind of to ATmegal28 single chip microcomputer as the core to control the low pressure feeding switch intelligent protector, this device in the modern coal mine has a good application prospect in, can greatly improve the safety and reliability of the power supply system of coal mine. This paper mainly introduces the work principle, general structure and the main technical indexes.Key words: the feeder switch; Single chip microcomputer; Intellectual protection1 智能保护器的工作原理和总体结构1．1 智能保护器的工作原理电压互感器和电流互感器将采集来的电压和电流信号都转换成0.5 V的电压信号，信号经调理滤波后送入A／D转换芯片TLC2543，单片机对采样的电压信号进行运算，对电流的采样采用了18点均方根算法，计算电压结果小0.65倍额定电压时自动显示欠压。
计算出的电流结果任何一相大于额定电流的设定倍数，同时功率因数满足条件时自动显示短路；设定挡位可通过键盘设定分别是1．6、2．0、3．O、4．0、5．0、6．0、8．0、10．0倍，并在100 ms内断开馈电开关；计算电流结果大于1．2倍以上额定电流时，依据反时限原则，自动显示过载，并切断开关，从而达到保护的目的，保护器可以对近100次故障类型和时间等信息进行存储和查询。
基于单片机的矿用防爆开关保护装置设计
基于单片机的矿用防爆开关保护装置设计随着矿山开采的不断深入，矿工的安全问题日益凸显。
为了保护矿工的生命安全，设计一种基于单片机的矿用防爆开关保护装置成为迫切需要解决的问题。
首先，我们需要了解矿山开采中存在的危险因素。
矿井中常常存在着可燃气体、粉尘和高温等危险因素，这些因素极易引发爆炸和火灾。
因此，矿用防爆开关保护装置应该具备自动检测和控制的功能，以确保矿工在安全的环境下工作。
基于单片机的矿用防爆开关保护装置设计如下：装置由传感器、控制器和执行器三部分组成。
传感器用于检测矿井中的危险因素，如可燃气体浓度、粉尘浓度和温度等。
当传感器检测到危险因素超过安全范围时，会向控制器发送信号。
控制器是整个装置的核心部分，它接收传感器的信号，并根据预设的安全参数进行判断。
当危险因素超过安全范围时，控制器会自动断开开关，切断电气回路，避免电气设备引发火灾或爆炸。
同时，控制器还可以发出声光报警信号，提醒矿工及时撤离。
执行器是装置的输出部分，它负责控制开关的断开和连接。
采用可靠的电磁开关作为执行器，当控制器判断需要断开电气回路时，执行器会迅速切断电源，确保矿工的安全。
基于单片机的矿用防爆开关保护装置具有以下优点：首先，装置具备自动检测和控制的功能，可以及时发现和处理危险因素，提高矿工的安全性。
其次，装置采用可靠的电磁开关，操作迅速，可靠性高。
最后，装置还具备声光报警功能，能够及时提醒矿工注意安全。
然而，基于单片机的矿用防爆开关保护装置也存在一些不足之处。
首先，装置的可靠性需要经过大量实验验证，确保在各种复杂环境下都能正常工作。
其次，装置的成本较高，需要投入大量资金进行研发和生产。
最后，装置的维护和保养也需要专业人员进行，增加了使用的复杂性。
综上所述，基于单片机的矿用防爆开关保护装置是一种有效的矿工安全保护装置，它可以实时监测危险因素，并在超过安全范围时自动断开电气回路，确保矿工的安全。
然而，装置的可靠性、成本和维护等问题仍需进一步研究和解决。
基于单片机的易燃易爆环境中的小型保护装置
基于单片机的易燃易爆环境中的小型保护装置作者：杭守松来源：《武汉科技报·科教论坛》2013年第10期【摘要】本文介绍一种可检测易燃易爆气体浓度值和过流过载保护系统，以单片机STC89C52为核心。
包含气体和电流检测模块，检测后得到的模拟信号经ADC0809进行模数转换，转换后的信号由单片机分析判断，当电流值或气体浓度值越限时，发出警报信号，并通过控制固态继电器对保护模块起到作用。
【关键词】单片机；固态继电器；过流；液晶显示一、引言瓦斯是威胁矿井安全生产的因数之一。
瓦斯的主要成分是甲烷，甲烷在空气中的爆炸极限：下限5%；上限15%。
瓦斯爆炸是瞬间燃烧并产生高温高压的过程。
为保障开采及人身安全，要提高瓦斯浓度的检测，在出现事故前应能切除故障线路或设备，以防事故发生。
