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1、北华航天工业学院毕业论文摘要 针对目前通井机在复杂而恶劣的工作环境下作业而会给生产带来诸多不安全因素，研制了基于AT89S52单片机和霍尔传感器为核心的智能监控系统，该系统采用霍耳传感器进行检测，经单片机计算处理，实时显示工作实际深度，从而实现上下限声光报警，有效的防止碰撞安全事故的发生和提高工作效率；其技术性能可靠、实用性强，多功能性，很好的满足了现场的工作要求。关键词：通井机 监控系统 硬件设计 软件设计AbstractAimed at the machine works in the complex and poor conditions of production operations
2、 and will bring a lot of insecurity, we develop the intelligent monitor system based on the AT89S52 MCU and Hall sensor for the core, the system uses Hall sensors to detect signl, calculated by the single-chip processing , real-time display the actual working depth ， in order to achieve sound and li
3、ght alarm at the upper or lower limit , and effective prevent collision accidents and improve efficiency; its reliable in technical performance, practical, and Multi-function, its good to meet the working requirements.Key words: tractor hoist monitor system hardware design software designII目 录摘要IAbs
4、tractII第1章绪论11.1研究此课题的目的11.2监控系统的发展概况11.3本文主要研究内容2第2章仪器整体方案设计32.1仪器功能要求32.2 仪器方案的开发制定步骤32.2.1 总体方案设计、确定技术指标32.2.2 具体方案设计（软硬件功能划分）42.2.3 机型和器件选择4第3章仪器总体硬件方案设计53.1 硬件方案确定53.2硬件系统组成53.2.1 单片机系统53.2.2 LED动态扫描显示电路83.2.3 报警电路93.2.4信号调理电路103.2.5电源模块103.2.6 开关量输出电路103.2.7硬件系统抗干扰设计113.3 传感器选择及安装示意图113.4 操作面板
5、及功能操作示意图12第4章 防碰仪的软件系统设计144.1 系统主程序144.2 中断服务程序154.3 MAX7219控制程序164.4 智能仪表功能分析174.5 软件系统抗干扰设计174.5.1 软件延时法消除按键抖动174.5.2 “指令冗余”和“软件陷阱”184.6 软件的调试与仿真18第5章结论21致谢22参考文献23附录24第1章绪论1.1研究此课题的目的由于通井机抽汲一般在野外作业，其环境条件恶劣（如场地污染大、噪音大、振动大）；且通井机进行作业的时间很长，工人一般需要昼夜不停工作；因此必须要解决通井机工作的安全性问题（如在工作时保护井口设备不被井下抽汲仪器碰撞破坏、地面工作人
6、员的安全等）、保证良好的现场工作环境（主要是油液污染）、提高工作效率和减轻工人的劳动强度（如能够控制抽汲仪器在井下油液层的位置、以及记录通井机工作循环次数等），所以通井机上须安装智能监控系统，才能同时很好的解决以上出现的生产安全性问题和提高工作效率性。1.2监控系统的发展概况目前在生产过程中只采用以下两种方法来解决安全性问题，一种是人工操作方法，即在钢丝绳上做记号，用眼睛观测记号的位置来控制安全位置和观察估计滚筒钢丝绳层数来判断井下仪器的工作位置，这种方法的工作安全性、效率性都很低，尤其是在夜间作业的时候问题就显得更加突出；另一种方法是使用一些有专利的安全防碰监控装置，这类装置都是把磁钢安装在
7、滚筒一侧面，传感器安装在滚筒支架上，通过检测滚筒的转数来转换显示为钢丝绳的长度，从而监控出安全位置达到报警的目的。但此类装置存在一下问题：一是由于钢丝绳一般在工作时不能按严格的规律缠绕在滚筒上，会出现滚筒骑绳、乱绳、铰绳等问题，所以这一类单纯依靠滚筒半径来计算的电子防撞系统检测到的数据不可靠，也就不能准确的测量出钢丝绳的实际长度，所以此类装置的报警误差很大，反而会增加了工作的安全隐患；其二由于传感器距离滚筒侧面很近，一般只有10毫米以内的距离，但滚筒侧面在工作时温度一般可达到80以上，传感器极易失效甚至被损坏，最终导致装置寿命短且可靠性差；其三此类装置只具有报警的单一功能，没有钢丝绳长度的显示
