用于矿井领域的智能传感器的设计

在结构上细致化智能化密切化，增加片内功能，尽量减少外部接口芯片，提供与主机的接口，降低单片机的功耗，提高宽电源的适应能力，增加高噪声容限，并具有更好的电磁兼容性。

面向应用对象的多功能多品种的增强型单片机将大大增加。

开发平台的选择开发个单片机应用系统，系统程序的编写效率在很大程度上决定了目标系统的研制成效。

早期在研制单片机应用系统时，大多以汇编语言作为软件工具，汇编程序能够直接操作机器硬件，指令的执行速度快。

当然，汇编语言有它的缺点，如不是种结构化的程序设计语言，可读性和可移植性较差，程序较难编写和调试，程序本身的编写效率较低。

在现代编程中，用汇编语言来实现程序代码的不多，但是在特定的场合，如我们开发的矿用温度传感器，用汇编来写程序有其它高级语言不能替代的优势。

在本论文中，由于在操作时对时序要求的严格，要反复的调试延时设置，方面符合时序的要求，另方面要找到最优的定时数值，使程序具有最强的容错性，此时，选用汇编语言来编写测温程序，比选用其它高级语言更为方便。

所以，本论文全部采用汇编语言来编写程序代码。

本系统采用德国公司的嵌入式编译器作为开发工具。

标准编译器为微控制器的软件开发提供了语言环境，兼容汇编语言，可以实现编写调试仿真于体，是目前最有效灵活的开发平台之。

传感器输出信号的选择根据矿用温度传感器通用技术条件中华人民共和国煤矿行业标准以下简称通用技术条件，关于传感器到数据采集装置之间传输信号的统规定，传感器输出信号制式必须满足以下要求直流模拟量信号，优选直流模拟量信号，只用于地面直流模拟量信号频率模拟量信号，优选。

对于模拟量使用频率信号来传输有许多优势提高了模拟量信号的传输精度对般的电压或电流的模拟量来说，在井下用电缆进行远距离传输时，都会产生较大的畸变。

频率脉冲信号尽管在长线传输时也会发生较大的畸变，但在定的长线条件下，每个脉冲的畸变都是样的，在接受端不管采用哪种方式接收还原时，是不会产生精度损失的。

提高了模拟量信号传输的抗干扰能力频率模拟量传输的是脉冲的有无，而电压或电流模拟量传输的是连续变化的电量值，很显然前者的传输抗干扰能力要强得多。

隔离性好频率信号传输的是脉冲的有无，那么作为信号接受端的分站就可以采用光耦器件的开关电路进行接收，可方便地实现信号隔离。

对于井下低频电子设备，干扰主要来自地线，这样就可以彻底消除了因地线而引起的干扰。

基于以上考虑，本矿用温度传感器的信号输出选用脉冲频率的形式输出信号，传感器输出频率范围为。

系统硬件电路设计硬件总体结构硬件和软件设计是单片机系统的两个重要方面。

本章主要论述该系统的硬件电路设计。

本系统在硬件电路设计时，主要从以下原则出发硬件电路设计与软件设计相结合优化硬件电路。

可靠性及抗干扰设计。

根据可靠性设计理论，系统所用芯片数量越少，系统的平均无故障时间越长，而且所用芯片数量越少，地址数据总线在电路板上受干扰的可能性就越少，因此单片机基本系统的设计思想是在满足功能的情况下力争使用较少数量的芯片及线路。

灵活的功能升级及系统扩展。

次设计往往不能完全考虑到系统的各个方面，系统需要不断完善，需要进行功能升级并且，在设计时应考虑到系统在以后应用中扩展的方便性。

根据系统要求及上面几个硬件设计原则，确定系统硬件原理图。

系统以单片微机为中央处理单元，由感温元件数字显示声光报警信号输出等单元电路组成。

主电路设计在主电路设计中，我们选用了作为主控芯片。

在设计中选择用的口来输出与温度值对应的频率，以供其上位机接收处理。

主电路由频率输出电路温度测量电路看门狗电路遥控电路稳压电源显示电路报警电路等几部分组成。

主电路结构图感温元器件的选择与应用设计感温元件位于传感器系统之首，被测环境温度被转换为电信号才能供主控电路处理，因此感温元件的性能对传感器系统有着很大的影响。

感温元器件的选择在选用传感器感温元件时，单从测量方面考虑，则要求是测量精度要高，二是工作可靠性稳定性要好但是，考虑到煤矿应用的环境，要求矿用温度传感器能适应恶劣环境，符合煤矿安全规程的要求，具有防爆功能，可以适应煤矿井下恶劣的环境。

我们通过比较传统的模拟温度传感器与数字化的温度传感器，考虑煤矿井下的使用环境，综合各种因素，来选择感温元器件。

单实用的原则，系统采用显示器。

显示器，具有价格低寿命长对电压电流的要求低及容易实现多路等优点。

显示电路图系统软件设计软件设计是智能化测量控制仪表设计的主要内容和重点。

我们应该根据系统功能要求，以系统硬件电路为基础进行系统的软件设计。

为了使设计出来的软件功能明确阅读调试方便健壮性可靠性好，我们般采用结构化的程序设计方法。

结构化的程序设计包括三方面的工作自顶向下的设计模块化编程和结构化编程。

除此之外，有时还需要加强软件抗干扰设计，以提高程序的可靠性。

软件设计方法系统软件的设计方法模块化设计。

模块化设计就是把软件按照规定的原则划分为个个较小的相对但又相关的模块。

分解信息隐藏和模块性，是实现模块化设计的重要指导思想。

系统的软件主要包括主程序初始化子程序数字测温子程序包括的初始化获取转换化的温度值对的读写操作子程序信号输出子程序显示子程序数据处理子程序包括数字滤波零点漂移修正数据校验与纠错红外遥控译码子程序。