二、系统总体构成基于STC89C52的小型保护系统包含6个基本模块：现场电流采集模块、易燃易爆气体浓度检测模块、 LCD实时显示模块、按键设置模块、上限报警模块、继电器反馈模块。
（一）工作原理首先，要检测易燃易爆气体的浓度，采用MQ-5气体传感器，先将设定的危险气体浓度报警值输入到单片机中，然后将得到的信号经A/D转换后单片机STC89C52把由ADC0809读取的数据利用软件程序处理，并把数据传输到显示模块，再由单片机根据设定值判断数据，通过继电器通断实现原电路的保护，通过扬声器进行报警。
其次，电机本身要有保护措施，要随时检测其工作电流。
同理，先将设定的报警电流值和时间输入到单片机中，电机工作时把电流的信号输入到ADC0809中，再经A/D转换后，数据由单片机处理，判断后对保护电路工作。
电源刚接通时，电机只有阻抗，这个数值很小，因此瞬间电流非常大，但持续时间非常短。
随着电机转动，电流快速下降，如不带负载启动，在1秒内就会达到额定电流的10倍左右，随着转速上升，2秒之后就能降到额定电流的2-3倍，之后继续下降，直到等于额定电流，这时电机转速也上升到了额定转速。
基于PLC的煤矿井下电气设备隔爆系统的设计121
基于PLC的煤矿井下电气设备隔爆系统的设计摘要：随着我国科学技术水平的不断提高，安全生产的理念逐渐深入人心。
煤矿安全问题与职工人身财产安全有着紧密的关联，但是长期以来，我国煤矿的井下环境恶劣，加上乱开采，毫无科学性可言，所以煤矿事故频繁。
然而随着我国科学技术水平的不断提高，安全生产的理念逐渐深入人心。
我国是煤矿生产大国，各级政府以及相关管理部门都十分重视煤矿的安全生产问题。
煤矿的安全生产与人民群众的生命、财产安全息息相关，因此必须通过各种措施来提升煤矿生产的安全系数。
关键词：煤矿井下；防爆；电气设备煤矿井下电气设备都是大型机器，当发生事故和损坏时，对于煤矿井下后续工作的进行有着很大的关系，而且也关系到了国家企业人民的财产问题，一旦爆炸引起的火灾蔓延，就会形成巨大的破坏。
所以一般井下电气设备都会设置隔爆系统，隔爆系统使得电气设备的外壳既能承受内部混合性气体被引爆产生的爆炸压力，又能防止内部爆炸火焰和高温气体窜出隔爆间隙后点燃外壳周围的爆炸性混合物。
一、煤矿井下防爆电气设备管理现状防爆电气设备表示存在爆炸性气体后可以防止爆炸发生，防爆工作非常特殊，除了可以实现一般电气的功能外，还要利用一些安全技术，将防爆电气设备置于安全地方，保证电气设备可以正常进行检测和通讯。
以前我国使用的很多防爆电气设备都是由综合性电机厂生产的设备，此种设备只能应用于环境质量好、操作安全等场地的安全防护。
由于煤矿井下具有复杂、不安全隐患多、负荷变化严重等特点，缩短了此种设备使用年限，影响了煤矿井下作业的顺利进展。
经过分析发现，目前国内煤矿作业防爆电气设备的应用现状并不理想，很多防爆电气设备在实际应用时，存在不符合煤矿井下作业的设备依然使用、橡胶电缆不符合防爆电气设备要求等现象。
当前情况下，我国的煤矿企业在发展过程中尚存在诸多的不足，生产情况依旧不容乐观。
因此，企业必须要采取相应的措施，加强井下防爆电气设备的管理，确保企业的安全有效生产。
基于PIC单片机的低压自动化电动机综合保护器
基于PIC单片机的低压自动化电动机综合保护器王欣【摘要】With the rapid development of science and technology in our country, in enterprise production activities, most of the used motor as the main source of power of machinery and equipment,in order to ensure the normal operation of the equipment,people usually add protection device of motor,with the wide application of automation technology in the low voltage motor protector is generally use the PIC single chip microcomputer automatic control system. Based on the concept of the electric protector and PIC single chip microcomputer as the core of the advantages of integrated motor protector,the design of low-voltage automation integrated protector based on PIC single chip microcomputer were analyzed and discussed.%随着我国科技的迅速发展，在企业的生产制造活动中，大部分使用了以电动机为主要动力来源的机械设备，为了保证这些设备的正常运行，人们通常会对其中的电动机加上保护装置，随着自动化技术的广泛应用，在这些低压电动机保护器中一般都使用了PIC单片机自动控制系统。
