專利名稱：一種基于c8051f040的礦用通信分站的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種煤礦井下電氣設備故障診斷和預警系統(tǒng)數(shù)據(jù)集中轉(zhuǎn)發(fā)的通信分站，特別是一種適用于煤礦井下故障檢測設備分布距離遠且大量實時數(shù)據(jù)需要上傳的通信分站。
背景技術：
煤礦中使用的各種設備在出現(xiàn)故障之前，可以通過對其特征量的分析來推測出設備當前的狀態(tài)，并可根據(jù)該狀態(tài)和經(jīng)驗預測出可能出現(xiàn)的故障。因此，在設備運行中對其各種特征量進行檢測、記錄，并根據(jù)檢測量進行數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)分析，對設備的故障做出預警， 將有助于及時消除安全隱患，減少突發(fā)事故的發(fā)生，從而減少傷亡，提高生產(chǎn)率。礦井安全預警系統(tǒng)中檢測到每臺設備的運行狀態(tài)，經(jīng)過特征量提取之后，需要將特征量傳送到地面的監(jiān)控中心數(shù)據(jù)庫，為設備的故障預警提供依據(jù)。然而，煤礦井下的設備較多、布置分散、傳輸距離遠且需要上傳的數(shù)據(jù)量大，而現(xiàn)有的通信裝置中，沒有一種通信裝置可以滿足礦井安全預警系統(tǒng)對數(shù)據(jù)集中轉(zhuǎn)發(fā)的需要。例如名稱為一種基于AT91M40800 的多串口總線系統(tǒng)(中國專利申請?zhí)?00710062519. 2)的發(fā)明專利，通過擴展RS-485總線接口、CAN總線接口和以太網(wǎng)接口，使第三方設備能夠在接口類型和協(xié)議種類不同的情況下，通過協(xié)議轉(zhuǎn)換接入現(xiàn)有網(wǎng)絡。但是該系統(tǒng)僅僅實現(xiàn)了通信接口協(xié)議轉(zhuǎn)換，是一種協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置，不能用作數(shù)據(jù)集中轉(zhuǎn)發(fā)的通信分站，也就無法解決煤礦井下設備較多、布置分散、 傳輸距離遠且需要上傳的數(shù)據(jù)量大等難題。山東大學的張鵬于2008年5月發(fā)表的碩士學位論文“智能井下分站的研究與實現(xiàn)”，介紹了一種礦用智能分站裝置，該裝置擴展了 RS-485 接口和以太網(wǎng)接口，能完成對接口為RS-485的檢測設備的數(shù)據(jù)采集任務，但是RS-485接口通信距離短，不能解決煤礦井下通信距離遠的難題。武漢理工大學的余翔于2007年4月發(fā)表的碩士學位論文“煤礦礦井嵌入式數(shù)據(jù)采集分站的研究與實現(xiàn)”，介紹了一種煤礦礦井數(shù)據(jù)采集分站裝置，該裝置擴展了 CAN接口和以太網(wǎng)接口，能完成對接口為CAN的檢測設備的數(shù)據(jù)采集任務，但是由于該裝置不兼容RS-485總線接口，接口類型為R-485的檢測設備無法與該裝置進行通信。綜上所述，現(xiàn)有的礦用通信分站裝置，不能解決礦井安全預警系統(tǒng)中故障檢測設備分布距離遠且大量實時數(shù)據(jù)需要上傳的難題。因此，研制一種兼容多種現(xiàn)場總線形式、 組網(wǎng)靈活、通信距離遠的通信分站裝置對礦井安全預警系統(tǒng)通信網(wǎng)絡的構(gòu)建具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是為克服上述已有技術的不足，提供一種可實現(xiàn)煤礦井下監(jiān)測監(jiān)控、 故障診斷和預警系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)集中上傳的一種基于C8051F040的礦用通信分站。本發(fā)明包括微控制器單元、以太網(wǎng)接口單元、CAN總線接口單元、RS-485總線接口單元、鍵盤與液晶顯示單元和RS-485信號調(diào)制解調(diào)單元。