8、和记录工作次数的功能，因此不具有提高工作效率等功能；最后此类装置的安装较复杂，需要在通井机上进行焊接，影响了通井机整体结构和现场的生产安全等，所以此类专利安全防碰监控装置没有得到用户的认可和推广。所以目前还没有很好的智能监控系统能够解决通井机工作安全性和提高作业效率问题。此课题主要针对现有技术和方法存在的不足之处，提供一种能解决以上问题的安全监控系统，它能够准确显示钢丝绳长度从而正确的反映井下仪器的位置、记录存储工作数据和任意设定安全位置，以及及时报警功能；并为了解决电磁干扰问题，采用了信号传输的抗干扰设计方法，从而大大提高了天车防撞监控系统的可靠性和实用性。使装置具有多功能性、准确性高和可靠
9、性强等特点，从根本上解决了以上技术难点问题。1.3本文主要研究内容本文主要研究了监控系统中的防碰控制仪器，确定仪器的整体设计与工作方案，仪器的外形，仪器的电路原理设计，PCB制作与元器件选择，程序调试与仿真，仪器组装及调试。第2章仪器整体方案设计2.1仪器功能要求1工作次数显示 ；2刹车预警；3刹车预警点的任意调整；4智能控制离合器及刹车；5紧急制动刹车；6多设备用途；7仪器系统自检；8抗震性好，稳定性高，故障率低，耐高、低温能力强，使用寿命长。2.2 仪器方案的开发制定步骤单片机应用系统是以单片机为核心，配以一定的外围电路和软件，能实现某种功能的应用系统。它由硬件部分和软件部分组成。硬件是系
10、统的基础，软件则是在硬件的基础上对其合理的调配和使用，从而完成应用系统所要完成的任务。单片机应用系统的研制过程主要包括总体设计、硬件设计、软件设计、仿真调试等几个阶段，图2-1为单片机应用系统设计过程框图。单片机应用系统一般要求可靠性好、系统具有自诊断功能、操作维修方便、性能价格比较高。这些要求在进行应用系统设计的过程中要根据不同的需要和应用场合予以考虑。2.2.1 总体方案设计、确定技术指标对于一个待开发的单片机应用系统，应收集相关的技术资料，看过去有否类似项目、产品，如果有，则可分析这些项目、产品有什么优点、缺点，有什么可值得借鉴。如果没有，则应首先从理论上分析，探讨实现的可能性方案，根据
11、客观条件如环境、测试手段、仪器设备、资金成本等，选择一种最佳方案。总体方案确定后，对应用对象的工作过程进行深入调查和分析，了解课题的要求、信号的种类和数量、应用环境等，不管是老产品改造还是新产品的设计，都应对产品性能改善的程度、成本、可靠性、可维护性及经济效益等进行综合考虑，提出合理可行的技术指标。主要技术指标是系统设计的依据和出发点，此后的整个设计与开发过程都要围绕着如何能达到技术指标的要求来进行。图2-1 系统设计过程框图2.2.2 具体方案设计（软硬件功能划分）具体方案设计是将总体设计方案具体化、细化。画出各部分功能框图，大致给出各框图的实现方法，明确哪些部分由软件完成，哪些部分由硬件完
12、成。系统的硬件配置和软件的设计是紧密地联系在一起的，且硬件和软件具有一定的互换性。多用硬件完成一些功能，可以提高工作速度，减少软件研制工作量，但增加了硬件成本。若用软件替代某些硬件的功能，可使硬件成本降低，但增加了软件的复杂性，而且降低了系统的工作速度。因此，总体设计时，应综合考虑以上因素，合理搭配软硬件的比重。2.2.3 机型和器件选择在选择机型和器件时应考虑以下几点：1）货源充足稳定，便于批量生产；2）在考虑性能/价格比的前提下，选择最容易实现产品技术指标的机种；3）所选机型功能强、性能价格比好、使用方便的开发装置；4）要选择设计者最熟悉的机种和元器件，以缩短研制周期；5）按照系统的精度、
13、速度和可靠性等方面的要求合理选择包括传感器、模拟电路、输入/输出电路和存储器等器件。第3章仪器总体硬件方案设计3.1 硬件方案确定根据现场工作条件、功能要求及开发步骤，设计硬件方案如图3-1：图3-1 硬件设计框图3.2硬件系统组成3.2.1 单片机系统根据要实现的具体功能，并控制成本，采用ATMEL公司的AT89S52单片机，该单片机与MCS-51单片机产品兼容 、8K字节在系统可编程Flash存储器、1000次擦写周期、全静态操作：0Hz33Hz 、三级加密程序存储器 、32个可编程I/O口线 、三个16位定时器/计数器、八个中断源、全双工UART串行通道、低功耗空闲和掉电模式 、掉电后中
14、断可唤醒、看门狗定时器、双数据指针、掉电标识符 。功能特性描述： At89s52 是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统 可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16位定时器/计数
15、器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口， 片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻 辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。8 位微控制器 8K 字节在系统可编程 Flash AT89S52 P0 口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。 当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。 在fl