井下低压电网保护装置的硬件电路设计
井下低压电网保护装置的硬件电路设计摘要：根据保护装置要实现的功能，确定以ARM7TDMI-S为内核，根据井下综合保护装置的需要，设计了各单元的硬件电路，充分地利用了ARM7TDMI-S处理器的强大功能，以高性能处理器LPC2210为控制核心，使得设计出的整个保护装置与传统的电网保护装置相比具有性能好、成本低等特点。
关键词：LPC2210；接口电路；信号采集一、整体设计方案综合保护的功能是通过硬件执行来实现，硬件系统性能的优劣直接影响保护装置的可靠性、安全性和连续性。
保护装置应能可靠、快速准确将系统中的故障部分切除，避免故障范围进一步扩大，确保人身和设备的安全。
此外还应满足便于现场安装和固件升级等特点。
整个保护装置的硬件框图如下图所示：图1综合保护装置的硬件框图低压综合保护装置通过检测单元获取主线路的电流、电压信号，经逻辑控制单元LPC2210及其外围电子电路分析判断后发出信号控制电路的动作，监测单元由电流和电压互感器对信号进行采集，通过信号调理电路处理后送入A/D转换模块进行A/D转换，可以实时显示矿井下低压电网的状态，并与上位机进行通信等。
二、中央单元在系统的硬件设计中，中央单元的选择对设计来说非常重要，这是因为中央单元的选择直接关系到系统装置的各相功能是否可以实现。
因此，对于保护装置的功能来讲，中央单元应满足以下几个方面的要求：（1）运算速度：由于各种电气故障（尤其是短路、漏电故障）对井下低压电网的危害很大，需要保护装置能够迅速识别并动作，因此中央单元的运算速度要快。
（2）扩展性：随着技术的进步，为了使保护装置的功能可以在当前的基础上继续深入开发，应选择扩展性好，功能强，前景广阔的机型。
（3）功能：中央单元在硬件上必须能满足保护装置对功能的需求，比如接口数不能太少等。
另外，也需根据实际情况综合考虑设备的性价比。
（4）良好的兼容性及稳定性：为了方便对其他硬件设备进行选型，中央单元应具有良好的兼容性；由于井下低压对煤矿生产的重要性，因此高稳定性更是重中之重。
矿用BZD型低爆智能保护器的数据采集
矿用BZ D 型低爆智能保护器的数据采集耿俊梅,孟惠霞(济源职业技术学院,河南济源454650)摘 要:井下低压防爆开关需要快速处理多路工频信号,文章分析了具体信号及常见算法,根据防爆开关保护装置的特点,给出了基于单片机控制的高精度低成本高速数据采集方法,并应用在BZ D 型低爆智能保护器上。
关键词:防爆开关;数据采集;单片机中图分类号:T D684 文献标识码:B 文章编号:1003-496X (2008)05-0066-03 低爆智能保护器作为井下低压防爆开关的核心控制器件,需要处理的信号较多,允许处理的时间较短。
这些信号包括:三相电压信号、三相电流信号、零序电流信号、零序电压信号和附加直流电源的漏电检测信号等。
其中电流信号的处理范围较宽,设计要求动作值从额定电流的0.2～10倍分档设置,所以线性变化范围在0.05～15倍之间,相差300倍之多。
为了保证精度,BZ D 型低爆保护器将每相电流信号衰减成不同幅值的两路信号来处理,所以共需处理11路工频信号、1路直流信号和若干路开关量信号。
按照《MT871-2000.矿用隔爆型低压交流真空馈电开关》的要求,动作时间很短。
以选择性漏电为例,既需要检测零序电压、又需要检测零序电流,同时还要检测二者之间的相差,但要求动作时间必须小于50m s 。
对电信号的采集大体上有两种方法:一是利用各类模拟仪表,直接或者间接地获取电量;二是使用一些数字器件,对电信号进行数字转换,然后进行测量、计算、控制。
后一种方法,一般意义上讲又分为直流采样和交流采样。
直流采样法首先将采集到的电信号经过变送器整流后变成直流信号,然后由A /D 转换器送入主机,由主机进行分析和计算。
整个过程包括电信号的取得、整流、滤波、非线性校准、A /D 转换等。
由于直流采样设计简单,数据采集与计算能在很短的时间完成,因此在低爆保护中大量采用。
为了避免保护装置的误动作,我们需要较为平稳的直流信号。
爆炸性环境用单片机应用系统的设计方法
爆炸性环境用单片机应用系统的设计方法
孙继平;朱李平
【期刊名称】《工矿自动化》
【年(卷),期】1994(000)001
【摘要】简述了在有爆炸危险的煤矿环境中,单片机应用系统设计工作要考虑的技术性能指标确定、电气防爆型式的选择、硬件功能的划分、芯片的选择、抗干扰及电气防爆设计等方面的内容.其中,以大量篇幅介绍了由空间、电源和通道因素引起干扰的具体防护措施.