微控制器單元包括單片機(MCUl) ,32k外部RAM(Ul)、JTAG接口(Jl)。單片機 (MCUl)為C8051F040單片機，Silicon Laboratories公司生產(chǎn)的完全集成的混合信號系統(tǒng)級芯片，3 外部RAM(Ul)采用ISSI公司的高速低功耗芯片IS62LV256AL。單片機(MCUl) 的地址總線A0-A14與外部RAM(Ul)的地址總線A0-A14連接，單片機(MCUl)的地址總線 A15與外部RAM(Ul)的片選線/CE連接，單片機(MCUl)的I/O 口 P7. 0-P7. 7與外部RAM(Ul) 的D0-D7連接。JTAG接口(Jl)是用于程序下載和調(diào)試的接口，JTAG接口(Jl)與單片機 (MCUl)上的四個專用引腳TCK、TMS、TDI和TDO連接，通過JTAG接口(Jl)可以實現(xiàn)對單片機(MCUl)內(nèi)部FLASH程序存儲器在線編程。微控制器單元是整個通信分站的中央處理器， 控制通信分站工作流程，對數(shù)據(jù)進行收發(fā)操作。以太網(wǎng)接口單元包括以太網(wǎng)控制器(U11)CP2200和集成RJ45網(wǎng)絡接口(JPl)；以太網(wǎng)控制器(Ull)CP2200是Silicon Laboratories公司生產(chǎn)的單芯片以太網(wǎng)控制器；集成RJ45網(wǎng)絡接口(JPl)為標準以太網(wǎng)通信接口 ；以太網(wǎng)控制器(U11)CP2200的地址總線 A0-A7與C8051F040單片機(MCUl)的地址總線A0-A7連接，C8051F040單片機(MCUl)的地址總線A15經(jīng)過反相器U28與以太網(wǎng)控制器(U11)CP2200的片選端/CS連接，以太網(wǎng)控制器(U11)CP2200的數(shù)據(jù)總線D0-D7與C8051F040單片機(MCUl)的數(shù)據(jù)總線D0-D7連接。以太網(wǎng)控制器(U11)CP2200通過串行總線TX+、TX-、RX+和RX-與集成RJ45網(wǎng)絡接口 (JPl) 連接。以太網(wǎng)接口單元是通信分站接入以太環(huán)網(wǎng)與地面監(jiān)控中心的通信接口。CAN總線接口單元包括兩組光電耦合器(U12/U13)TLP521、CAN控制器和CAN總線驅(qū)動器(U14)PCA82C250。CAN控制器為C8051F040單片機(MCUl)內(nèi)部集成的BOSCH CAN 控制器，CAN總線驅(qū)動器(U 14)為PCA82C250。C8051F040單片機(MCUl)內(nèi)部CAN控制器的串行通信總線CANTX和CANRX連接至光電耦合器(U12/U13)TLP521的一側(cè)，光電耦合器 (U12/U13)TLP521 的另一側(cè)與 CAN 總線驅(qū)動器(U14)PCA82C250 的 TXD 和 RXD 連接。CAN 總線接口單元是通信分站與井下具有CAN總線接口設備的通信接口。RS-485總線接口單元包括三組光電耦合器(U15/U16U17) TLP521和RS-485總線驅(qū)動器(U18)MAX487。單片機(MCUl)的串行通信總線TXO和RXO經(jīng)過光電耦合器(U15/U17) TLP521隔離后與RS-485總線驅(qū)動器(U18)MAX487的DI和RO連接，單片機(MCUl)的1/0 口 P4. 0經(jīng)過光電耦合器(U16)TLP521隔離后與RS-485總線驅(qū)動器(U18)MAX487的EN連接。RS-485總線接口單元是通信分站與井下具有RS-485總線接口的設備通信的接口。鍵盤與液晶顯示單元包括三組光電耦合器(U7/U8/U9)TLP521、鍵盤和液晶顯示器。鍵盤共設三個獨立按鍵，功能分別為SET、UP和DOWN，其中，SET鍵(S》連接至光電耦合器(U7)TLP521的一側(cè)，光電耦合器(U7)TLP521的另一側(cè)連接至單片機(MCUl)的P2. 4和 /INTO，UP鍵(S； )連接至光電耦合器(U8)TLP521的一側(cè)，光電耦合器(U8)TLP521的另一側(cè)連接至單片機(MCUl)的P2. 5，D0WN鍵(S4)連接至光電耦合器(U9)TLP521的一側(cè)，光電耦合器(U9)TLP521的另一側(cè)連接至單片機(MCUl)的P2. 6。液晶顯示器為U8X64點陣式液晶顯示模塊U6, U6的數(shù)據(jù)總線DB0-DB8與C8051F040單片機(MCUl)的1/0 口 P3. 