煤矿井下人车

点击次数:   更新时间:2020-08-10 00:39     作者:博乐坊

  煤矿井下人车_机械/仪表_工程科技_专业资料。1 引言 中北大学 届毕业设计说明书 1.1 研究的背景及意义 煤炭作为我国最主要的能源生产和消费形式,一直以来占我国一次能源生产和 消费结构中的70%左右,预计到2050年还将占50%以上,因此

  1 引言 中北大学 届毕业设计说明书 1.1 研究的背景及意义 煤炭作为我国最主要的能源生产和消费形式,一直以来占我国一次能源生产和 消费结构中的70%左右,预计到2050年还将占50%以上,因此,煤炭在相当长的时 期内仍将是我国的主要能源。2002年全国煤炭总量为13.9亿吨,2003年为16.0亿吨, 2004年煤炭产量尽管达到了19.60亿吨,2005年达到21亿吨,仍不能完全满足需求。 随着煤炭开采量的不断增加,煤矿安全问题变得越来越突出[1]。我国是目前世界上 煤炭伤亡事故发生频率最高的国家,平均每百万吨煤炭死亡率是美国的200倍,印 度的8倍,世界平均的12倍。全世界每年死于矿难的人数约15000人,而中国就高达 6000多人,占到将近1/2。这还不包括事实上存在的大量瞒报、虚报的情况。平均 起来,中国每月约有500多名矿工、每天约有17名矿工死亡[2]。《中国煤炭报》显示: 每年开采百万吨煤炭,中国平均死亡人数约10人,俄罗斯约0.66人,美国约0.038 人。可见,我国煤炭生产的安全形势是多么严峻[1]。 目前,中国由经济加速发展拉动的能源需求正在不断增大,能源短缺问题渐趋 成为制约中国经济健康、快速发展的“瓶颈”。煤炭作为基础能源之一,随着其自 身市场化进程和人们对生命价值的重新认识,其安全生产问题近年来越来越为人们 所关注[2]。 煤矿的安全工作是多环节、连续性、集中负责、齐抓共管的工作,是一个多层 次、多渠道,深入实际的工作。煤矿安全抓好工作是煤矿各级领导的重要职责。安 全是生产的前提基础,生产过程中必须抓好安全工作,搞好煤矿安全生产,关系到人 民群众的生命财产关系到企业的生死存亡,关系到国家和社会的安定。要搞好煤矿 的安全工作,必须采取多种形式的工作方法,必须使领导重视各部门间的相互配合, 加强职工安全教育培训,抓好质量标[3]。 近年来,我国政府提出了“以人为本”的执政理念,更加审视人民的利益和权 利。由于历史或现实的原因,一些企业仍未重视矿工的切身安全利益。设备技术落 后、资金投入不足、规章制度滞后、侥幸蛮干等等。致使煤炭安全事故甚至是特大 安全事故时有发生,“以人为本”珍惜生命是现代社会倡导的理念;对矿工生命的 尊重,对矿上利益的维护是企业建立良好的安全生产制度的出发点[4]。 第 1 页 共 24 页 中北大学 届毕业设计说明书 2010 年,国家安监总局 8 月 25 日全文公布金属非金属地下矿山企业领导下 井带班暂行规定。规定指出,矿山企业井下作业人员有权在无矿领导下井带班时, 逐级汇报后拒绝下井。但是拒绝下井并不能解决根本问题,只有提高煤矿的配备, 才能保证矿工的安全[5]。 影响煤矿安全的因素是多种多样的,有煤矿本身的自然条件当面的原因,有管 理方面的原因,有职工素质方面的原因,但是也有技术装备方面的原因[6]。近年来, 随着国家对煤矿安全的重视和投入,矿井安全装备有了很大的改善和提高,但还有 许多矿井的安全设施达不到要求,这也是当前存在的安全隐患[7]。 我这次研究的主题就是关于井下人车的门控装置设计,确保井下工人在行进过 程中的安全。这即符合我国政府提出的“以人为本”的执政理念,又能提高煤矿的 安全生产。 1.2 研究的现状及发展趋势 《煤矿安全规程》第 360 条对乘车人员的规定有:“听从司机及乘务人员的指 挥,开车前必须关上车门或挂上防护链,防止乘客在乘座过程中跌出车外,造成对 人员的人身伤害”。在现有技术中,国内外的人车防护状况主要有两种类型:第一 种是防护链,依靠乘客自觉性来挂摘防护链或靠跟随车工监督,其缺点是受人的因 素影响较大,容易造成失误;第二种是防护门即规程所说的推车门,上车乘客自己 关闭,下车打开,但也受到人为因素的影响,该车的缺点是没有实现跟车工的限制, 受乘客个人因素的影响同样也会造成失误,存在引发事故的隐患[8]。 为消除安全隐患,一些防护措施被采用。例如,在实用新型专利:井巷人车集 中控制闭锁栏(ZL 专利号 7 .3)中,一种用于井巷人车闭锁栏的技 术改进装置和方法被使用。