某煤矿供电系统的保护设计毕业设计

南阳理工学院本科生毕业设计（） 某煤矿供电系统的保护设计 The protection design of coal mine power supply system 总 计： 26 页 表 格： 1 个 插 图： 12 幅 南 阳 理 工 学 院 本 科 毕 业 设 计（论文） 某煤矿供电系统的保护设计 The protection design of coal mine power supply system 学 院： 电子与电气工程学院 专 业： 电气工程及其自动化 南阳理工学院 Nanyang Institute of Technology 某煤矿供电系统的保护设计 电气工程及其自动化专业 祁鹏飞 [摘 要]本系统是利用STC89C52单片机为控制芯片，设计出的一煤炭供电系统保护设计。本文以STC89C52单片机为核心器件，ADC0808、LED显示器、ISD1760，利用单片机I/O端口进行编程，由其控制的准确性通过软件程序来控制整个系统实现不供电保护的基本功能,从而实现了完成了LCD液晶显示部分电路设计，单片机的控制电路设计部分，过压保护、过流保护、短路保护等数据采集的部分，最后利用Proteus仿真软件进行仿真，把各个部分的功能能够实现，根据实际需要和对器件特性的了解，分别对各部分进行了相应的器件选择，以保证系统运行时达到最佳的效果，并最大限度的节省成本开支。 关键词: 单片机；A/D转换器；液晶显示器；Proteus仿真 Protection Design of Coal Mine Power Supply System Electrical Engineering and Automation Specialty QI Peng-fei Abstract: this system is a design of coal power supply system which is designed by STC89C52 microcontroller as the control chip. This paper uses STC89C52 microcontroller as the core device, ADC0808, LED, ISD1760 display, microcontroller programming with the I/O port, by the accuracy of the control by the software program to control the whole system to achieve the basic functions of protection without power supply, in order to achieve a complete LCD LCD display circuit, control MCU circuit design, data acquisition part of overvoltage protection, overcurrent protection, short-circuit protection, finally carries on the simulation using the Proteus simulation software, the function of each part can be realized, according to the actual needs and characteristics of the device, respectively on various parts of the corresponding device selection, to ensure the operation of the system to achieve the best effect, and the maximum save the cost. Keywords: Microcontroller; A/D converter; liquid crystal display; Proteus simulation 目 录 1 1 引言 1 1.1 国内煤矿供电系统的发展 2 1.2 国内煤矿供电系统的保护设施 2 某煤矿供电系统的保护总体设计 3 2.1 煤矿供电系统的保护设计原理 3 2.2 煤矿供电系统的保护设计 4 2.2.1 过压设计 4 2.2.2 过流设计 4 2.2.3 短路设计 5 5 2.3 煤矿供电系统的保护设计的四大部分 3 软件设计 5 3.1 C语言简介 5 3.2 Keil4程序编辑软件简介 6 3.3 程序流程图 6 3.4 电压采集程序 7 3.5 液晶显示程序 7 3.6 语音模块程序 8 4 硬件设计 9 4.1 主控电路 9 4.2 电压采集电路 10 1 24.3 液晶显示设计 13 4.4 语音录放模块 15 4.5 某煤矿供电系统保护仿真图 17 结束语 18 参考文献 附录 19 致谢 2 6 1 引言 煤矿开采工作对于国家的工业，农业以及我们的生活的重要性不言而喻。煤矿供电系统的保护设计对于煤矿开采工作显得格外的重要，我们知道煤矿供电系统一般都是几千伏高压，属于强电部分。我们日常生活中常说电是老虎，那只不过是220V低压，危害就是如此之大；对于高压保护工作显得尤其重要。煤矿供电系统的保护一般采用继电器保护，但是继电器保护一般需要智能的设备及时的给它发出指令，让它能够及时切断电源，以减少和避免安全事故的发生以及大型设备的损坏。而这个智能设备可以是单片机。单片机是一种可通过编程控制的微处理器，但是单片机本身不能单独运用于某项工程或产品上，它必须用外围数字器件或者模拟器件以及驱动电路才可发挥自身更加强大的功能[1]。单片机已经运用到很多方面包括工业自动化，智能仪器仪表，电子电器产品，专用设备的智能化管理及过程控制甚至国防方面武器装备。通过电压变换，AD采集，单片机处理，继电器断电将会使煤矿供电系统更加安全，可靠。