0-P3. 7 連接，液晶顯示模塊(U6)的控制線RS、R/W、E和RST分別與C8051F040單片機(MCUl)的 1/0 口 P2. 0、P2. 1、P2. 2和P2. 3連接。鍵盤與液晶顯示單元用于對通信分站地址、波特率、 通信等待時間和掛接設備的數(shù)據(jù)量等參數(shù)進行設定。RS-485信號調(diào)制解調(diào)單元包括RS-485總線驅(qū)動器(U31/U3》MAX487、反相器(U29) 74HC04、高速光電耦合器(U24/U25/U30) 6N137、光電耦合器(UlO) TLP521、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(U23/U26)74HC123、方波發(fā)生器(U3!3)NE555、電壓跟隨器(U27) LF353和電壓比較器 (U22)LM3110調(diào)制通道中，RS-485總線驅(qū)動器(U32)MAX487的RX經(jīng)過反相器(U29) 74HC04反相后連接到高速光電耦合器(U30)6W37的一側(cè)，高速光電耦合器(U30)6W37的另一側(cè)連接到方波發(fā)生器(U33)NE555的RST和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(U26)74HC123的1B。方波發(fā)生器(U33) NE555的輸出端OUT與RS-485總線驅(qū)動器(U31)MAX487的TX端連接。RS-485總線驅(qū)動電路 (U32)MAX487從RS-485總線上取回的信號被方波發(fā)生器(U3!3)NE555轉(zhuǎn)換成頻率為50kHz 的方波信號，當總線上為高電平時，調(diào)制電路輸出為0V，當總線上為低電平時，調(diào)制電路輸出為50kHz方波。解調(diào)通道中，電壓跟隨器(U27)LF353的輸出端IOUT連接到電壓比較器(U22) LM311的V+，電壓比較器(U22)LM311的輸出端VO連接至高速光電耦合器(似4)6附37的IN， 高速光電耦合器(似4)6附37的輸出端OUT連接至單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(U2!3)74HC123的IB端，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(U2!3)74HC123的輸出IQ與光電耦合器(U10)TLP521連接，光電耦合器(UlO) TLP521的另一側(cè)連接至反相器(U29)74HC04，反相器(U29) 74HC04的輸出連接到RS-485總線驅(qū)動器(U32)MAX487的TX。電壓比較器(U22) LM311通過檢測信號的過零點，將衰減后的信號還原為與調(diào)制時相同的50kHz的方波信號，信號經(jīng)過高速光電耦合器(U24)的轉(zhuǎn)換，再通過單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(U23)74HC123的整形，將信號中的方波信號轉(zhuǎn)換為高電平，從而將信號還原為原始通信信號。利用串行通信信號以低電平為起始的特點，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(U26)74HC123在每個字節(jié)起始的低電平時，觸發(fā)一個略大于一個字節(jié)時長的高電平信號，該信號用于控制 RS-485總線驅(qū)動器(U31/U32)MAX487發(fā)送和接收狀態(tài)的切換。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(U26) 74HC123 的兩個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是互鎖的連接方式，當一個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作在單穩(wěn)態(tài)狀態(tài)時，另一個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器被鎖定，實現(xiàn)了對調(diào)制解調(diào)電路調(diào)制和解調(diào)兩種工作狀態(tài)的自動切換。