基于S52单片机模块胶带机故障监测仪的设计与实现

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摘要：介绍了胶带故障检测仪与现场安装的磁性接近开关单元构成任意长度传送胶带的监测系统。阐述了故障检测
. `  C& ^( I: p" \: R8 v仪的硬件电路设计、工作原理以及利用A髓9S52微型单片机实现故障点监测功能；利用监测仪可大大提高传送胶带系统
$ I. V: w9 p; p) F* w# v- m% ], ?的安全性和可靠性，大幅度降低人员维护成本，使胶带机的故障维修便捷、快速、彻底。
0引言
传送胶带机广泛应用在矿山、冶金、食品加工、电力等各个
部门，构成传送系统多种多样，长度从几m，到几km，出现故障
不易发现、判断和及时消除。胶带机故障监测仪可以与现场安
装的磁性接近开关单元构成任意长度传送胶带的进行监测和
故障判断，与PLC、DCS构成的监测系统相比，它具有成本低、维
修便利且使用方便等特点。
, d6 r! `+ ^# W: B% k1仪表的总体设计和功能
工业自动化系统基本上是采用带有标准电流电压模拟信
* K0 D8 V8 c$ a* Y9 P: Q号或者标准的RS一485接口通讯的仪表进行检测和控制的。
传送胶带监测系统的总体设计原则是现场安装的众多磁性接
' K" X0 F2 E% P% u( ]& u4 p近开关单元通过RS一485通讯方式与胶带机故障监测仪进行
, h2 d* q& o# o% P# H通讯，监测仪通过传输的数据判断传输带的当前状态，出现故
障时进行声光报警与故障类型提示。监测仪最多可以配接256
0 `! c- W$ |2 ^  z个磁性接近开关单元，以此解决长度较大的传输系统的监测。
同时内置锂电供电的时间电路，断电后时钟继续工作，时间长
期准确，5 a免更换电池并可调校。特制故障记录查询功能，根
1 |, ]- R/ G; e4 A4 u据存储芯片容量可对最近几十起故障地址、位号、故障状态、故
障发生时间进行查询。此外，内置蜂鸣器，在故障发生时，立刻
实现声光报警。
2电路组成及原理设计
/ Q( j4 g' u  @3 V4 e监测仪硬件电路模块化组成，结构简单，包括A髓9S52单
: e8 t' D. c* w% [4 X0 R片机模块、胶带机声光显示模块、RS一485通讯模块、DSl302时
钟模块、X5045复位监视模块、8路隔离继电器以及电源模块。
2．1 A嘞S52单片机
采用CHMOS工艺及高密度、非易失存储技术制造，与
80C51／C52引脚和指令系统完全兼容，其内部所含功能部件如
9 S- B$ i3 p$ ?  m# B: {5 F下：1个8位CPU，1个片内振荡器及时钟电路，3个16位定时／
计数器，21个特殊功能寄存器，4个8位并行I／O口，共32条可
编程I／0端线，1个可编程全双工串行口，8个中断源。A髓9S52
4 C- m' f, N& R单片机的性价比高于80C51系列的单片机。
A髓9S52单片机只有32个I／O口，由于监测仪的功能较
( H3 i, ]2 v) c" V7 t  i多，口线资源紧张。
利用A髓9s52单片机内置看门狗电路；使用芯片CD4094进
行3—8扩展，但由于4094驱动能力不足后挂74HC241进行驱
) X: G# @9 u( h% e+ Y/ F) H动；采用X5045芯片替代传统的93C56，利用其内部的上电复
位、低电压复位控制、可编程看门狗定时器。
0 p0 l' p+ c; x4 e4 G2．2胶带机声光显示模块
显示方式采用5位数字显示，前2位显示故障胶带机编号，
后3位显示故障开关地址号；8个圣10发光块对应指示8种故
6 h- H) _1 c6 i6 M; {障报警状态；内置蜂鸣器，故障状态下，声光报警，数码管显示
报警开关地址，多路报警时，循环显示报警开关地址；此外，有3
6 _3 S( k- @) W# q( r8 h0 e个状态指示灯，分别对应指示仪表设置、定点和查询状态。
  ~, @0 V! a& `2 p4 G8 h; D2．3 RS一485通讯模块
  _; Y4 a) ]1 R, [) [, [, c3 `由于基于差分信号传输的RS一485总线本身具有抗干扰
能力强等特点，磁性开关采用RS一485的通讯方式与胶带机故