这也是自己通过大学的学习应用到生活中。 1.1 国内煤矿供电系统的发展 我国采煤采煤工作面供电系统经历了由380V 到3300V 的发展阶段。即是从低压到高压，从小功率到大功率，从小规模到大规模的阶段。20世纪中期，由于我国煤矿采用炮采落煤方式生产，采煤工作面的供电电压为380V ，配备了相应的开关等设施，构成了采煤工作面380V 供电系统。随着8O机组的使用，380 V 的煤矿系统供电电压已经难以适应。1964年，原煤炭工业部组织人员成立了煤矿工作面升压工作组，经过各方面多次尝试，决定将煤矿供电系统的电压由380V提高到660V，并组织煤矿供电厂商生产专供井下使用的电压等级为660 V的电机及相应的自动化控制设备，构建了煤矿供电660V供电系统体系。7O年代，以液压支架和滚筒式采煤机为导向的综合采煤机械化设施的引进并投入煤矿生产，进一步提高煤矿供电工作面供电电压，为了适应煤矿生产需要的问又被提到议事日程。虽然，当时正处于文革之中，我国煤矿战线的科研人员和煤矿发电机制造厂商在政府有关部门的支持和帮助下，经历近十年的探索，研发出了千伏级的开采煤矿工作方面供电系统的所有设备，然后立即进行使用，实现了我国煤矿供电系统的又一次升级换代。自上个世纪80年代以来，在原煤炭工业生产部的组织和领导下，我国煤炭生产以增加煤炭生产量、实现资源优化配置和减少人原量和工作量的目标迈进，加紧创新煤炭生产的现金设备，使综合采矿设备的装机容量不断增加，又创新研制出了一批总装机容量已达2000KW左右的高产新型采煤装机装备。1988年原煤炭工业部明确提出了建设高产高效煤矿的目标，同时，组织专业人士研究进一步提高井下煤矿开采系统供电电压，经过调查研究和反复论证，并学习了外国井下煤矿供电电压升级的技术，1991年l1月确定将我国煤矿开采供电电压从1140 V提高到3300V，并将“井下采区3300 V供电系统”作为国家“八五”期间重点项目“日产万吨综采设备”的一个子项目，组织煤矿科研机构和煤企业人士开展相关的研究工作。 20世纪90年代决定将我国煤矿供电系统电压由1140 V提高为3300V，1998年7月我国第一套自主知识产权的3300 V煤矿综采供电系统在山西省晋城矿务局古书院煤矿场地试验成功，标志着我国井下煤矿开采供电系统高电压升级工作的胜利完成，为我国煤炭生产实现高产高效矿井建设奠定了坚实的基础，同时，大大缩小了我国井下煤矿开采供电系统与欧美发达国家先进水平的差距。目前，国内多采用几千伏高压交流电对于大型设备进行供电，用大功率电机作为驱动开采设备，并且加以防爆设施来保障安全。 1.2 国内煤矿供电系统的保护设施 国内煤矿供电系统的保护设施按功能有绝缘监视、漏电保护、过压欠压、过载短路等保护方法；按材料有热继电器，低电压电流继电器，低电压熔断器，还有就是电子电气综合保护装置。 煤矿供电系统保护的设施有继电保护装置，接触器，熔断器，其中包括测试装置，现场信号输入装置，执行装置，逻辑判断装置。现场信号输入装置包括对于干扰信号的处理，高压信号的降压，还有模拟信号变为数字信号，现场信号送入继电保护装置一般要进行必要的前置处理，如采用光电隔离技术，消除干扰信号；电平转换电路使低信号变为强信号易于处理；低通波除高频信号及纹波电压等，使继电器能有效地检测各现场物理量。测试装置包括对于处理好的信号的采集，分析，它是检测经现场信号输入电路处理后与被保护对象有关的物理量，并与已给定的设定值或自动实时生成的判据进行比较，根据比较结果给出“是”或“非”，即“0”或“1”性质的一组逻辑信号或电平信号，经判断确定保护是否启动。而逻辑判断装置一般用单片机等智能装置对信号进行比较，处理最后传递给执行装置，它是根据测量部分各输出量的大小、性质、逻辑状态、输出顺序等信息，按一定的逻辑关系组合、运算，最后确定是否应该是断路器跳闸或发出信号，并将有关命令传给执行部分。常用的逻辑一般有“与”、“或”、“非”、“延时”、“记忆”等功能。执行装置需要进行一些驱动电路进行及时执行命令，尽量减少损失[3]。它是根据逻辑判断部分送来的出口信号，完成保护装置的最终任务，主要负责保护装置与现场设备的隔离、电平、连接转换、出口跳闸的功率驱动器，以及现场设备状态信息的返回等，以使继电保护装置能可靠地工作：电气设备和电力设备发生故障时跳闸，不正常运行时发出信号，正常运行时不工作的理想状态。继电保护装置是一种能反应系统正常和不正常状态，并及时动作于断路器跳闸或发出信号的电气自动化设备。熔断器、继电器和接触器等都可以用于保护装置，但由于煤矿系统中正常工作电流和短路电流不断增大，熔断器已不能满足灵敏性和可靠性的要求，继电器和接触器是目前应用较广泛的保护装置。现在，我国积极发展高压直接供电技术，不断的改进煤矿生产设备的自动化水平，运用先进的计算机技术与网络信息技术实现煤矿生产综合自动化[2]。 2 某煤矿供电系统的保护总体方案设计 2.1 煤矿供电系统的保护设计原理 由于我国煤矿供电系统供电目前采用3300V高压交流电，而单片机使用的TTL电平，只认识0V与5V的二值信号.这就要使用一种转换，把交流变成直流，把高压变成低压，把模拟信号转换成一种单片机认识的数字信号[5]。其中高压变低压运用到学习的电路知识中的变压器知识，交流变直流运用到学习的模拟电子技术知识中的直流电源知识。直流电源知识包括整流知识，整流包括半波整流，全波整流，桥式整流知识；滤波包括电容滤波，电感滤波等；还有稳压可以用稳压管或者稳压芯片。但是本次设计采用ADC0808模数转换器采集电压，所以不需要稳压管或者稳压芯片进行稳压。即使经过降压，整流，滤波之后的电压仍然是模拟信号[6]。但是单片机仍然不能识别直流模拟量，对于本设计使用了ADC0808模数采集器芯片采集模拟信号，进行处理后以供单片机处理。用驱动电路驱动继电器及时断电，单片机向ISD1700语音模块发出指令进行及时提醒人们出现安全事故，用LCD或OLED屏进行显示相关故障信息。这种先断电可以直接减少损失，并且紧跟着语音提示工作人员来检查一系列的设备，查找可能出现意外事故隐患，还有LCD屏提醒显示相关故障信息。