RS-485信號調(diào)制解調(diào)單元與RS-485總線接口單元連接。RS-485信號調(diào)制解調(diào)單元對通過對RS-485總線信號調(diào)制和解調(diào)能夠有效延長通信距離。本發(fā)明針對煤礦井下設備故障診斷和預警系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)通信的特殊要求，系統(tǒng)擴展了豐富的現(xiàn)場總線硬件接口以及其他硬件電路。其優(yōu)越性在于通過擴展的RS-485總線、 CAN總線和以太網(wǎng)等接口，可以使具有上述接口的設備方便地與通信分站通信。擴展的3 外部RAM用于暫存實時數(shù)據(jù)，適應了井下設備上傳數(shù)據(jù)量大的要求。擴展的以太網(wǎng)接口可使通信分站在井下很方便地接入以太環(huán)網(wǎng)。開發(fā)的RS-485信號調(diào)制解調(diào)配套裝置，增加了通信距離，取代了傳統(tǒng)通過使用中繼器延長通信距離的方式，解決了井下檢測設備之間距離遠給通信帶來的難題。本發(fā)明針對井下檢測設備種類繁多、數(shù)據(jù)格式不一致以及接口特性不統(tǒng)一等問題，采用了參數(shù)設置靈活、數(shù)據(jù)格式自動匹配和數(shù)據(jù)存儲空間自動分配的方式，方便了網(wǎng)絡的組建以及網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的修改。鍵盤與液晶顯示器相配合可以使用戶在井下對系統(tǒng)參數(shù)靈活地進行修改。通過擴展的以太網(wǎng)接口，用戶可以在上位機對通信分站參數(shù)進行遠程設置。修改的參數(shù)值均保存在FLASH存儲器中，不會因系統(tǒng)斷電而丟失。


圖1是本發(fā)明微控制器單元電路原理圖。圖2是本發(fā)明以太網(wǎng)接口單元原理圖。圖3是本發(fā)明CAN總線接口單元原理圖。圖4是本發(fā)明RS-485總線接口單元原理圖。圖5是本發(fā)明鍵盤與液晶顯示單元連接原理圖。圖6是本發(fā)明RS-485信號調(diào)制解調(diào)單元原理圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖用具體實施方式
對本發(fā)明所述的一種基于C8051F040的礦用通信分站作進一步詳細描述，本領域的普通技術人員在閱讀了本實施例后，能夠理解和實施本發(fā)明，體現(xiàn)本發(fā)明上述的優(yōu)點和效果，實現(xiàn)本發(fā)明所述目標。本發(fā)明所涉及的一種基于C8051F040的礦用通信分站裝置包含了圖1所示的微控制器單元、圖2所示的以太網(wǎng)接口單元、CAN總線接口單元和RS-485總線接口單元、圖5所示的鍵盤與液晶顯示單元和圖6所示的RS-485信號調(diào)制解調(diào)單元。微控制器單元包括C8051F040單片機、32k外部RAM(Ul) IS62LV256AL和JTAG接口(Jl)。C8051F040單片機(MCUl)為Silicon Laboratories公司生產(chǎn)的完全集成的混合信號系統(tǒng)級芯片，3 外部RAM采用ISSI公司的高速低功耗芯片IS62LV256AL。C8051F040 單片機(MCUl)的地址總線A0-A14與外部RAM(Ul) IS62LV256AL的地址總線A0-A14連接， C8051F040單片機(MCUl)的地址總線A15與外部RAM(Ul) IS62LV256AL的片選線/CE連接， C8051F040 單片機(MCUl)的 I/O 口 P7. 0-P7. 7 與外部 RAM(Ul) IS62LV256AL 的 D0-D7 連接。 JTAG接口(Jl)是用于程序下載和調(diào)試的接口，JTAG接口(Jl)與單片機(MCUl)上的四個專用引腳TCK、TMS、TDI和TDO連接，通過JTAG接口(Jl)可以實現(xiàn)對單片機(MCUl)內(nèi)部 FLASH程序存儲器在線編程。微控制器單元通過對所擴展通信接口的控制來完成對數(shù)據(jù)的接收和打包上傳等任務。