【总页数】6页(P17-22)
【作者】孙继平;朱李平
【作者单位】中国矿业大学北京研究生部;中国矿业大学北京研究生部
【正文语种】中文
【中图分类】TD602
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基于单片机的井下低爆综合保护器设计耿俊梅,李春光(济源职业技术学院,河南济源454650)摘 要:矿用隔爆型低压馈电开关是煤矿配电系统的关键环节,其好坏直接影响着煤矿井下生产安全和生产效率。
而低压馈电开关的智能化程度主要取决于保护系统的可靠性和灵敏性。
本设计研制的井下低爆综合保护器,依据MT871-2000《矿用隔爆型低压交流真空馈电开关》标准,能对低压电网中出现的短路、过载、过压、欠压、漏电等故障进行实时检测,并有方便的两键参数设定和全中文液晶显示功能。
通过对井下低压供电不同方式的深入研究,本设计较好地解决了功率方向型漏电的误动作和拒动作问题,以及短路、漏电等故障的越级跳闸的问题。
关键词:漏电;低压电网;综合保护器;单片机中图分类号:T D68 文献标识码:B 文章编号:1003-496X(2008)01-0051-041 低爆保护装置现状一般说来国内低爆保护装置普遍存在着以下几个方面的问题:(1)漏电保护困难。
井下低压供电系统漏电故障大约占到总故障的80%以上。
由于漏电故障信号鉴别较为困难,且还与供电系统的中性点接地方式(不接地和经补偿接地)有关,研究难度大。
单片机计算时间长,动作大都在100m s以上。
(2)抗干扰性能差。
随着煤矿效益的逐步好转,井下设备尤其是一些大型变频设备的大面积使用,使得煤矿井下的供电情况变得更加复杂。
一般说来,井下电网的功率因数很低,煤矿只在地面变电所进行集中补偿,在综采根本没有,因此波形畸变十分严重,低压开关拒动、误动频繁,严重影响煤矿井下的安全和生产。
(3)无监控能力。
综采面的低压设备普遍没有通讯功能,不能适应煤矿井下自动化的需要。
2 保护器总体设计低爆保护器是低爆开关的重要组成部分,是针对煤矿井下低压电网而设计的。
系统能够独立完成对低压电网各物理量参数的检测、计算和逻辑处理,并能够与上位机进行数据交换,完成“测量、监控、保护”等功能。
图1是本次设计的总体框图。
(1)数据采集功能。
①模拟量采集:即实时采集低压电网的电流、电压、漏电等模拟信号,作为电网中各种故障的判断依据。
②开关量采集:将开关柜状态和风电闭锁信号送到单片机的I/O口,单片机对其进行检测。
图1 保护器构成框图 (2)人机对话界面。
采用按键输入电网各项参数整定值,输入参数有:电网额定电压、额定电流、开关种类、短路倍数、过载倍数、过载延时、漏电电流、漏电延时、高低压功能选择、漏电功能选择等。
按键功能还包括时间设定、故障试验、查询等内容。
其中时间设定包括年、月、日、时、分、星期等内容。
按键功能包括短路、漏电的模拟故障试验。
查询功能包括参数设定查询、100次的故障记忆查询、10万次的开关分合闸次数显示等。
液晶显示器实时显示电网的工作电压、工作电流、开关状态和当前的时间。
发生故障时显示故障类型及跳闸的时间,以方便工作人员识别和检修。
(3)保护功能。
保护功能是测控系统的重点。
对电网的短路故障进行速断保护;漏电故障实行定时限延时保护;过载故障采用反时限延时保护;当电网电压低于额定电压的70%时,进行欠压保护;当电网电压超过额定电压的115%时,进行过压保护。
(4)通讯功能。
测控系统通过RS -232口与上位机进行串行通讯,从而实现远方监控功能。
3 硬件电路设计3.1 CP U 的选择在单片机的应用系统中,最重要的就是要根据应用系统的要求和特性选择合适的中央处理器(CP U )。