这种既人性化又安全合理快速的设计相信一定能够为人类减少很多的工作和许多的损失。 煤矿供电系统的保护包括过压，过流，短路部分的保护。保护设置有继电器断电，提醒设置有LCD提醒，语音提醒。煤矿供电系统的保护框图如图1所示： 图1 煤矿供电系统的保护框图 2.2 煤矿供电系统的保护设计 2.2.1 过压设计 过压设计采用大功率变压器降压，整流桥整流，电容滤波之后。交流电压降为直流电压5V。经过电位器和分压电阻合理配置参数后，当交流高压变高或者变低之后，必然输出端电压也就是电位器两端的电压发生同样的变化。当煤矿供电系统供电电压变得超过额定电压。通过ADC0808不断地采集电压，由单片机设定的常量对比，并且立即驱动继电器进行断电，LCD显示屏显示，语音提醒。过压设计如图2所示： 图2 过压设计 2.2.2 过流设计 过流设计也要进行降压，整流之后。然后通过一个采样电阻，当电流过流时，采样电阻两端的电压会很大。利用ADC0808两路模拟信号采集传输给单片机，在程序里进行做差，当这个差值很大时超过定义的额定的定量说明过流[7]。然后进行相应的操作。过流设计如图3 所示： 图3 过流设计 2.2.3 短路设计 短路设计也要经过降压，整流之后，通过ADC0808一路模拟通道采集，送给单片机处理与在程序里事先设定的常量0进行比较，一样说明短路。通过单片机的一个定时器不停地扫描ADC0808的4路模拟通道，然后判断是短路，过流还是过压。短路设计电路如图4 所示： 图4 短路设计 2.3 煤矿供电系统的保护设计的四大部分 降压部分：降压就是3300V交流高压变为5V直流低压，使用变压器降压，整流桥整流，电容滤波。 电压采集部分：通过降压之后，用ADC0808不同通道通过过压设计电路，过流设计电路，短路设计电路不断地采集电压。然后供单片机处理采集数据，判断是过流，过压还是短路，并及时驱动继电器进行断电。 液晶显示部分：经过单片机处理之后，在显示屏显示是短路问题，还是过流，过压问题，在实际可以使用oled12864显示屏或者TFT屏。 语音提醒部分：单片机处理之后不仅用显示屏显示，可以用语音提醒。提醒让人们明白是过压问题还是过流问题或者短路问题。 3 软件设计 3.1 C语言简介 C语言是计算机语言的一种高级语言，进行了 不断地发展和完善，成为当今世界上公认的一种优秀的程序设计语言，有着其他语言不可比拟的特点。生成目标代码质量高，程序执行率高，适合开发系统软件。结构化的程序设计语言。可移植性好。有丰富的数据类型和表达式。语言简洁功能强.具有预处理功能和丰富的库函数。 3.2 Keil4程序编辑软件简介 Keil 4软件是美国Keil Software公司推出的一款单片机软件，它通过一个集成开发模块（μVision）将C语言程序编译模块、汇编语言的编辑环境、调试系统、库管理模块，实时操作系统，器，还有一个可以仿真的调试器连接在一起。Keil μVision4引入灵敏的窗口管理系统，使开发人员能够使用多台监视器，并提供了视觉上能够观察到任何地方的表面对窗口位置的完全控制。新用户的界面可以更好地利用屏幕空间和组织多个窗口，更有效地提供一个整洁，高效的环境来开发应用程序。新版本支持多种多样最新的ARM芯片，还增加了一些其它的新功能。 3.3 程序流程图 STC89C52单片机收到ADC0808采集的数据，进行分析，处理，然后判断是过压，过流，短路，并及时驱动继电器断电，语音提醒，液晶显示屏进行显示。程序流程图如图5所示： YES NO 图5 程序流程图 3.4 电压采集程序 /*************ADC0808采集电压信号程序************/ int ADC_0808() { unint temp; ST=0; _nop_(); _nop_(); _nop_(); ST=1; _nop_(); _nop_(); _nop_(); ST=0; delay(500); while(!EOC); OE=1; temp=P3; OE=0; return(temp); } 3.5 液晶显示程序 /*******************1602显示程序********************/ void write_date(unsigned char date) { RS=1; P0=date; delay_1602(200); E=1; delay_1602(200); E=0; } void delay_1602(unsigned int t) { while(t--); } 3.6 语音模块程序 void GetSound(uchar soundtick) { ISD_SS=0; switch(soundtick) { case 0:{ isd1700_7byte_comm(ISD1700_SET_PLAY|ISD_LED, sound_0A, sound_0B); }break; case 1:{ isd1700_7byte_comm(ISD1700_SET_PLAY|ISD_LED, sound_1A, sound_1B); }break; case 2:{ isd1700_7byte_comm(ISD1700_SET_PLAY|ISD_LED, sound_2A, sound_2B); }break; case 3:{ isd1700_7byte_comm(ISD1700_SET_PLAY|ISD_LED, sound_3A, sound_3B); }break; case 4:{ isd1700_7byte_comm(ISD1700_SET_PLAY|ISD_LED, sound_4A, sound_4B); }break; case 5:{ isd1700_7byte_comm(ISD1700_SET_PLAY|ISD_LED, sound_5A, sound_5B); }break; case 6:{ isd1700_7byte_comm(ISD1700_SET_PLAY|ISD_LED, sound_6A, sound_6B); }break; case 7:{ isd1700_7byte_comm(ISD1700_SET_PLAY|ISD_LED, sound_7A, sound_7B); }break; case 8:{ isd1700_7byte_comm(ISD1700_SET_PLAY|ISD_LED, sound_8A, sound_8B); }break; case 9:{ isd1700_7byte_comm(ISD1700_SET_PLAY|ISD_LED, sound_9A, sound_9B); }break; case 10:{ isd1700_7byte_comm(ISD1700_SET_PLAY|ISD_LED, sound_10A, sound_10B); }break; case 11:{ isd1700_7byte_comm(ISD1700_SET_PLAY|ISD_LED, sound_11A, sound_11B); }break; default: break; } ISD_SS=1; } 4 硬件设计 4.1 主控电路 单片机在过程控制设计、电气检测技术、自动控制应用、信号采集，分析与处理、计算机处理技术、工商管理和办公自动化等方面获得了广泛的应用。单片机具有体积小、质量轻、功耗低、性价比高等优点，因此也广泛应用于卫星定位、汽车火花控制、交通管理和微波炉等专用控制上。 STC89C52单片机工作需要时钟电路，电源，复位电路。时钟有两种方式，一种是片内时钟振荡方式，需在这两个脚外接石英晶体和振荡电容；另一种是外部时钟方式，即将XTAL1接地，外部时钟信号从XTAL2脚输入。RST为单片机的复位引脚。当输入连续两个机器周期以上高电平为有效，用来完成单片机的复位初始化操作。 52单片机是我们大三时的一门专业课，知道它有40个外部引脚，包括电源引脚VCC和GND,时钟引脚XTAL1和XTAL2;编程控制引脚如复位端RST,EA,PSEN等；I/O口引脚，XTAL1为片内振荡电路的输入端，XTAL2为片内振荡电路的输出端。如图6所示： 图6 主控电路 随着单片机系统的广泛应用和计算机网络技术的普及，单片机的通信功能愈来愈显得重要。单片机同信是指单片机与单片机或者与计算机之间的通信，通常单片机与计算机之间的通信应用过多，MAX232芯片同时集成了TTL到RS232电平的互转[10]。MAX232芯片是MAXIM公司生产的，包含两路接收器和驱动器的IC芯片。如图7所示： 图7 MAX232芯片的外围电路 4.2 电压采集电路 电压采集电路采用ADC0808芯片和单片机进行采集。A/D转换器输入是模拟信号，输出是数字信号所以需要进行取样，量化，编码，还有取样-保持电路。A/D转换器分为并联比较型，反馈比较型和双积分型等。ADC0808是8位逐次逼近型模数转换器。它由一个8路模拟开关、一个地址锁存器，一个译码器、一个8位模数转换器和一个三态输出锁存器组成[11]。8个模拟通道由多路开关决定，允许8路模拟量分时输入，共用模数转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存转换完成的数据，当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数字量。ADC0808内部结构如图8 ： 图8 ADC0808内部结构 IN0－IN7：8条模拟量输入通道ADC0808对输入模拟信号要求：信号单极性，电压范围是0至5V，若是小信号，必须进行放大；输入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如若模拟量变化太快，则需在输入前增加采样保持电路。ALE为地址锁存允许输入端口，高电平有效。当ALE为高电平时，地址锁存与译码器将A， B，C三条地址线的地址信号进行锁存，经译码后被选中的通道的模拟量进转换器进行转换。A，B和C为地址输入线，用于选通IN0－IN7上的一路模拟量输入。电压采集通道如表1： 选择通道 C B A IN0 0 0 0 IN1 0 0 1 IN2 0 1 0 IN3 0 1 1 IN4 1 0 0 IN5 1 0 1 IN6 1 1 0 IN7 1 1 1 表1 电压采集通道 ST为转换启动信号。当ST上升沿时，所有内部寄存器清零；下降沿时，开始进行模数转换；在转换期间，ST应保持低电平。EOC为转换结束信号。当EOC为高电平时，表明转换结束；否则，表明正在进行模数转换。OE为输出允许信号，用于控制三条输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE为高电平时，输出转换得到的数据；OE＝0，输出数据线呈高阻状态。D7－D0为数据输出线[12]。CLK为时钟输入信号线。因ADC0808的内部没有时钟电路，可以用单片机定时器功能或者外围电路产生。VREF（＋），VREF（－）为参考电压输入。 ADC0808使用声明：（1)ADC0808内部带有输出锁存器，可以与STC89C52进行数据传输。（2)初始化时，使ST和OE信号全为0。（3)通过A，B，C地址设置选择那一通道模拟量输入。(4)至少有100ns宽的正脉冲信号送给ST端。(5)根据EOC信号是否为高电平来判断转换完毕。也可以适当延时以节省I/O口资源（6)当EOC变为高电平时，这时给OE为高电平，转换的数据就被单片机读走了。 ADC0808芯片8路模拟输入通道，也就是8路电压采集通道。可以不停的对模拟电压量进行采集，采集之后通过自身8个输出端口与单片机一组I/O口供单片机处理，分析。判断是过压，过流。还是短路。然后驱动继电器进行断电，并有语音提醒和液晶屏显示。其中ADC0808芯片CLOCK端可以由硬件电路产生一个脉冲或者使用单片机的一个定时器用软件实现硬件功能。EOC端可以接单片机I/O口，接则在采集程序里进行判断，不接I/O口的话需要进行延时操作就可以准确的让ADC0808完成模数转换。为了节省 单片机I/O口，采用延时操作。