上述技术存在以下缺点:1)采用安装在车体外机械形 式的闭锁栏,重量大,在运行过程中,需要消耗较多的动力;2)闭锁栏为整体式, 在弯道时,不能够弯曲,不利于人车的运行;3)虽然押车司机能够控制闭锁栏, 但需要逐一检查每节车厢是否有人上下车,使用不方便和灵活。 通过查阅与分析,煤矿井下人车未来的发展趋势就是人工智能控制,尽量减少 人为因素的影响,使车在行进过程中不会因为乘车人员的失误而造成事故,从而能 够确保所有乘车矿工的人身安全,这对煤矿来说是最重要的。 1.3 研究的目的 第 2 页 共 24 页 中北大学 届毕业设计说明书 本设计的主要目的是设计一种煤矿井巷人车门禁系统,要求利用 CAN 总线技术 和单片机技术来实现煤矿运送人员的井巷人车由押车司机集中控制所有车厢车门 的开启与闭合,避免了乘客随意打开车门,或在停车前随意上下跳车,以及由此造 成的人员伤亡等事故。 CAN 是控制器局域网络(Controller Area Network, CAN)的简称,是由研发和 生产汽车电子产品著称的德国 BOSCH 公司开发了的,并最终成为国际标准,是国际 上应用最广泛的现场总线之一。CAN 即控制器局域网络,属于工业现场总线的范 畴。与一般的通信总线相比,CAN 总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵 活性[9]。 现场总线是综合运用微处理器技术、网络技术、通信技术和自动控制技术的产 物。它把专用处理器置于现场自控设备和测量仪表,使它们具有了数字计算和数字 通信的能力,成为能独立承担某些控制、通信任务的网络节点。简而言之,它把单 个分散的测量控制设备变成了网络节点,以现场总线为纽带,把它们连接成可以互 相沟通信息,并可共同完成自控任务的网络控制系统,即现场总线控制系统。近年 来,其所具有的高可靠性和良好的错误检测能力受到重视,被广泛应用于汽车计算 机控制系统和环境温度恶劣、电磁辐射强和振动大的工业环境。 本次研究是通过采用 CAN 总线技术使得位于驾驶室的主机单元和位于各个车 厢的从机单元连接在一起;主机单元、从机单元可以通过计算机通信接口与上位计 算机之间实现信息的传输,从而实现控制。 2 系统设计 2.1 系统设计要求 本设计要求设计一个基于 CAN 总线的煤矿井下人车门控装置。井巷人车是煤矿 运送人员的主要设备,井巷人车乘车安全是煤矿安全的一个主要方面。确保乘客乘 车安全是井巷人车设计应考虑的一项主要内容。设计要求是设计一种煤矿井巷人车 门禁系统,利用 CAN 总线技术和单片机技术来实现煤矿运送人员的井巷人车由押车 司机集中控制所有车厢车门的开启与闭合,避免了乘客随意打开车门,或在停车前 随意上下跳车,以及由此造成的人员伤亡等事故。设计中采取主从节点的网络设计 方案,通过主节点对各个从节点的门进行控制。 第 3 页 共 24 页 中北大学 2.2 系统总体设计方案 届毕业设计说明书 本系统主要包括三部分: 2.3 系统总体结构框图 本系统采用主从式总线型网络结构。该网络结构具有结构简单、布线容易、成 本低、编程容易等优点。系统中由 CAN 主节点、多个 CAN 从节点、门锁装置和灯设 备等组成。在主节点可以设置能反映所有从节点工作状态的灯设备。具体系统总体 结构框图如下图: 总体结构框图 3 硬件设计 主节点包括 CAN 总线硬件,单片机,计算机通信接口和状态指示灯。从节点包 括 CAN 总线硬件,单片机,计算机通信接口,状态指示灯,电磁锁,蜂鸣器等。 计算机通信接口可以是目前普遍采用的 USB 接口或 RS-232 接口。下面开始逐一介 绍相应的硬件。 3.1 主要单元硬件设计 3.1.1 CAN 总线的硬件设计(CAN 总线简单介绍一下,接着再介绍硬件组成) CAN总线所示,从图中可以看出,电路主要由独立CAN 通信控制器SJA1000、CAN总线构成。当有两个或多个CAN节点时, 可构成一个CAN互联网络,网络中的任一节点均可向其他节点发送报文,网络中的 任一节点也可向其他节点发送远程请求帧,请求对方发送本节点所需的报文。 1.CAN 总线 页 中北大学 届毕业设计说明书 SJAl000 是一个独立的控制器,有两种不同的模式。 (1)BasicCAN模式:系统上电后默认的模式,与PCA82C200兼容。 (2)PeliCAN模式:支持CAN2.0B协议规定的所有功能。 