本次设计在选择CP U 时主要考虑以下几个因素:①抗干扰性能:由于井下低压电网的环境非常恶劣,所以选择抗干扰能力强的单片机成为首选条件。
②速度:考虑到系统要求有较快的执行速度,应尽可能地选择运行速度快的单片机。
③单片机功能:尽量选择功能强,集成度高的单片机,同时也是对抗干扰和速度的一个促进。
④价格:考虑到产品的推广和应用,低成本也是本次设计的一个主要考虑因素。
本次设计采用了高档8位单片机ST C12C5410AD (属ST C 系列单片机)。
采用STC 单片机有以下几个原因:(1)8位单片机已经可以满足本次设计的精度要求,并且价格低廉。
(2)8051核单片机的速度低(每条指令至少需要12个时钟周期)的缺陷在ST C 单片机中得到了解决。
该单片机采用全新的流水线/精简指令集结构,是单时钟/机器周期(1T )的兼容8051内核的单片机,其运行速度大大加强。
例如运行MOV A,Rn 这样的指令时,8051核单片机需要12个时钟周期,而ST C 单片机只需要1个时钟周期。
(3)ST C 单片机具有较宽的电压范围。
该单片机的工作电压为+5V,但在+5.5V ～+3.4V 的范围内均能正常工作。
在煤矿井下,瞬间电网低电压时常出现,即使增大滤波电容至4800μF,仍不能很好的解决。
好多厂家生产的单片机设备会工作不正常,出现黑屏、死机等现象。
如果加入带低电压检测的看门狗电路,虽可以避免这种情况的出现,但频繁的重启会使初始化状态在显示屏上显示,叫用户使用起来信心不足。
选用STC 单片机的低电压可以低至3.5V 而不会造成单片机出错,这极大地克服了以上情况的出现。
再配上带低电压检测的硬狗,会使重启的现象大大减少。
(4)ST C12C5410AD 单片机的功能比较齐全。
如自带8路10位A /D 、集成独立的看门狗、E 22PROM 等。
(5)ST C12C5410AD 单片机集成了MAX I M 的专用复位芯片MAX810,极大的提高了单片机的抗干扰性。
自带的看门狗提供了8种溢出时间选择,以20MHz 晶振来说覆盖范围从39m s 到5s,使用十分方便。
3.2 输入通道输入通道包括模拟量输入通道和开关量输入通道。
前者进入A /D 转换,后者进入CP U 的某个I/O 口。
进入A /D 转换的模拟量为保护器需要检测的各种信号,分别是零序电压信号、A 相过载信号、A 相短路信号、C 相过载信号、C 相短路信号、电压信号和附加直流电源的漏电信号(带相平衡保护的保护增加1路交流信号:B 相过载信号)。
信号通道电路主要由电压信号通道、电流信号通道、零序电流信号通道以及附加直流电源的漏电检测通道等组成。
开关量输入通道包括低爆开关分合闸状态、风电闭锁状态,以及零序电压的过零处理电路等。
3.3 输出通道当电网发生漏电、短路、断相、欠压或过压等故障,同时达到故障动作时间CP U 便会发出跳闸指令,通过驱动电路作用中间继电器,最后作用于断路器,使其脱扣。
跳闸电路如图2所示。
图2 跳闸电路 由于继电保护装置对保护动作的可靠性要求很高,如果仅采用一个CP U 的I/O 口控制装置的脱扣动作,当该I/O 口在外界的干扰下状态发生变化时,很有可能会造成装置误动作。
因此,脱扣指令应当由不同I/O 口的两位在硬件上相与后发出。
同时出于对装置抗干扰能力的考虑,CP U 脱扣信号应该和磁通变换器的跳闸回路从电气上隔离。
图中采用光耦隔离。
比较驱动由LM324的一组运放和三极管BD237构成。
脱扣电源接在继电器K1的一组常闭触点上,保护器正常工作时断开,故障时闭合送出脱扣电源。
3.4 人机接口电路人机接口电路包括按键电路和液晶显示电路。