障监测仪进行远距离的通讯。电路采用了两路隔离电源供电，
并在单片机与RS一485通讯电路之间采用了高速光电耦合进
行隔离，从而进一步提高了整个通讯模块系统的抗干扰能力。
, p% N# n( _9 o+ ?6 TA嘞S52单片机串口通过芯片MAXl483与RS一485接口进行电
( B" {2 H& {) B乎转换。图1为RS一485接口原理图。
7 l% ]6 u! y3 y, d! M5 m采用标准Modbus通讯协议，内容包括子站编号、开关故障
& N* s8 `' g; j6 `% H* x0 X- v等级、类型；类型分为拉绳、跑偏、打滑等8类故障状态。
) |' U2 e! @; V2 B% W7 A由于传送胶带机传输距离长，为了降低维护量，提高维修
效率，要求监测点数越多越好。RS一485有效传输距离较远，但
对于使用还是有限制。
( E  H# a% C6 C8 W选用通讯芯片MAXl483，最多可配接256点通讯，驱动能力
强；通过在通讯终端添加匹配电阻RS一485有效传输可达到
- z5 f! w! B5 @, i8 q1 000 m，高于1 000 m的通讯传输添加通讯中继器。
2．4 DSl302时钟模块
% ~) Q8 ^' }1 Z为了方便故障信息的存储与查询，系统需要一个内部时
* _: E) Z: k( c. z) T钟。理论上可以使用89S52内部时钟来实现，而且由于使用
- C; }, W# N. G: @11．059 2 MHz的晶振，时钟是很准确的。但是有断电无法继续，
每次上电需要重新设定时间日期。所以时钟模块的难点就在
2 C7 R$ I' a: g" T9 r于时间芯片的选取和应用。
DSl302芯片用于有时间要求的数据记录，特别是对某些具
有特殊意义的数据点的记录上，能实现数据与出现该数据的时
; M% D! u- m& K3 A- {/ t间同时记录。这种记录对长时间的连续测控系统结果的分析
' @% K9 \' P  c$ K  T' i, ^以及对异常数据出现的原因的查找有重要意义。
DSl302[1]是一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟芯片，
它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，且具有闰年补偿
/ x" s0 X% S- V. k% M1 K功能，工作电压宽达2．5—5．5 v．采用三线接口与CPU进行同
3 e+ P8 X* G& _: k) V" z步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或
# l/ \8 x7 ~1 o) c. X: t: }& IRAM数据。DSl302内部有一个31 X 8的用于临时性存放数据
的RAM寄存器。DSl302是DSl202的升级产品，与DSl202兼
容，但增加了主电源／后背电源双电源引脚，同时提供了对后背
电源进行涓细电流充电的能力。
% F9 h4 Y) r1 O; B; E( w$ _: z采用DSl302作为记录测控系统中的数据记录，其软硬件
( q& p& Z2 ]6 {设计简单，时间记录准确，既避免了连续记录的大工作量，又避
8 R- l* q8 Q4 v" e9 ~3 J: V3 F免了定时记录的盲目性，给连续长时间的测量、控制系统的正
$ u6 {: i* i) M, a- ?9 B常运行及检查都来了很大的方便，可广泛应用于长时间连续的
测控系统中。
2．5 X5045复位监视模块
X5045芯片具有上电复位、低电压复位控制、可编程看门狗
定时器、4 Kbit 3一WIRE接口非易失性EEPROM，且仅有8个引
! ]# Y! Z8 `8 j* p$ s2 k脚的封装。
4 ?8 _" D: v/ u1 C( ^9 d当系统上电时，X5045的上电复位电路使得RESEll引脚保
# i$ K$ Q. D9 ^& V4 K0 l
( Y0 ?! a+ C: y附件下载：
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可以用单片机485接口通信

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