基于87C552的煤矿水源井无线监控系统的设计

　　0.引言

　　众所周知，大多数煤矿都远离城市，其供水系统都是自给自足，水源为地表水。 一般每个矿井要设置 10—16 个水源井， 每个水井相距300—500m 左右。 以前的控制方案基本上都是采用继电器控制、现场操作、电话调度，并设有专人负责，这与现代化矿井的要求是不相符的。针对这一具体情况，本文提出一种基于 87C552 单片机构成监控分站、基于无线电台传输数据的方案，该方案对水源井各项参数进行采集、处理，并将采集到的数据传送到监控基站，从而实现了水源井参数的实时监控，保证了生活、生产用水的正常供应，达到了安全生产的目的。

　　1.系统概述

　　由于水源井地理位置分散，因此整个系统为分布式集中控制。 整个系统由多个监控分站、无线数传电台和基站组成，系统基本结构如图 1 所示。

　　水源井监控分站采集水泵电机的电流、电压、水井水位、水泵出口流量、压力、水泵电机的开停等数据，除了在本地处理、显示和存储以外，还要响应基站要求，将数据由无线电台发送至基站;基站端通过VB 编写的监控软件将数据还原、 显示并按时间顺序存储到由 Access构建的数据库中;同时还可以通过基站向指定的监控分站发送设置参数命令及各种控制命令。

　　2.监控分站的硬件设计

　　监控分站主要负责对水源井各参数的检测，其处理核心采用的是Philips 公司的 87C552 单片机。 监控分站的结构如图 2 所示。

　　87C552 单片机具有与 MCS—51 兼容的微控制器内核 ， 并与MCS—51 的指令集完全兼容。 除了具有 MCS—51 的数字功能部件外，还具有以下功能：

　　2.1 集成了看门狗定时器、8 路 10 位逐次比较型 ADC。

　　2.2 集成了2 路 PWM、串行 I2C 总线接口。

　　2.3 增加了具有捕捉和比较功能的 16 位定时器 T2 和 8 位监视定时器 T3。

　　2.4 中断源增加为 15 个。

　　87C552 单片机的 8 路 10 位 A/D 转换分别对开停信号和水泵电机的电流、电压等传感器输出的模拟信号进行转换，其中开停信号属于三态信号，即传感器输出 0～5～10mA 的电流信号，分别代表断线、停止、开启三种状态。 每个 A/D 转换通道所采集的信号既可以是水泵电机的电参数、也可以是开停信号、压力、流量等传感器的输出信号。 这一功能只需要通过更改上位机的软件设定和改变下位机的接线即可实现。 传感器信号预处理电路的原理图如图 3 所示。

　　图 3 中，运算放大器采用 LM324，它支持单电源供电，传感器输出信号从 IN1 输入，经过相应的接线后进入电压跟随器(开停信号接 A，电流信号接 C，电压信号接 B)，实现阻抗变换，之后进行放大，其中运放 U3A 起到了电压补偿和调零的作用， 经过放大的电压通过电位计调节送入到 A/D 转换通道。监控分站的其他部分， 如开关量输出主要用于开关水泵电机;显示电路用于轮回显示电机电流、电压等采集到的相关参数;报警电路用于超限报警; 扩展的 E2PROM 用来存放设定信息及各参数的基准值;拨码开关用于分站地址的设定。