以太網(wǎng)接口單元包括以太網(wǎng)控制器(U11)CP2200和集成RJ45網(wǎng)絡接口(JPl)。以太網(wǎng)控制器(Ull)CP2200是Silicon Laboratories公司生產(chǎn)的單芯片以太網(wǎng)控制器；集成RJ45網(wǎng)絡接口(JPl)為標準以太網(wǎng)通信接口。以太網(wǎng)控制器(U11)CP2200的地址總線 A0-A7與C8051F040單片機(MCUl)的地址總線A0-A7連接，C8051F040單片機(MCUl)的地址總線A15經(jīng)過反相器U28與以太網(wǎng)控制器(U11)CP2200的片選端/CS連接，以太網(wǎng)控制器(Ull) CP2200的數(shù)據(jù)總線D0-D7與C8051F040單片機(MCUl)的數(shù)據(jù)總線D0-D7連接。以太網(wǎng)控制器(U11)CP2200通過串行總線TX+、TX-、RX+和RX-與集成RJ45網(wǎng)絡接口 (JPl) 連接。以太網(wǎng)接口單元是通信分站接入以太環(huán)網(wǎng)與地面監(jiān)控中心的通信接口，上位機通過該接口修改通信分站的CAN總線和RS-485總線的通信波特率、通信等待時間、連接設備的地址和數(shù)據(jù)量等參數(shù)，還通過該接口接收通信分站上傳的數(shù)據(jù)。圖3所示的是CAN總線接口單元原理圖。CAN總線接口單元包括兩組光電耦合器 (U12/U13)TLP521、CAN 控制器和 CAN 總線驅(qū)動器(U14) PCA82C250。CAN控制器為 C8051F040 單片機(MCUl)內(nèi)部集成的BOSCH CAN控制器，CAN總線驅(qū)動器為PCA82C250。C8051F040單片機(MCUl)內(nèi)部CAN控制器的串行通信總線CANTX和CANRX連接至光電耦合器(U12/U13) TLP521的一側(cè)，光電耦合器(U12/U13)TLP521的另一側(cè)與CAN總線驅(qū)動器(U14)PCA82C250的T)(D和R)(D連接。CAN控制器運行于Peli CAN模式，針對煤礦安全預警系統(tǒng)通信數(shù)據(jù)量大的特點，自定義了應用層協(xié)議。通信分站利用CAN控制器自帶的32個消息對象，實現(xiàn)每發(fā)送一次指令后，允許設備連續(xù)返回30幀數(shù)據(jù)。消息對象1定義為發(fā)送緩存器，用來向總線上的設備發(fā)送數(shù)據(jù)請求指令；消息對象2-31定義為接收緩存器，用來接收總線上設備返回不超過30幀的數(shù)據(jù)。 RS-485總線接口單元包括三組光電耦合器(U15/U16/U17) TLP521和RS-485總線驅(qū)動器(U18)MAX487。單片機(MCUl)的串行通信總線TXO和RXO經(jīng)過光電耦合器(U15/ U17)TLP521隔離后與RS-485總線驅(qū)動器(U18)MAX487的DI和RO連接，C8051F040單片機(MCUl)的I/O 口 P4. 0經(jīng)過光電耦合器(U16)TLP521隔離后與RS-485總線驅(qū)動器(U18) MAX487的EN連接。通信分站通過RS-485總線接口與總線上的設備采用MODBUS通信協(xié)議通信，接收設備上傳的數(shù)據(jù)。圖5所示的是鍵盤和液晶顯示單元連接原理圖。鍵盤與液晶顯示單元包括三組光電耦合器(U7/U8/U9)TLP521、鍵盤和液晶顯示器。鍵盤共設三個獨立按鍵，功能分別為 SET、UP和DOWN，其中，SET鍵(S》連接至光電耦合器(U7)TLP521的一側(cè)，光電耦合器(U7) TLP521的另一側(cè)連接至單片機(MCUl)的P2. 4和/INTO，UP鍵(S3)連接至光電耦合器(U8) TLP521的一側(cè)，光電耦合器(U8)TLP521的另一側(cè)連接至單片機(MCUl)的P2. 5，DOWN鍵 (S4)連接至光電耦合器(U9)TLP521的一側(cè)，光電耦合器(U9)TLP521的另一側(cè)連接至單片機(MCUl)的P2. 6。液晶顯示器為1 X 64點陣式液晶顯示模塊TO，TO的數(shù)據(jù)總線DB0-DB8 與C8051F040單片機(MCUl)的I/O 口 P3. 0-P3. 