STC12C5A60S2芯片在通風(fēng)機(jī)監(jiān)測中的應(yīng)用

摘 要：本文介紹了一種以STC12C5A60S2單片機(jī)為核心的通風(fēng)機(jī)監(jiān)測設(shè)計(jì)方案。該芯片不僅具有高速、低功耗、超低價、強(qiáng)抗干擾、高可靠等優(yōu)點(diǎn)，而且內(nèi)置8通道高速10位A/D轉(zhuǎn)換器。從而取代以往以AT89S52和AD7895芯片為核心的設(shè)計(jì)方案。使得成本更低，電路更為簡單。

關(guān)健詞：通風(fēng)機(jī)；單片機(jī)；STC12C5A60S2；A/D轉(zhuǎn)換；串行通信

中圖分類號：TN911 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

礦井屬于地下工作環(huán)境，礦井通風(fēng)機(jī)是保證礦井安全生產(chǎn)的重要設(shè)備之一。礦井通風(fēng)機(jī)可以增大井下的空氣流動速度，降低有毒有害氣體的濃度，提供充足的新鮮空氣，改善工人的工作環(huán)境，保證工人的人生安全，由此可見，保證通風(fēng)機(jī)高效、安全、經(jīng)濟(jì)、持續(xù)運(yùn)行，顯得尤為重要。

本文堅(jiān)持高性價比的原則，緊跟電子科技發(fā)展的步伐，介紹一種以STC12C5A60S2單片機(jī)為核心的通風(fēng)機(jī)監(jiān)測方案，并取代以往采用的AT89S52和AD7895芯片為核心的設(shè)計(jì)方案。使得成本更低，電路更為簡單。

1.系統(tǒng)及硬件設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)中，選擇了3個傳感器和3個變送器，溫度傳感器用來監(jiān)測風(fēng)機(jī)的軸溫度，其他的傳感器或變送器分別用來監(jiān)測風(fēng)機(jī)振動、瓦斯?jié)舛?、電流、電壓以及功率等參?shù)。將6個模擬信號通過相應(yīng)的信號調(diào)理電路轉(zhuǎn)變成符合采集口采集的電壓信號，STC12C5A60S2單片機(jī)本身已集成8通道高速10位AD轉(zhuǎn)換接口，對送來的模擬信號進(jìn)行采集并處理，然后通過RS-485模塊傳送給上位機(jī)，通過上位機(jī)的虛擬軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，并顯示運(yùn)行狀態(tài)，如果某個量超出相關(guān)的設(shè)定值，系統(tǒng)會及時報(bào)警，提示工作人員做相應(yīng)的操作處理。系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

1.2 STC12C5A60S2單片機(jī)及AD轉(zhuǎn)換原理

STC12C5A60S2單片機(jī)是增強(qiáng)型51單片機(jī)，指令完全兼容傳統(tǒng)的8051單片機(jī)，但其速度卻比傳統(tǒng)的8051芯片快6～12倍，而且片內(nèi)集成60K字節(jié)的Flash程序存儲器和1280字節(jié)的SRAM，所以不用外擴(kuò)外部程序存儲器，不用擔(dān)心會出現(xiàn)程序存儲空間不足的問題，從某種意義上來說，這個優(yōu)點(diǎn)使得設(shè)計(jì)電路更加簡化。

STC12C5A60S2單片機(jī)的P1口（P1.0-P1.7）集成了8通道10位高速ADC，速度可達(dá)到250kHz（25萬次/秒）。以前的方案是采用AT89S52單片機(jī)為主控芯片，而AT89S52單片機(jī)片內(nèi)沒有ADC轉(zhuǎn)換器，所以就外擴(kuò)了AD7895芯片來采集相應(yīng)的信號，然后再傳給AT89S52主控芯片，這樣不僅使得電路和程序更加復(fù)雜，而且成本也偏高，所以本文采用STC12C5A60S2單片機(jī)為主控芯片，完全取代了AT89S52和AD7895芯片，電路更加簡化，成本更低，一片STC12C5A60S2單片機(jī)僅需幾元錢的成本。

在STC12C5A60S2單片機(jī)芯片內(nèi)部，通過CHS2/CHS1/CHS0模擬開關(guān)，將ADC0～ADC7的模擬量送入比較器，然后通過逐次比較寄存器輸出轉(zhuǎn)換的結(jié)果。AD轉(zhuǎn)換結(jié)束后，最終的結(jié)果會保存在ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器的ADC_RES和ADC_RESL中，同時，置位ADC控制寄存器ADC_CONTR中的AD轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志位ADC_FLAG，以供程序查詢或者發(fā)出中斷申請。

在本方案中，只用到了6個ADC通道，其余的兩個通道可以作為擴(kuò)展或者備用，也可以釋放出來作為普通I/O口使用，這樣也不占用多余的I/O口。

1.3 數(shù)據(jù)通信

數(shù)據(jù)傳輸常用的有RS-232和RS-485通信方式，RS-232采取不平衡傳輸方式，傳輸速率比較低，最大速率只有200kbps，且傳輸距離有限，一般不超過20m，而RS485則采用平衡傳輸，即差分傳輸方式，最大速率可達(dá)10Mbps，傳輸距離可以達(dá)到上千米，考慮到現(xiàn)場環(huán)境的復(fù)雜性，本系統(tǒng)采用RS-485的通信方式，并選用性能比較優(yōu)越的MAX485通信芯片，實(shí)現(xiàn)STC12C5A60S2單片機(jī)與PC機(jī)的數(shù)據(jù)通信，單片機(jī)側(cè)采用RS-485接口，PC機(jī)側(cè)采用串行通信卡。設(shè)計(jì)的電路示意圖如圖2所示。

2.軟件設(shè)計(jì)

該采集系統(tǒng)由于采用了內(nèi)置ADC模塊的STC12C5A60S2單片機(jī)，程序設(shè)計(jì)也變得更加簡潔，不需要通過主控芯片的某些IO口來啟動外擴(kuò)的ADC采集芯片，只需要操作相關(guān)的寄存器即可。STC12C5A60S2單片機(jī)上電后，會進(jìn)行系統(tǒng)的初始化，然后等待上位機(jī)的啟動采集指令，當(dāng)接收到啟動采集指令后，采集系統(tǒng)便按照預(yù)定的ADC通道順序，對每個通道進(jìn)行輪流采集，最后將6個通道的數(shù)據(jù)一起上傳給上位機(jī)，只要上位機(jī)沒有給該采集系統(tǒng)發(fā)出停止采集的命令，該采集系統(tǒng)將一直按照設(shè)定的程序進(jìn)行采集數(shù)據(jù)。當(dāng)上位機(jī)發(fā)出停止采集的命令，就可以停止采集。

結(jié)論

對本文的方案進(jìn)行了測試，并與原來的以AT89S52和AD7895芯片的采集方案進(jìn)行了對比，發(fā)現(xiàn)本方案能夠?qū)νL(fēng)機(jī)的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行有效監(jiān)控，完全可以替代原來的以AT89S52和AD7895芯片的采集方案，而且電路更加簡單，成本更低，抗干擾能力更強(qiáng)，具有一定實(shí)用價值與參考價值。

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