3.4.1 按键电路为了使开关可靠运行,需根据各项额定值进行设定。
需要设定的参数包括:额定工作电流、短路保护整定电流值、短路时间、过载保护整定电流值、过载延时整定值、零序电压整定值、零序电流整定值、漏电延时时间以及附加的监视开关、选漏开关、高低压开关等设定值。
在BZ D保护器上舍掉了波段开关参数设定的电路,改为按键输入。
2个按键为移位键和确认键。
这样开关柜门上只需通留两只隔爆按键无需打开柜门即可完成参数设定,方便了生产现场一线工人的操作。
3.4.2 液晶显示电路为了给工作人员提供一个良好的人机界面,系统采用了型号为北京青云创新的LC M128645ZK 汉字图形点阵液晶显示模块。
该模块可显示汉字及图形,内置8192个中文汉字(16X16点阵)、128个字符(8X16点阵)。
与CP U 接口可采用8位或4位并行方式,也可以采用3位串行方式。
在该系统中采用串行方式连接,其内容的显示及画面的更新受控于单片机内部存储单元的值,保护系统在不同的运行状态,有不同的显示内容与之相对应。
3.5 通讯电路通讯电路采用MAX485E 芯片。
MAX485E 是MAX I M 公司推出的能够在高速通信和恶劣环境中下支持RS -485协议的低功耗收发器,数据传输速率可达2.5Mbit/s,能抗±15kV 的静电流冲击。
以CP U 为核心的硬件电路如图3所示。
图3 硬件电路图4 数据采集与算法BZ D 型保护器共需计算7路正弦工频交流信号和一路直流信号,设计要求误差<2%,响应时间<50m s,用单片机来处理工频信号确实有一定的难度。
常见的采样分为直流采样和交流采样。
直流采样法首先将采集到的电信号经过变送器整流后变成直流信号,然后由A/D转换器送入主机,由主机进行分析和计算。
整个过程包括电信号的取得、整流、滤波、非线性校准、A/D转换等。
优点是计算简单,对单片机的处理能力要求不高,缺点是受波形因数的影响较大,且参数调整困难,因而误差较大。
交流采样是按一定规律对被测信号的瞬时值进行采样,再用一定的数值算法求得被测量的值。
对于正弦信号来说,常用的算法有两点乘积算法、三点法、导数算法、半周积分算法等。
对于BZ D保护器研究的交流信号来说,不能简单的就认为是工频交流信号。
实际上由于井下的波形畸变十分严重,更明智的做法是把它当做非正弦信号来求真有效值。
常见的非正弦信号的计算方法有两种:傅立叶算法和方均根算法。
本次设计采用傅立叶算法。
5 软件设计BZ D低爆综合保护器的CP U连接串行液晶显示屏、串行时钟芯片DS1302和按键等。
串行液晶显示屏、串行时钟芯片都是慢速的器件,而保护器则要求能够较快地处理外界来的电信号。
因此设计时让读写时钟芯片、液晶显示、按键处理等内容均放在主程序中,数据处理放在AD中断中进行并设为高优先级,和上位机的通信放在串行口中断程序中完成。
主程序流程中,保护器作为总开关的漏电是基于附加直流电源的漏电阻检测,作为分开关的漏电检测为基于零序电压互感器和零序电流互感器的方向型漏电流检测,这些在初始化中有不同的区别,此处仅给出大体的流程,如图4所示。
AD中断中,末通道为零序电流通道,判别末通道是为检测零序电流和零序电压的相位差而设的。
AD结束后的再次启动在定时器中完成。
6 结束语本文对井下低压电网进行了深入的研究,采用了高档单片机(ST C12C5410AD)为控制核心,加大了运算速度,同时从原理上解决了漏电检测困难,误动拒动较多的诟病,使得在成本基本不增加的前提下,较好地完成集漏电、短路、过载、过压、欠压等多项保护与一身的功能,同时又具有可靠性较高、调试和运行维护简便,人机界面良好等特点,现在井下试运行良好。