SJAl000的内部结构如图1所示,其功能模块主要有:接口管理逻辑、接收FIFO 队列、接收滤波器、发送缓冲器和CAN核心模块。CAN核心模块基于CAN2.0B的协议 执行对CAN帧的发送和接收。逻辑管理接口实现与外部单片机的连接。SJAlO00的发 送缓冲器可以存储一个完整的报文,当单片机开始一个传送时,逻辑管理接口会使 CAN核心模块读发送缓冲器的数据,依照CAN2.OB协议发送数据。当收到一个报文时, CAN核心控制模块将连续的位转换为标准的数据存放于接收过滤器中,通过验收码 寄存器、验收屏蔽寄存器进行过滤处理,将符合标志位要求的数据放人接收FIF0 队列中。 以下为SJA1000芯片的特点: ● 管脚及电气特性与独立CAN总线兼容; ● 软件与PCA82C200兼容(缺省为基本CAN模式); ● 扩展接收缓冲器(64字节FIFO); ● 支持CAN2.0B协议; ● 同时支持11位和29位标识符; ● 位通讯速率为1Mbits/s; ● 增强 CAN 模式(PeliCAN); ● 采用24MHz时钟频率; ● 支持多种微处理器接口; ● 可编程CAN输出驱动配置; ● 工作温度范围为-40~+125℃。 第 5 页 共 24 页 中北大学 届毕业设计说明书 SJA1000内部结构图 从芯片的结构图中可以看出,SJA1000型独立CAN总线控制器由以下几部分构 成; (1)接口管理逻辑:它接收来自微处理器的命令,控制CAN寄存器的地址,并 为微处理器提供中断和状态信息。 (2)发送缓冲器:有13字节长。它位于CPU和位流处理器(BSP)之间,能存 储一条将在CAN总线上发送的完整的报文,报文由CPU写入,由SBP读出。 (3)接收缓冲器(RXB、RXFIFO):它是CPU和接收滤波器之间的接口,用来 存储从CAN总线接收并通过了滤波的报文。接收缓冲器RXB是提供给CPU可访问的13 字节的窗口,这个窗口是属于接收FIFO(RXFIFO)的一部分,共由64字节长。有 了这个FIFO,可以在CPU处理一个报文的同时继续接收其他到来的报文。 (4)接收滤波器:它把报文头中的标识符和接收滤波寄存器中的内容进行比 较,以判断文报文是否被接收。如果被接收,报文存入RXFIFO。 (5)位流处理器:它是一个控制发送缓冲器、RXFIFO并行数据和CAN总线(串 行数据)之间数据的序列发生器,同时它也执行错误检测、仲裁、位填充和CAN 第 6 页 共 24 页 中北大学 总线错误处理功能。 届毕业设计说明书 (6)位定时逻辑不:它将SJA1000同步于CAN总线)错误管理逻辑:它按照CAN协议完成错误界定。 SJA1000引脚图 SJA1000的引脚排列如图1所示,主要引脚的功能如下所述: AD7-AD0:地址数据复用线。 ALE/AS:ALE 输入信号(Intel 模式)或 AS 输入信号(Motorola 模式)。 CS:片选信号,低电平允许访问 SJA1000。 RD/E:来自微控制器的 RD 信号(Intel 模式)或 E 使能信号(Motorola 模式)。 WR:来自微控制器的 WR 信号(Intel 模式)或 RD/WR 使能信号(Motorola 模 式)。 CLKOUT:SJA1000产生用于微控制器的时钟输出信号;时钟信号由内置晶体振 荡器通过可编程除法器产生;时钟除法寄存器中的时钟停止位能使该引脚无效。 VDD1和 VSS1:逻辑电路5V 电源和逻辑电路地。 XTAL1:晶体振荡器放大器输入,外部晶体振荡器信号由该脚输入。 XTAL2:晶体振荡器放大器输出,当使用外部晶体振荡器信号时,该输出引脚 必须开路。 第 7 页 共 24 页 中北大学 届毕业设计说明书 MODE:模式选择输入:1=Intel 模式;0=Motorola 模式。 VDD3和 VSS3:输出驱动5V 电源和输出驱动器接地。 TX0和 TX1:CAN 输出驱动器0和1输出到物理总线。 INT:中断输出,用于触发微控制器中断;内部中断寄存器的任何位置位,INT 将低电平输出;INT 为开环输出;该引脚为低电平将电路从睡眠状态激活。 RST:复位输入,用于复位 CAN 接口(低电平有效)。 VDD2和 VSS2:输入比较器5V 电源和输入比较器的接地端。 RX0和 RX1:从物理 CAN 总线的输入比较器。 SJA1000与微处理器的接口非常简单,微处理器以访问外部存储器的方式来访 问 SJA1000。