主程序流程图主程序系统软件主程序是传感器进行测温的主监控程序，按照软件模块化设计的原则，将系统功能划分为多个子任务，每个子任务由对应的子程序来实现再将这些子程序有机地整合在起，从而实现温度采集等各功能。

这样地设计，方面可以理清设计者的思路再者，模块化的设计，可以方便地编写与调试程序。

的初始化初始化子程序我们设置了对看门狗路的初始化及控制操作，也就是说，在程序正常运行时，每隔定时间程序要对发出脉冲信号，使其计数器不断清零，从而判断程序是正常执行的。

如果在规定时间内没有收到的引脚发出的脉冲信号，则表明程序出现了异常如程序弹飞，内部的计数器将会溢出，秒之后就会控制其引脚向的输出个复位信号，使系统自动回复到正常运行状态，使程序不致出现死锁现象。

以下是的频率输出子程序，以的频率输出对应的测量温度值计算频率值中的值已乘过计算实现计算调用双字节除法子程序样机试验与性能测试传感器试验方法的依据由于条件的限制，传感器没有进入现场，只能在实验室进行模拟试验，即对两个传感器样机进行稳定性与精度试验。

参阅通用技术条件第条对试验方法与条件的要求如下试验条件温度输出负载电阻接通电源后才能开始试验。

直流稳压电源可调范围应满足传感器供电电压的要求输出电流应不小于。

在传感器到电源箱和分站之间接分别接入仿真电缆和测量仪器。

传感器的防爆性能按和的规定进行试验。

工作稳定性试验传感器通电时间不少于，测量次，其时间间隔不得大于采用温度渐变的试验方法。

传感器精度对比测试误差曲线传感器脉冲频率输出试验根据通用技术条件的要求，传感器在与型矿井安全生产监控系统配套使用时，传感器要输出对应温度的脉冲频率信号，我们对其输出的频率进行检测试验，我们用样机进行了测试。

具体过程如下直接将样机传感器的频率输出端接入通用频率计，其它测试条件符合通用技术条件的测试要求，从为测试范围，按温度渐变的原则，选择温度升序，按正常间隔随机记录测试过程的频率输出值。

我们每分钟记录次数据，保证数据的稳定性，并做好试验记录。

型环境温度传感器的主要技术指标为测量范围测量误差工作电压工作电流响应时间秒防爆形式矿用防爆兼本安型根据通用技术条件的要求，具体测试条件为测试环境温度约直流稳压电源输出的可变直流稳压电源，输出电流仿真线传感器通过仿真电缆和分站相连输出负载包括负载与电缆电阻之和试验仪器浙江蓝天恒温槽，温度范围温度波动。

可提供高精度的，温度均匀的恒定场源。

样机技术指标由以上实验得出结论，系统的设计基本上是成功的，但有些方面还需完善。

系统达到的主要技术指标如下测量范围显示功能实时显示温度值报警值设定初始值设为可根据现场实际需要定声光报警红色闪光，蜂鸣工作电压工作电流响应时间秒输出信号红外线遥控遥控距离结束语这次设计对用于矿井领域的智能温度传感器有了全面的了解，其内容主要反映在以下几方面整个系统在优化硬件配置的基础上采用小型化体化设计，所有电路芯片如温度采集器件反相器等器件，采用低价格小体积高集成度器件，而电路简化电路板尺寸很小。

矿用温度传感器主要是窄量程范围使用，具有加工工艺简单，灵敏度高等特点，将有广泛的用途。

软件中设计了较完善的智能算法与数据处理，在采用低价格位微控制器及要求快速数据处理的情况下，通过优化算法和编程，软件编程中采用了数据巧妙处理等多种方法，使传感器具有了较高的智能化程度。

完成了单片机对红外遥控码的解码过程，实现了仪器的红外遥控功能。

具有距离适中，控制灵敏的特点。

目前，矿用温度传感器系统的研究和开发多处于成熟阶段，但适合于矿井这样具有特殊要求的环境而言，比较前沿的矿用温度传感器系统国内并不多。

本系统通过了原理性实验，基本上满足了设计要求。

但是要使之产品化，还需要对系统进行进步的改进和调试。

相信经过不懈的努力，在较短的时间内，定会使之成为台真正的仪器。

参考文献沙占友智能化集成温度传感器原理与应用机械工业出版社，王克军国外低温温度传感器的研制现状低温工程，冯平智能位移传感器系统的研究博士学位论文浙江浙江大学，高世海，田仲温度传感器及其与微处理器接口电子技术应用，刘笃仁，韩保君传感器原理及应用技术西安西安电子科技大学出版社，刘俊华智能传感器系统西安西安电子科技大学出版社，李长青型矿井安全生产监控系统中数据交换器的研究与分析煤矿自动化，分组报告的内容总结型集成角速度传感器芯片简介是的角速度传感器产品，在航模领域应用广泛，