7連接，液晶顯示模塊(U6)的控制線RS,R/ W、E 和 RST 分別與 C8051F040 單片機(MCUl)的 I/O 口 P2. 0、P2. 1、P2. 2 和 P2. 3 連接。鍵盤與液晶顯示單元用于對通信分站地址、波特率、通信等待時間和掛接設備的數(shù)據(jù)量等參數(shù)進行設定。圖6所示的是RS-485信號調(diào)制解調(diào)單元原理圖。RS-485信號調(diào)制解調(diào)單元包括RS-485總線驅(qū)動器(U31/U32)MAX487、反相器(U29) 74HC04、高速光電耦合器(U24/U25/ U30)6N137、光電耦合器(UlO) TLP521、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(U23/U26) 74HC123、方波發(fā)生器(U33) NE555、電壓跟隨器(U27)LF353和電壓比較器(U22)LM311。調(diào)制通道中，RS-485總線驅(qū)動器(U32)MAX487的RX經(jīng)過反相器(U29) 74HC04反相后連接到高速光電耦合器(U30)6W37的一側(cè)，高速光電耦合器(U30)6W37的另一側(cè)連接到方波發(fā)生器(U33)NE555的RST和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(U26)74HC123的1B。方波發(fā)生器(U33) NE555的輸出端OUT與RS-485總線驅(qū)動器(U31)MAX487的TX端連接。RS-485總線驅(qū)動電路 (U32)MAX487從RS-485總線上取回的信號被方波發(fā)生器(U3!3)NE555轉(zhuǎn)換成頻率為50kHz 的方波信號，當總線上為高電平時，調(diào)制電路輸出為0V，當總線上為低電平時，調(diào)制電路輸出為50kHz方波。解調(diào)通道中，電壓跟隨器(U27)LF353的輸出端IOUT連接到電壓比較器(U22) LM311的V+，電壓比較器(U22)LM311的輸出端VO連接至高速光電耦合器(似4)6附37的IN， 高速光電耦合器(似4)6附37的輸出端OUT連接至單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(U2!3)74HC123的IB端，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(U2!3)74HC123的輸出IQ與光電耦合器(U10)TLP521連接，光電耦合器(UlO) TLP521的另一側(cè)連接至反相器(U29)74HC04，反相器(U29) 74HC04的輸出連接到RS-485總線驅(qū)動器(U32)MAX487的TX。電壓比較器(U22) LM311通過檢測信號的過零點，將衰減后的
8信號還原為與調(diào)制時相同的50kHz的方波信號，信號經(jīng)過高速光電耦合器(U24)的轉(zhuǎn)換，再通過單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(U23)74HC123的整形，將信號中的方波信號轉(zhuǎn)換為高電平，從而將信號還原為原始通信信號。利用串行通信信號以低電平為起始的特點，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(U26)74HC123在每個字節(jié)起始的低電平時，觸發(fā)一個略大于一個字節(jié)時長的高電平信號，該信號用于控制 RS-485總線驅(qū)動器(U31/U32)MAX487發(fā)送和接收狀態(tài)的切換。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(U26) 74HC123 的兩個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是互鎖的連接方式，當一個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作在單穩(wěn)態(tài)狀態(tài)時，另一個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器被鎖定，實現(xiàn)了對調(diào)制解調(diào)電路調(diào)制和解調(diào)兩種工作狀態(tài)的自動切換。RS-485信號調(diào)制解調(diào)單元與RS-485總線接口單元連接。RS-485信號調(diào)制解調(diào)單元對通過對RS-485總線信號調(diào)制和解調(diào)能夠有效延長通信距離。