由于 SJA1000的内部寄存器分布在连续的地址内,所以完全可以把 SJA1000当作外部 RAM。在设计接口电路时,SJA1000的片选地址应与其他外部存储 器的片选在逻辑上无冲突。 2.CAN 总线为 CAN 总线收发器,是 CAN 控制器和物理总线间的接口,提供对总线的 差动发送能力和对 CAN 控制器的差动接收能力。限定的电流值保护接收器输出极, 避免阳极和阴极的短路,尽管在默认的条件下功率消耗是增加的,这个特征值将防 止发射器输出极的损坏。如果结点温度超过160℃,发送器限定的电流值输出被降 低,因为发送器被占去大部分的功率消耗,这将导致降额功耗和较低的片面温度, IC 中的其它部分在使用中将保持不变。当总线短路的时候,热保护非常的需要。 各个引脚的作用如下: 1.发送数据输入 2.接地 3.提供电压 82C250引脚图 第 8 页 共 24 页 中北大学 4.接收数据输出 5.参考电压输出 6.低电平 CNA 电压输出/输入 7.高电平 CNA 电压输出/输入 8.Slope 电阻输入 届毕业设计说明书 PCA82C250 内部构造 3.1.2 单片机设计 本次设计选用 AT89S51 型号的单片机。AT89S51 是一个低功耗,高性能 CMOS 8 位单片机,片内含 8k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写 1000 次 的 Flash 只读程序存储器,器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术制造, 兼容标准 MCS-51 指令系统及 80C51 引脚结构,芯片内集成了通用 8 位中央处理器 和 ISP Flash 存储单元,功能强大的微型计算机的 AT89S51 可为许多嵌入式控制应 用系统供给高性价比的解决方案。 AT89S51 具有如下特点:40 个引脚,8k Bytes Flash 片内程序存储器,128 bytes 的随机存取数据存储器(RAM),32 个外部双向输入/输出(I/O)口,5 个中断优先 级 2 层中断嵌套中断,2 个 16 位可编程定时计数器,2 个全双工串行通信口,看门 第 9 页 共 24 页 中北大学 届毕业设计说明书 狗(WDT)电路,片内时钟振荡器。 此外,AT89S51 设计和配置了振荡频率可为 0Hz 并可通过软件设置省电模式。 空闲模式下,CPU 暂停工作,而 RAM 定时计数器,串行口,外中断系统可继续工作, 掉电模式冻结振荡器而保存 RAM 的数据,停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件 复位。同时该芯片还具有 PDIP、TQFP 和 PLCC 等三种封装形式,以适应不一样产品 的需求。 总之,AT89S51单片机的优势是性能强大,易于学习,价格低廉。 AT89S51与 AT89C51相比,外型管脚完全相同,AT89C51的 HEX 程序无须任何转 换可直接在 AT89S51运行,结果一样。AT89S51比 AT89C51新增了一些功能,支持在 线编程和看们狗是其中主要特点。 它们之间主要区别在于以下几点: 1.引脚功能:管脚几乎相同,变化的有,在 AT89S51中 P1.5,P1.6,P1.7具有第 二功能,即这3个引脚的第二功能组成了串行 ISP 编程的接口。 2.编程功能:AT89C51仅支持并行编程,而 AT89S51不但支持并行编程还支 持 ISP 再线编程。在编程电压方面,AT89C51的编程电压除正常工作的5V 外,另 Vpp 需要12V,而 AT89S51仅仅需要4-5V 即可。 3.烧写次数更高:AT89S51标称烧写次数是1000次,实为1000-10000次,这样 更有利开始学习者反复烧写,降低学习成本。 4.工作频率更高:AT89C51极限工作频率是24MHZ,而 AT89S51最高工作频率是 33MHZ,(AT89S51芯片有两中型号,支持最高工作频率分别为24MHZ 和33MHZ)从而具 有更快的计算速度。 5.电源范围更宽:AT89S51工作电压范围,达4-5.5V,而 AT89C51在底于4.8V 和高于5.3V 的时侯则无法正常工作。 6. 