电压采集电路如图9 所示： 图9 电压采集电路 4.3 液晶显示设计 阵的行列数命名的液晶显示器是一种高分子材料，各种型号的液晶常是按照显示的字符和液晶的点，比如1602，它是一块字符型液晶；12232属于图形型液晶。由于这次设计使用的是Proteus仿真软件，没有汉字字库的显示屏，所以用了1602液晶显示模块，在现实设计中可以使用Oled12864显示屏，可以串行通信也可以并行通信，可以SPI通信或者I2C通信；也可以使用nokia5110模块；这两块显示屏既可以显示汉字也可以显示图片提醒。 VSS为电源地，VDD为电源正极，V0为液晶显示对比度调节端，R/S为数据/命令选择端，R/W为读写选择端，E为使能信号，D0-D7为数据口。1602使用包括初始化设置，显示开/关及光标设置。写操作时序流程：（1）通过RS确定是写数据还是写指令，写命令包括液晶的光标显示设置，光标闪烁设置，移屏设置，在液晶什么位置显示内容。（2）R/W控制端设置为写状态，即为0。（3）把数据或指令送到数据线上，（4）给使能端一个高脉冲将数据送入液晶控制器，完成操作。 液晶显示设计电路如图10所示： 图10 液晶显示电路 4.4 语音录放模块 ISD1760芯片是Winbond推出的可以录音，播放的优质芯片，该芯片拥有多种新功能，包括内部有专利的多信息管理模块，新信息提醒（vAlert）,双运作模式（独立&嵌入式），以及可定制的操作信息指定音效。芯片内部包含有自动增益控制、麦克风前置扩大线路、扬声器驱动电路、振荡器与内存等的全方位整合系统功能。可录音、放音十万次，录音内容可以断电保存100年。两种控制模式，两种录音输入方式，两种放音输出方式可处理多达255 段以上信息，有多种的工作状态提示，不同采样频率对应不同录放时间，音质好，电压范围宽，应用灵活，性价比高。工作电压：2.4V至5.5V,最高不能达到6V，静态电流：0.5 - 1 μA，工作电流：20mA， 用户可利用震荡电阻来自定芯片的采采样频率，从而决定芯片的录放时间。 ISD1760也可以与单片机进行数据传输，采用SPI通信方式。主控单片机主要通过四线（SCLK,MOSI,MISO,/SS)SPI协议对ISD1700进行通信。ISD1760作为从机，几乎所有的操作可以通过SPI协议来完成。为了兼容独立按键模式，一些SPI命令：PLAY,REC,ERASE,FWD等的运行类似于相应的独立按键模式的操作。另外，SET_PLAY,SET_REC,SET_ERASE命令允许用户指定录音，放音和擦除的开始和结束地址。此外，还有一些命令可以访问APC寄存器，用来设置芯片模拟输入的方式。 ISD1760芯片SPI串行接口操作遵照以下协议：（1）一个SPI处理开始于/SS管脚的下降沿。（2）在一个完整的SPI指令传输周期，/SS管脚必须保持低电平。（3）数据在SCLK的上升沿锁存在芯片的MOSI管脚，在SCLK的下降沿从MISO管脚输出，并且首先移出低位。（4）SPI指令操作包括命令字节，数据字节和地址字节，这决定于1760的指令。（5）当命令及地址数据输入到MOSI管脚时，同时状态寄存器和当前地址信息从MISO管脚移出。（6）一个SPI处理在/SS变高后启动。（7）在完成一个SPI命令的操作后，会启动一个中断信息，并且持续保持为低电平，直到芯片收到CLR_INT命令或者芯片复位。 SPI处理的格式：指令数据以数据队列的形式从MOSI移入芯片，第一个移入的字节是命令字节，这个字节决定了紧跟其后的数据类型。与此同时，芯片以及前行地址信息以及数据队列的方式通过MISO被返回主机。语音录放模块电路如图11 所示： 图11 语音录放电路 独立按键功能说明： 1. 录音REC:按住REC键不放，同时LED灯会亮起，此时对着 MIC说话，说话内容就会录进ISD1700语音芯片里了。录完一段后抬起此键，LED会同时熄灭，再次按下则开始录第二段，以后的各段依次操作。2.放音PLAY:有两种方式，边沿触发和电平触发。（注：录完音后放音指针会停留在最后录完段的起始地址处，此时放音则放最后一段）（1）边沿触发：点按一下PLAY键即放当前段，放音期间LED闪烁直到放音结束时熄灭。放音结束后放音指针指向刚放的段的起始地址处，再次点按PLAY键会放刚放完的这段。（2）电平触发：常按PLAY键芯片会把所有的语音信息全部播放，且循环直到松开此按键。3．快进FWD:执行放音操作前，点按一下此键放音指针会指向下一段，按两下则指向此段后的第二段起始。放音期间点按此键则停止播放当前段接着播放下一段，如果当前播放的是最后一段，则停止播放最后一段播放第一段。4．擦除ERASE:单段擦除操作只能对第一段和最后一段有效，当放音指针位于第一段或最后一段时，点按此键则会擦除第一段或最后一段。放音指针相应的会跳到擦除前的第二段或倒数第二段。常按此键超过3秒芯片进入“全部擦除操作模式”，同时LED灯闪两下，继续按着此键，LED闪烁7下后熄灭，此时松开此键，芯片内的语音信息被全部擦除。5．复位RESET:点按此键芯片执行复位操作。复位后，放音和录音指针都指向最后一段，即放音指针指向最后一段起始，录音指针指向最后一段的最后。此时执行放音则播放最后一段，执行录音则接着最后一段开始录新的最后一段。6．调音VOL:点按此键可以调节芯片输出声音的大小。芯片默认输出为声音最大值，每点按一下，声音按4db衰减。直到声音最小后，继续点按此键，每点按一下，声音增大4db（注：执行复位后，声音输出为最大）。7．FT直通操作：将FT管脚与GND短接，持续保持低电平会启动直通模式。直通操作会将语音从Analn端直接通往喇叭或AUD输出。在录音期间，如果按下FT，会同时录下Analn进入的语音信号。 4.5 某煤矿供电系统保护仿真图 Proteus软件是一款嵌入式系统仿真与开发平台，是英国Lab Center Electronics公司出版的EDA工具软件。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前比较好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。 Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持STC89C52、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MATLAB等多种编译器。 Proteus由两部分组成：ISIS智能原理图输入系统，系统设计与仿真的基本平台；ARES高级PCB布线编辑软件[9]。 仿真有降压，滤波，电压采集部分，液晶显示部分，并包括过流保护，过压保护，短路保护。某煤矿供电系统保护仿真如图12所示： 图12 某煤矿供电系统保护仿真图 结束语 本论文论述了基于单片机的煤炭供电系统保护的设计,主要完成了对煤矿供电系统的过压保护、过流保护、短路保护路等几方面的检测和保护。 根据毕业设计任务说明书的设计的要求、技术条件、技术参数、调节要求、功能要求，以实现设计任务基本要求为重点，在实现主要性能指标的基础上实现系统的最佳性能和价格比，做到准确实现功能的前提下而且节省材料成本开支的原则。并有一定的扩展功能选定单片机及外围部件，选择单片机时主机采用AT89C51，系统时钟采用12MHz，内部含有4KB的闪烁存储器。无须外扩程序存储器。由于AT89C51单片机具有EPROM程序存储器和128字节的RAM单元具有存储空间配置和功能；特殊功能寄存器的用途和功能；系统运行中单片机需要外接A\D转换器、D\A转换器以及以及LCD显示和。AT89C51单片机能满足要求。 硬件设计是整个系统设计的重点部分，要完成各模拟电路的设计思路，画出原理图并将其转化成PCB图。完成了LCD液晶显示部分电路设计，单片机的控制电路设计部分，绝缘监视、漏电保护、过压欠压、过载短路等数据采集的部分。根据实际需要和对器件特性的了解，分别对各部分进行了相应的器件选择，以保证系统运行时达到最佳的效果，并最大限度的节省成本开支。 参考文献 [1] 余山发. 单片机原理及应用技术[M]. 中国矿业大学出版社. 2003.7:1-5 [2] 刘培义. 单片机原理与接口技术应用[M]. 中国广播电视出版社.1999.8:20-50 [3] 曹保银、周孟然. 基于煤矿供电系统和电气设备的保护[J]. 煤矿机械. 2006. 6:21-30 [4] 赵玉林. 高电压技术. 北京:机械工业出版社,2001:12～61 [5] 王其军. 煤矿供电系统装设消弧线圈的研究[J]. 煤矿自动化，2002(4). [6] 党宏文，现代化煤矿机电安全管理的思考[J]. 中小企业管理与科技，2008. [7] 朱建军，煤矿机电技术管理的探索与实践[J]. 煤炭技术,2008. [8] 土光武，煤矿机电技术管理的创新与实践[J]. 煤炭技术，2007. [9] 朱清慧，Proteus电子技术虚拟实验室[M]. 中国水利水电出版社.2010.6:21-30 [10] 朱剑芳，基于单片机应用技术煤矿供电系统[J]，读写算教研版，2014 [11] 曹绳敏. 电气系统课程设计及毕业设计参考资料. 北京:中国水利水电出版社,1995. [12] 杨数强，李彦林，金纯，单片机实用技术与应用[M]，高等学校教材，2010 [13] Yan Shi. Fundamentals of digital electronic technology (Fifth Edition) [M]. higher education press.2007.10 [14] Hua Chengying, Tong Sibai. Fundamentals of Analog Electronic Technology (Fourth Edition) [M] higher education press. 2006. 附录 主程序： #include #include"1602.h" #include"intrins.h" #define unint unsigned int #define uchar unsigned char sbit jdq=P2^7; sbit ST=P2^3; sbit EOC=P2^5; sbit OE=P2^6; sbit CLK=P2^4; sbit a=P3^0; sbit b=P3^1; sbit c=P3^2; void delay(unint t); void init_0809(); int ADC_0809(); void init_timer0(); uchar code num[]="0123456789"; unint temp; void main() { unint bai,shi,ge,v; init_1602(); init_0809(); init_timer0(); while(1) { temp=ADC_0809(); if(temp>5) jdq=1; v=5.0/256*temp*100; bai=v/100; shi=v%100/10; ge=v%10; write_com(0x02); write_date(num[bai]); // delay_1602(10000); write_date('.'); // delay_1602(10000); write_date(num[shi]); // delay_1602(10000); write_date(num[ge]); // delay_1602(10000); write_date('V'); delay_1602(10000); } } void delay(unint t) { while(t--); } /************给定时器0赋初值*********/ void init_timer0() { TMOD=0X01; TH0=(65535-30)/256; TL0=(65535-30)%256; EA=1; ET0=1; TR0=1; } /*************给定时器1赋初值**************/ void timer0() interrupt 1 { TH0=(65535-30)/256; TL0=(65535-30)%256; CLK=~CLK; } ADC808采集程序 /*****************ADC0808初始化程序*****************/ void init_0808() { ST=0; OE=0; a=0; b=0; c=0; ST=1; _nop_(); _nop_(); _nop_(); ST=0; _nop_(); _nop_(); _nop_(); } /*************ADC0808采集电压信号程序************/ int ADC_0808() { unint temp; ST=0; _nop_(); _nop_(); _nop_(); ST=1; _nop_(); _nop_(); _nop_(); ST=0; delay(500); while(!EOC); OE=1; temp=P3; OE=0; return(temp); } LCD液晶显示程序 /*********** 1602初始化程序***********/ void init_1602() { RW=0; write_com(0x38); write_com(0x0e); write_com(0x06); write_com(0x01); } /**************1602写指令************/ void write_com(unsigned char com) { RS=0; P0=com; delay_1602(200); E=1; delay_1602(200); E=0; } /*******************1602写数据********************/ void write_date(unsigned char date) { RS=1; P0=date; delay_1602(200); E=1; delay_1602(200); E=0; } void delay_1602(unsigned int t) { while(t--); } ISD1700语音提醒程序 #include "reg52.h" #include "sound.h" #include "ISD1700.H" #define uchar unsigned char #define uint unsigned int /*********函数声明**************/ extern void spi_pu (void); extern void comm_sate(void); extern void spi_stop (void); extern void spi_fwd (void); extern void spi_play(void); extern void isd1700_7byte_comm(uchar comm_par, uint star_addr, uint end_addr); void init(void); void PlaySoundTick(uchar number); void LEDShow(void); void delay_isd(uint time); /*********SPI通信接口**********/ sbit ISD_SS=P3^7; sbit ISD_MISO=P3^4; sbit ISD_MOSI=P3^5; sbit ISD_SCLK=P3^6; sbit RUN_LED = P1^0; //运行指示灯 uchar RunLedTime; bit playflg; void main(void) { init(); //器件初始化 while(1) { comm_sate(); //与上位机通信 if(playflg) //播放标志位 { playflg = 0; //清0 spi_fwd(); //播放指针指向下一曲 delay_isd(30000); //延时 spi_play(); //播放当前 } } } void init(void) { TMOD=0x21; SCON=0x50; TL0=0x00; //25ms TH0=0x70; //25ms TH1=0xE8; TL1=0xE8; //12M/1200bit/s/E6 11.0592M/E8 ET0=1; EA=1; TR0=1; TR1=1; IT0 = 0; EX0 = 1; spi_pu(); P3 = 0xff; RunLedTime = 25; } /************外部中断0服务函数**************/ void int0(void) interrupt 0 { playflg = 1; //播放标志位置1，允许播放 } void tim0_sever(void) interrupt 1 { TL0=0x00; TH0=0x70; //重新赋初值 if(RunLedTime != 0) { if( --RunLedTime == 0) { RUN_LED=~RUN_LED; //1秒钟取反一次 RunLedTime = 25; } } } void delay_isd(uint time) { while(time--!