基于單片機的壓力測量控制系統研發

　　1 引言

　　目前我國發展煤炭生產機械化發展迅速。綜采設備的應用,是提高效率、改善安全狀況的措施。影響開機率的一個主要因素是支架對工作面的頂板控制的好壞,因此,對綜采工作面進行礦壓監測與控制是很有必要的。要做到這一點,首先需要對井下工作面的液壓支架的實際工作狀況進行監測,通過對檢測數據處理、分析,評定其效果,并采取相應措施,以提高開機率、提高產量。本文以監測綜采液壓支架的壓力為研究內容,開發了一套基于單片機的壓力測量控制系統。

　　2 壓力測量控制系統功能設計

　　壓力測量控制系統用于監測支架壓力, 每臺測量控制系統配有四只傳感器, 可分別通過高壓油管連接支架的立柱、平衡千斤頂, 前探梁千斤頂的油壓腔。壓力測量控制系統接收到通訊測量控制系統傳來的數據采集命令后, 采集四通道的壓力, 傳給通訊測量控制系統, 再由通訊測量控制系統傳至地面。壓力測量控制系統設有按鍵, 當按下時, 可在LCD液晶顯示窗口循環顯示四通道的壓力值。

　　3 壓力測量控制系統的結構件設計

　                    　圖1 壓力測量控制系統框圖

　　壓力測量控制系統的結構如圖1所示, 它以80C51單片機為核心, 包括傳感器、光耦、多路數據開關、LCD液晶顯示器、SRAM, EPROM、自動復位電路、RS-485接口電路及高效電源電路等。下面分別介紹一下它們各自的設計特點。

　　3.1 傳感器

　　傳感器采用前面設計的活塞傳壓大量程諧振弦式液壓傳感器,傳感器輸出幅度為5伏的矩形波。

　　3.2 信號輸入電路

　　(1) 多路數據開關(多路數據選擇器)74HC151

　　74HC 151是8選1數據選擇器,它有8個數據輸入端D0--D7, 1個選通端S, 3個數據選擇端A, B, C和2個輸出端Y, W。當3個數據選擇端A, B, C從000到111之間變化時,可選擇不同的通道。

　　(2) 信號輸入電路: 以D0通道為例,其電路如圖2所示。

　　                      圖2 信號輸入電路

　　由圖2看出,傳感器頻率信號是通過光電耦合器6N139耦合到74HC151的輸入引腳D0。80C51的P1.0, P1.1輸出控制碼,選擇D0--D3輸入中的一路,用單片機的T0測信號頻率。

　　3.3  80C51外擴8KB EPROM和8KB SRAM

　　在壓力測量控制系統中,80C51擴展8K的EPROM (27C64)和8K的SRAM (6264)作為外部的程序存貯器和數據存貯器。選擇了較低的6MHz作為80C51單片機的工作頻率,能滿足數據采集要求,同時還可以降低單片機的功耗,擴展系統連接圖如圖3所示。

　　                      圖3 壓力測量控制系統80C51擴展系統

　　在80C51單片機中,外部I/O口是作為外部RAM來擴展的,選址的方法與擴充外部RAM的方法完全相同。本電路除了外部的RAM外,還有LCD顯示器作為外部I/O器件,因此,只采用線選址方式是不夠的,應采用譯碼選址方式。

　　3.4 LCM點陣式液晶顯示模塊接口設計

　　LCM點陣式液晶顯示模塊能顯示的字符多,并且能顯示漢字,因而在智能化測量控制儀表中得到了廣泛的應用。本系統選用的是EPSON公司生產的EA-D20040AR點陣式液晶顯示模塊,它由TN型液晶顯示器、CMOS驅動器和CMOS控制器組成,模塊內集成有字符發生器和數據存貯器,采用單±5V電源供電,內部有能顯示96個ASCII字符和92個特殊字符的字庫。EA-D20040AR與單片機80C51的接口電路如圖4所示:

　　       圖4  EA-D20040AR與80C51的接口電路

　　3.5電源電路

　　本系統的通訊測量控制系統及所有的壓力測量控制系統共用同一本安電源,應盡量地降低線路損耗, 提高電源工作效率。為此, 壓力測量控制系統除控制傳感器的電源供電外, 還采用了美國MAXIM公司的高效、+5V輸出可調降低壓穩壓器MAX639, 可將+5.5~+11.5V之間的電池電壓轉換為+5V出, 并在整個電壓范圍內提供100mA輸出電流, 靜態電流僅為10μA, 效率高于90%。

　　MAX639所需外圍器件較少, 即一個小的廉價電感、一個輸入旁路電容、一個濾波電容和一個肖基特二極管, 不需要任何補償元件。它實質上是一個降壓DC-DC轉換器, 當開關合上時, 加到電感上的電壓等于V+減VOUT, 通過電感的電流斜坡上升, 從而在電感的電場中儲能, 該電流還流入輸出濾波電容和負載; 當開關斷開時, 此電流以相同的方式流過電感, 但因開關此時已斷開,它必然要流過二極管。當開關斷開時, 電感僅供給負載電流, 并且這個電流隨著電感磁場儲存的能量轉移到輸出濾波電容和負載中而減少為零。