抗 干 扰 性 更强 :AT89S51 内 部 集 成看 门 狗 计 时 器 (Watchdog Timer), 而 AT89C51需外接看门狗计时器电路,或者用单片机内部定时器构成软件看门狗来实 现软件抗干扰。 第 10 页 共 24 页 中北大学 届毕业设计说明书 AT89S51 的引脚图 各引脚的功能: VCC:电源电压输入端。 GND:电源地。 P0口:P0口为一个8位漏级开路双向 I/O 口,每脚可吸收8TTL 门电流。当 P1口 的管脚第一次写1时,被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器,它可 以被定义为数据/地址的低八位。在 FIASH 编程时,P0 口作为原码输入口,当 FIASH 进行校验时,P0输出原码,此时 P0外部必须被拉高。 P1口:P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向 I/O 口,P1口缓冲器能接收输出 4TTL 门电流。P1口管脚写入1后,被内部上拉为高,可用作输入,P1口被外部下拉 为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。在 FLASH 编程和校验时,P1 口作为第八位地址接收。 P2口:P2口为一个内部上拉电阻的8位双向 I/O 口,P2口缓冲器可接收,输出4 个 TTL 门电流,当 P2口被写“1”时,其管脚被内部上拉电阻拉高,且作为输入。 并因此作为输入时,P2口的管脚被外部拉低,将输出电流。这是由于内部上拉的缘 故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时,P2口输出 地址的高八位。在给出地址“1”时,它利用内部上拉优势,当对外部八位地址数 据存储器进行读写时,P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在 FLASH 编程和校 验时接收高八位地址信号和控制信号。 第 11 页 共 24 页 中北大学 届毕业设计说明书 P3口:P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向 I/O 口,可接收输出4个 TTL 门电 流。当 P3口写入“1”后,它们被内部上拉为高电平,并用作输入。作为输入,由 于外部下拉为低电平,P3口将输出电流(ILL)这是由于上拉的缘故。P3口除了作 为普通 I/O 口,还有第二功能: P3.0 RXD(串行输入口) P3.1 TXD(串行输出口) P3.2 /INT0(外部中断0) P3.3 /INT1(外部中断1) P3.4 T0(T0定时器的外部计数输入) P3.5 T1(T1定时器的外部计数输入) P3.6 /WR(外部数据存储器的写选通) P3.7 /RD(外部数据存储器的读选通) P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 I/O 口作为输入口时有两种工作方式,即所谓的读端口与读引脚。读端口时实 际上并不从外部读入数据,而是把端口锁存器的内容读入到内部总线,经过某种运 算或变换后再写回到端口锁存器。只有读端口时才真正地把外部的数据读入到内部 总线口作为输入时都是准双向口。除了 P1口外 P0、P2、 P3口都还有其他的功能。 RST:复位输入端,高电平有效。当振荡器复位器件时,要保持 RST 脚两个机 器周期的高电平时间。 ALE/PROG:地址锁存允许/编程脉冲信号端。当访问外部存储器时,地址锁存 允许的输出电平用于锁存地址的低位字节。在 FLASH 编程期间,此引脚用于输入编 程脉冲。在平时,ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号,此频率为振荡器频率 的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是:每当 用作外部数据存储器时,将跳过一个 ALE 脉冲。如想禁止 ALE 的输出可在 SFR8EH 地址上置0。此时, ALE 只有在执行 MOVX,MOVC 指令时 ALE 才起作用。另外,该 引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态 ALE 禁止,置位无效。 PSEN:外部程序存储器的选通信号,低电平有效。