=0); } /**************获取指定语音段地址并播放，用户可根据实际需要进行增减******************/ /**************对应的语音段地址在SOUND.H文件里，具体地址从录音软件中读取*************/ void GetSound(uchar soundtick) { ISD_SS=0; switch(soundtick) { case 0:{ isd1700_7byte_comm(ISD1700_SET_PLAY|ISD_LED, sound_0A, sound_0B); }break; case 1:{ isd1700_7byte_comm(ISD1700_SET_PLAY|ISD_LED, sound_1A, sound_1B); }break; case 2:{ isd1700_7byte_comm(ISD1700_SET_PLAY|ISD_LED, sound_2A, sound_2B); }break; case 3:{ isd1700_7byte_comm(ISD1700_SET_PLAY|ISD_LED, sound_3A, sound_3B); }break; case 4:{ isd1700_7byte_comm(ISD1700_SET_PLAY|ISD_LED, sound_4A, sound_4B); }break; case 5:{ isd1700_7byte_comm(ISD1700_SET_PLAY|ISD_LED, sound_5A, sound_5B); }break; case 6:{ isd1700_7byte_comm(ISD1700_SET_PLAY|ISD_LED, sound_6A, sound_6B); }break; case 7:{ isd1700_7byte_comm(ISD1700_SET_PLAY|ISD_LED, sound_7A, sound_7B); }break; case 8:{ isd1700_7byte_comm(ISD1700_SET_PLAY|ISD_LED, sound_8A, sound_8B); }break; case 9:{ isd1700_7byte_comm(ISD1700_SET_PLAY|ISD_LED, sound_9A, sound_9B); }break; case 10:{ isd1700_7byte_comm(ISD1700_SET_PLAY|ISD_LED, sound_10A, sound_10B); }break; case 11:{ isd1700_7byte_comm(ISD1700_SET_PLAY|ISD_LED, sound_11A, sound_11B); }break; default: break; } ISD_SS=1; } /**********播放指定语音段************/ void PlaySoundTick(uchar number) { spi_stop (); delay_isd(30000); GetSound(number); } 致谢 首先这是在学校最后一次也是最关键的一次设计了，做完这次毕业设计我们也就马上要离开母校，各奔东西了，所以我很珍惜最后的学习机会。感谢母校对我们的培养和教育！ 其次我要非常感谢我们毕业设计的指导老师田斐，做毕业设计期间，每次我去田老师的办公室问问题，总是能看到田老师为学生在耐心讲解问题。每当我们遇到什么问题时候或是比较难以处理的问题时候，老师总是能耐心的帮我们分析问题的错误和不足之处。这不仅使我们学习到课本以外的知识的同时，也看到了田老师兢兢业业，认认真真的工作态度。感谢老师对我们的谆谆教导 最后我还要感谢在这次毕业设计期间帮助和指导过我的同学们，这可能是大家最后一次聚集在一起讨论问题，通过互联网，查阅图书馆的书籍，翻阅各种资料，我认识到了自己还有很多不足之处，同学们都不厌其烦的给我讲解，特别是程序语言和仿真方面，同学们给了我很大帮助。感谢同学们对我的帮助 感谢母校的栽培，感谢所有教育过我的老师，感谢身边帮助我的同学，希望母校越来越好、桃李满天下，希望田老师工作顺利、一帆风顺，希望同学们都能实现自己的梦想，未来很美好，需要我们共同努力。 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作 者 签 名：　　 　 　　日　 期：　　 　 　　 ​​​​​​​​​​​​ 指导教师签名：　　 　 　　 日　　期：　　 　 　　 使用授权说明 本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　 ​​​​​​​​​​​​ 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权　　 　 　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名： 日期： 年 月 日 导师签名： 日期： 年 月 日 注 意 事 项 1.设计（论文）的内容包括： 1）封面（按教务处制定的

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封面格式制作） 2）原创性声明 3）中文摘要（300字左右）、关键词 4）外文摘要、关键词 5）目次页（附件不统一编入） 6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论 7）参考文献 8）致谢 9）附录（对论文支持必要时） 2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。 3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。 4.文字、图表要求： 1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写 2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画 3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印 4）图表应绘制于无格子的页面上 5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档 5.装订顺序 1）设计（论文） 2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订 3）其它 过流 LCD显示 语音提醒 短路 过压 高压 AD采集 继电器 单片机处理 滤波 整流 降压 开始 初始化 相符否 单元清零处理 信号采集 AD转换 语音报警 比较 液晶显示 继电保护动作 结束 返回主函数