權(quán)利要求
1. 一種基于C8051F040的礦用通信分站，其特征是包括微控制器單元、以太網(wǎng)接口單元、CAN總線接口單元、RS-485總線接口單元、鍵盤與液晶顯示單元和RS-485信號調(diào)制解調(diào)單元；微控制器單元包括單片機(MCUl)、3濁外部RAM(Ul)、JTAG接口(Jl)；單片機(MCUl) 為C8051F040單片機，Silicon Laboratories公司生產(chǎn)的完全集成的混合信號系統(tǒng)級芯片；3 外部RAM(Ul)采用ISSI公司的高速低功耗芯片IS62LV256AL ；單片機(MCUl)的地址總線A0-A14與外部RAM(Ul)的地址總線A0-A14連接，單片機(MCUl)的地址總線A15與外部RAM(Ul)的片選線/CE連接，單片機(MCUl)的I/O 口 P7. 0-P7. 7與外部RAM(Ul)的 D0-D7連接JTAG接口 (Jl)與單片機(MCUl)上的四個專用引腳TCK、TMS、TDI和TDO連接； 以太網(wǎng)接口單元包括以太網(wǎng)控制器(U11)CP2200和集成RJ45網(wǎng)絡接口(JPl)；以太網(wǎng)控制器(U11)CP2200是Silicon Laboratories公司生產(chǎn)的單芯片以太網(wǎng)控制器；集成RJ45 網(wǎng)絡接口(JPl)為標準以太網(wǎng)通信接口 ；以太網(wǎng)控制器(U11)CP2200的地址總線A0-A7與 C8051F040單片機(MCUl)的地址總線A0-A7連接，C8051F040單片機(MCUl)的地址總線 A15經(jīng)過反相器似8與以太網(wǎng)控制器(U11)CP2200的片選端/CS連接，以太網(wǎng)控制器(Ull) CP2200的數(shù)據(jù)總線D0-D7與C8051F040單片機(MCUl)的數(shù)據(jù)總線D0-D7連接；以太網(wǎng)控制器(U11)CP2200通過串行總線TX+、TX-、RX+和RX-與集成RJ45網(wǎng)絡接口 (JPl)連接； CAN總線接口單元包括兩組光電耦合器(U12/U13)TLP521、CAN控制器和CAN總線驅(qū)動器(U14)PCA82C250 ；CAN控制器為單片機(MCUl)內(nèi)部集成的BOSCH CAN控制器，CAN總線驅(qū)動器(U14)為PCA82C250 ；單片機(MCUl)內(nèi)部CAN控制器的串行通信總線CANTX和CANRX 連接至光電耦合器(U12/U13)TLP521的一側(cè)，光電耦合器(U12/U13)TLP521的另一側(cè)與CAN 總線驅(qū)動器(U14)PCA82C250的T)(D和R)(D連接；RS-485總線接口單元包括三組光電耦合器 (U15/U16U17)TLP521和RS-485總線驅(qū)動器(U18)MAX487 ；單片機(MCUl)的串行通信總線 TXO和RXO經(jīng)過光電耦合器(U15/U17)TLP521隔離后與RS-485總線驅(qū)動器(U18)MAX487的 DI和RO連接，單片機(MCUl)的1/0 口 P4. 0經(jīng)過光電耦合器(U16)TLP521隔離后與RS-485 總線驅(qū)動器(U18)MAX487的EN連接；鍵盤與液晶顯示單元包括三組光電耦合器(U7/U8/U9)TLP521、鍵盤和液晶顯示器；鍵盤共設SET、UP和DOWN三個獨立按鍵，SET鍵(S》連接至光電耦合器(U7)TLP521的一側(cè)， 光電耦合器(U7)TLP521的另一側(cè)連接至單片機(MCUl)的P2. 4和/INTO，UP鍵(S3)連接至光電耦合器(U8)TLP521的一側(cè)，光電耦合器(U8)TLP521的另一側(cè)連接至單片機(MCUl) 的P2. 5，D0WN鍵(S4)連接至光電耦合器(U9)TLP521的一側(cè)，光電耦合器(U9)TLP521的另一側(cè)連接至單片機(MCUl)的P2. 