在由外部程序存储器取指期 间,每个机器周期两次/PSEN 有效。但在访问外部数据存储器时,这两次有效的/PSEN 第 12 页 共 24 页 信号将不出现。 中北大学 届毕业设计说明书 EA/VPP:外部程序存储器访问允许。当/EA 保持低电平时,则在此期间外部程 序存储器(0000H-FFFFH),不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时,/EA 将内部锁定为 RESET;当/EA 端保持高电平时,此间内部程序存储器。在 FLASH 编 程期间,此引脚也用于施加12V 编程电源(VPP)。 XTAL1:片内振荡器反相放大器和时钟发生器的输入端。 XTAL2:片内振荡器反相放大器的输出端。 3.1.3 RS232通信的硬件设计 RS232串口通信与 CAN 通信是两种不同的传输方式,无论是数据的传输方式还 是逻辑电平的电压表示都是不同的,本设计完成 RS232接口与 CAN 总线协议之间的 转换,以及数据的双向传输。 RS232接口端信号经过 RS232电平转换成 TTL 电平, 直接输入到单片机的通用同步/异步串行接口,单片机控制 CAN 控制器(SJA1000) 读出有效的数据通过 CAN 收发器(82C250)发送到 CAN 总线用正负电压来表示逻辑状态,与 TTL 以高低电平表示逻辑状态的规定不 同。因此,为了能够同计算机接口或终端的 TTL 器件连接,必须在 RS232接口与 TTL 电路之间进行电平和逻辑关系的变换。MAX232芯片可完成 RS232电平的双向转换。 MAX232是市面上最为常见的 RS232芯片,亦是用量最大的 RS232芯片,性价比 高,优质,供货稳定是大部分厂家采用它的主要原因。 MAX232A 应用于电池供电 RS-232系统,接口转换,低功耗调制解调器,多点 RS-232网络,便携式计算机等。 它的引脚图如下: 第 13 页 共 24 页 中北大学 届毕业设计说明书 MAX232A 的引脚图 MAX232A 由三部分组成:第一部分是电荷泵电路。由 1、2、3、4、5、6 脚和 4 只电容构成。功能是产生+12v 和-12v 两个电源,提供给 RS-232 串口电平的需要。 第二部分是数据转换通道。由 7、8、9、10、11、12、13、14 脚构成两个数据通道。 其中 13 脚(R1IN)、12 脚(R1OUT)、11 脚(T1IN)、14 脚(T1OUT)为第一数 据通道。8 脚(R2IN)、9 脚(R2OUT)、10 脚(T2IN)、7 脚(T2OUT)为第二数 据通道。TTL/CMOS 数据从 T1IN、T2IN 输入转换成 RS-232 数据从 T1OUT、T2OUT 送 到电脑 DP9 插头;DP9 插头的 RS-232 数据从 R1IN、R2IN 输入转换成 TTL/CMOS 数 据后从 R1OUT、R2OUT 输出。第三部分是供电。15 脚 DNG、16 脚 VCC(+5v)。 DB9 引脚图 RS232 (DB9)引脚定义 1 :DCD :载波检测。主要用于 Modem 通知计算机其处于在线状态,即 Modem 检测 到拨号音,处于在线 :RXD:此引脚用于接收外部设备送来的数据;在你使用 Modem 时,你会发现 RXD 指示灯在闪烁,说明 RXD 引脚上有数据进入。 3 :TXD:此引脚将计算机的数据发送给外部设备;在你使用 Modem 时,你会发现 TXD 指示灯在闪烁,说明计算机正在通过 TXD 引脚发送数据。 4 :DTR:数据终端就绪;当此引脚高电平时,通知 Modem 可以进行数据传输,计算 机已经准备好。 5 :GND:信号地。 6 :DSR:数据设备就绪;此引脚高电平时,通知计算机 Modem 已经准备好,可以进 行数据通讯了。 7 :RTS:请求发送;此脚由计算机来控制,用以通知 Modem 马上传送数据至计算机; 第 14 页 共 24 页 中北大学 届毕业设计说明书 否则,Modem 将收到的数据暂时放入缓冲区中。 8 :CTS: 清除发送;此脚由 Modem 控制,用以通知计算机将欲传的数据送至 Modem。 9 :RI : Modem 通知计算机有呼叫进来,是否接听呼叫由计算机决定 3.2 主要单元电路设计 CAN 总线 CAN 总线控制器电路设计 CAN 总线uf 容 C N G 电 45 耦 4.7KR4.7KR D N 去 VCC G f 路 u 7 0 旁 1C ff pp 45 22 2C2C 2 16MHZ Y RSTTX0RX1RX0 12 VCCVCC 0123478902 路 321 DDD RST TX0TX1RX0RX1 DDD 电 VVV MODE XTAL1XTAL2 器 制 控 67012345 R 线 DDDDDDDD SD AAALE/ASCRWCLKOUTVss1VSS3INTVSS2AAAAAA 2 USJA1000 总 12345678 561345678 112222222 can S D 01234567 C N R DDDDDDDD D G AAAAAAAARWALEINT 89S51 单片机的电路图 3.2.4 RS232 通信电路设计 第 16 页 共 24 页 3.2.3 单片机电路设计 CAN 总线R 路 D 电 N G 口 5678 接 s R 线 Vref CANL CANH 总 D N can TXDGVCCRXD 3 UPCA82C250 1234 KK 23 00 1R1R VCCVCC TX0RX0 8 C 0.1uf D N VCC G 中北大学 届毕业设计说明书 中北大学 届毕业设计说明书 3.3 其他系统硬件 3.3.1 电磁锁 磁力锁(或称电磁锁)的设计和电磁铁一样,是利用电生磁的原理,当电流通过 硅钢片时,电磁锁会产生强大的吸力紧紧的吸住吸附铁板达到锁门的效果。只要小 小的电流电磁锁就会产生莫大的磁力,控制电磁锁电源的门禁系统识别人员正确后 即断电,电磁锁失去吸力即可开门。因为电磁锁没有复杂的机械结构以及锁舌的构 造,适用在逃生门或是消防门的通路控制。其内部用灌注环氧树酯保护锁体。 目前电磁锁的吸力强度以 LB 表示(磅),测试的方法是静态加压。所谓静态加 压就是电磁锁通电后慢慢地逐渐增加对吸附铁板的拉力,当超出电磁锁的吸力时瞬 间拉开吸附铁板,此ㄧ拉力的数据就是电磁锁的拉力值。而且电磁锁与吸附铁板的 作用力必须是面对面而且是直线加压,如此电磁锁的吸力才是最大。吸附铁板因为 长时间受电磁铁的磁力感应有可能被短暂磁化。 本次设计选择 CD-280 电磁锁,该产品特点为:280kg(600Lbs)静态直线拉力,内 置反向电流防护装置,适用于木门、玻璃门、金属门、防火门,防残磁设计,选用 进口纯铁材料,铝外壳采用高强度合金材料,阳极硬化处理,磁力锁无机械故障, 完全采用电磁吸力工作,加大电磁吸力、专业设计、双重锁体绝缘处理。 3.3.1 蜂鸣器 1.蜂鸣器的作用 蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器,采用直流电压供电, 广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、 定时器等电子产品中作发声器件。 2.蜂鸣器的分类 蜂鸣器主要分为有源蜂鸣器和无源蜂鸣器两种类型。本设计选 择有源蜂鸣器。它只要一通电就会叫,用来提醒乘客到站。 3.蜂鸣器的电路图形符号 蜂鸣器在电路中用字母“H”或“HA”(旧标准用“FM”、 “LB”、“JD”等)表示。 4.蜂鸣器的结构原理 ① 压电式蜂鸣器 压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及 共鸣箱、外壳等组成。有的压电式蜂鸣器外壳上还装有发光二极管。 第 17 页 共 24 页 中北大学 届毕业设计说明书 多谐振荡器由晶体管或集成电路构成。当接通电源后(1.5~15V 直流工作电压), 多谐振荡器起振,输出 1.5~2.5kHZ 的音频信号,阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发声。 压电蜂鸣片由锆钛酸铅或铌镁酸铅压电陶瓷材料制成。在陶瓷片的两面镀上银 电极,经极化和老化处理后,再与黄铜片或不锈钢片粘在一起。 ② 电磁式蜂鸣器 电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等 组成。接通电源后,振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈,使电磁线圈产生磁 场。振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下,周期性地振动发声。 