6 ；液晶顯示器為U8X64點陣式液晶顯示模塊TO，TO的數(shù)據(jù)總線DB0-DB8與C8051F040單片機(MCUl)的1/0 口 P3. 0-P3. 7連接，液晶顯示模塊(U6) 的控制線 RS、R/W、E 和 RST 分別與 C8051F040 單片機(MCUl)的 1/0 口 P2. 0、Ρ2· 1、Ρ2· 2 和 Ρ2. 3連接；RS-485信號調(diào)制解調(diào)單元包括RS-485總線驅(qū)動器(U31/U32)MAX487、反相器 (U29) 74HC04、高速光電耦合器(U24/U25/U30) 6N137、光電耦合器(UlO) TLP521、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(U23/U26)74HC123、方波發(fā)生器(U3!3)NE555、電壓跟隨器(U27)LF353和電壓比較器 (U22)LM311 ；調(diào)制通道中，RS-485總線驅(qū)動器(U32)MAX487的RX經(jīng)過反相器(U29) 74HC04 反相后連接到高速光電耦合器(U30)6W37的一側(cè)，高速光電耦合器(U30)6W37的另一側(cè)連接到方波發(fā)生器(U3!3)NE555的RST和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(U26)74HC123的IB ；方波發(fā)生器(U33)NE555的輸出端OUT與RS-485總線驅(qū)動器(U31)MAX487的TX端連接；解調(diào)通道中，電壓跟隨器(U27)LF353的輸出端IOUT連接到電壓比較器(U22)LM311的V+，電壓比較器(U2》LM311的輸出端VO連接至高速光電耦合器(似4)6附37的IN，高速光電耦合器(似4)6附37的輸出端OUT連接至單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(U2!3)74HC123的IB端，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 (U23)74HC123的輸出IQ與光電耦合器(UlO)TLP521連接，光電耦合器(UlO)TLP521的另一側(cè)連接至反相器(U29)74HC04，反相器(U29) 74HC04的輸出連接到RS-485總線驅(qū)動器 (U32)MAX487的TX ；RS-485信號調(diào)制解調(diào)單元與RS-485總線接口單元連接。
全文摘要
一種基于C8051F040的礦用通信分站，目的是實現(xiàn)井下監(jiān)測監(jiān)控、故障診斷和預警系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)集中上傳；本發(fā)明包括微控制器單元、以太網(wǎng)接口單元、CAN總線接口單元、RS-485總線接口單元、鍵盤與液晶顯示單元和RS-485信號調(diào)制解調(diào)單元；微控制器單元包括單片機、32k外部RAM、JTAG接口；以太網(wǎng)接口單元包括以太網(wǎng)控制器CP2200和集成RJ45網(wǎng)絡接口；CAN總線接口單元包括兩組光電耦合器TLP521、CAN控制器和CAN總線驅(qū)動器PCA82C250；RS-485總線接口單元包括三組光電耦合器TLP521和RS-485總線驅(qū)動器MAX487；鍵盤與液晶顯示單元包括三組光電耦合器TLP521、鍵盤和液晶顯示器；RS-485信號調(diào)制解調(diào)單元包括RS-485總線驅(qū)動器MAX487、反相器74HC04、高速光電耦合器6N137、光電耦合器TLP521、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74HC123、方波發(fā)生器NE555、電壓跟隨器LF353和電壓比較器LM311。
文檔編號E21F17/18GK102244598SQ20111005958
公開日2011年11月16日 申請日期2011年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月11日
發(fā)明者孫范園, 宋建成, 戰(zhàn)江波, 田慕琴, 耿蒲龍, 許春雨, 郭安林, 雷志鵬 申請人:太原理工大學