TMB12A05 是有源电磁式蜂鸣器 3.3.3 LED 灯 本次设计选用 APT AD16-22D/S AC220V 型号的灯 4 软件设计 系统软件采用广泛流行的汇编语言编写,它的优点:1、因为用汇编语言设计 的程序最终被转换成机器指令,故能够保持机器语言的一致性,直接、简捷,并能 象机器指令一样访问、控制计算机的各种硬件设备,如磁盘、存储器、CPU、I/O 端口等。使用汇编语言,可以访问所有能够被访问的软、硬件资源。 2、目标代码简短,占用内存少,执行速度快,是高效的程序设计语言,经常 与高级语言配合使用,以改善程序的执行速度和效率,弥补高级语言在硬件控制方 面的不足,应用十分广泛。 本设计程序主要包括:串口初始化程序、SJA1000 初始化程序、单片机接收 CAN 数据子程序、单片机发送 CAN 数据程序等等。程序流程图如图 3 所示。 4.1 主程序设计 各种框图: 4.2 CAN 总线初始化设计 初始化程序主要通过对 CAN 控制器控制段中的寄存器写入控制器,从而确定 CAN 控制器的工作方式等。有 3 种方式进入初始化程序:一是上电复位,二是硬件 复位,三是软件复位,即运行期间通过给 CAN 控制器发一个复位请求,置复位请求 第 18 页 共 24 页 中北大学 届毕业设计说明书 为 1.在复位期间,必须初始化的寄存器有:MR 模式寄存器,CDR 时分寄存器,ACR 接收代码寄存器,AMR 屏蔽寄存器,BTR 总线定时寄存器及 OCR 输出控制寄存器等。 需要注意的是,这些寄存器仅能在复位期间访问。因此,在对这些寄存器初始化前, 必须确保系统进入了复位状态。在完成 SJA1000 初始化的初始化设置以后,SJA1000 就可以回到工作状态,进行正常的通信任务。 4.3 发送程序设计 发送程序负责节点报文的发送,发送程序分发送数据帧和远程帧两种,两种程 序基本相同,只是远程帧无数据域。发送过程可由CAN控制段的查询状态标志位控 制。通过查询CAN控制器的状态寄存器,得到发送缓冲器的状态,当发送缓冲器可 以被访问时,微处理器将要发送的数据从其数据存储区中取出,与主机的ID地址一 起组成信息帧,按CAN报文结构发送到发送缓冲器中,并置位发送请求位,启动发 送命令,最后由硬件完成数据的发送(郑勇芸等,2004)。发送的标识码ID需做一些 运算,使报文能通过接收节点验收滤波器的测试,CAN发送程序流程图如图4所示。 第 19 页 共 24 页 中北大学 届毕业设计说明书 4.4 接收程序设计 SJA1000的报文接收可采用中断接收方式或查询接收方式。在通讯实时性要求 不高的情况下可以用查询方式接收,两种接收方式编程的思路基本相同。本程序采 用查询接收方式。CPU在检测到接收缓冲器中存在有效报文后,如接收到的是数据 帧,则将接收缓冲器中的内容读人CPU的数据存储区,并将接收到的数据通过串口 在Pc机串口调试助手上显示出来;如接收到的是远程请求帧,则调用发送程序,发 送对方请求的数据(宋清昆,2009)。接收程序流程图如图5所示。 第 20 页 共 24 页 中北大学 届毕业设计说明书 5 系统调试 本次设计使用现场调试的方法,在完成系统的硬件,程序设计和硬件组装后, 进入到调试阶段。调试的目的是要查处用户系统中硬件设计与软件设计中存在的错 误,以便修改设计,最终系统能够正确。可靠地工作。 5.1 硬件调试 使用万用表检测芯片的各个引脚是否连接正常, 5.1 软件调试 程序设计完成后,现在设计环境进行模拟调试,从设计的角度来分析和测试软 件的正确性,然后再联机进行调试,最后才应用到具体的应用系统中进行系统调试。 我选用的软件是 WAVE6000。 6 结论 第 21 页 共 24 页 中北大学 届毕业设计说明书 本文详细地给出了基于单片机实现CAN总线通信的软硬件的设计,同时在节点 设计中加入了基于RS.232总线的数据通信功能。设计中程序都已经通过调试,调 试结果证实了该方案的实用性和可靠性。CAN总线是一种功能强大、应用广泛的现 场总线,它的优异性能使得其越来越受到关注,被认为是最有前途的现场总线 页 中北大学 届毕业设计说明书 参考文献 [1] 王黎明,夏立,邵英,等.CAN 现场总线系统的设计与应用[M]. 北京:电 子工业出版社,2008. 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