BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - PHẠM VĂN HIẾU THIẾT BỊ ĐO KHÍ SỬ DỤNG CƠNG NGHỆ FPAA LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CHUYÊN NGÀNH: ĐO LƯỜNG VÀ CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN Hà Nội – Năm 2012 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - PHẠM VĂN HIẾU THIẾT BỊ ĐO KHÍ SỬ DỤNG CƠNG NGHỆ FPAA LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CHUYÊN NGÀNH: ĐO LƯỜNG VÀ CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : PGS.TSKH TRẦN HOÀI LINH Hà Nội – Năm 2012 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn thạc sỹ khoa học: “Thiết bị đo khí sử dụng cơng nghệ FPAA” tơi tự thiết kế hướng dẫn thầy giáo PGS.TSKH Trần Hoài Linh Các số liệu kết hoàn toàn với thực tế Để hoàn thành luận văn này, sử dụng tài liệu ghi danh mục tài liệu tham khảo không chép hay sử dụng tài liệu khác Nếu phát có chép, tơi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm Hà Nội, ngày 25 tháng 03 năm 2012 Học viên Phạm Văn Hiếu - - DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Cấu tạo cảm biến đốt xúc tác 11 Hình 1.2 Cảm biến bán dẫn màng dầy thiếc ơ-xít (SnO2) .14 Hình 1.3 Cấu tạo cảm biến điện hóa 17 Hình 1.4 Tam giác bốc lửa .25 Hình 1.5 Nguyên lý mạch an toàn tia lửa hoạt động theo nguyên tắc hạn chế khả gây cháy nổ cách hạn chế lượng điện nhiệt độ bề mặt Mạch bao gồm thành phần bản: nguồn điện, điện trở, điện cảm điện dung 27 Hình 1.6 Mạch trở 27 Hình 1.7 a) Đường đặc tính bốc lửa tối thiểu theo nhóm khí cho thiết bị điện dùng khai thác mỏ (nhóm I) b) Đường đặc tính giới hạn nổ cao giới hạn nổ thấp loại khí .28 Hình 1.8 Hàng rào an tồn dùng đi-ốt zener 31 Hình 1.9 Kết nối thiết bị vùng an toàn vùng nguy hiểm thơng qua rào chắn antồn tia lửa dùng đi-ốt zener .32 Hình 1.10 Rào chắn an tồn tia lửa tổ hợp .33 Hình 2.1 Sơ đồ khối thiết bị .35 Hình 2.2 Vi xử lý trung tâm PSoC 36 Hình 2.3 Sơ cấu trúc chíp PSoC1 sơ đồ chân chíp CY8C29566 37 Hình 2.4 Chip FPAA AN231E04 40 Hình 2.5 LCD 2x8 ký tự Chíp DS1307 .41 Hình 2.6 Thẻ nhớ dung lượng lớn SD (1GB) 42 Hình 2.7 Opto-Coupler PC817 sơ đồ kết nối liên động cắt điện thiết bị đo.42 Hình 2.8 IC Max3080 43 Hình 2.9 IC AM422 44 Hình 2.10.Cảm biến khí mê-tan Nemoto 46 Hình 2.11 Đặc tính cảm biến khí mê-tan NPL-13S 47 Hình 2.12 Sensor NAP-701 47 Hình 2.13 Đặc tính đầu sensor NAP-701 48 Hình 3.1 Sơ đồ khối thiết bị .50 Hình 3.2 Sơ đồ khối ghép nối PSoC FPAA 51 Hình 3.3 Sơ đồ kết nối chân chip FPAA AN231E04 51 Hình 3.4 a: Sơ đồ mạch khuếch đại tín hiệu cảm biến khí CH4 52 Hình 3.4 b: Sơ đồ mạch khuếch đại tín hiệu cảm biến CO điện hóa .52 - - Hình 3.5 Cấu hình khuếch đại đảo chip FPAA 53 Hình 3.6 Cấu hình tích phân khuếch đại cảm biến đo khí CO 54 Hình 3.7 Sơ đồ kết nối phím bấm 55 Hình 3.8 Sơ đồ kết nối phím bấm “E” .56 Hình 3.9 Sơ đồ kết nối LCD2x8 56 Hình 3.10 Sơ đồ mạch cịi đèn tín hiệu cắt điện 57 Hình 3.11 Sơ đồ mạch truyền thơng 58 Hình 3.12 Sơ đồ mạch truyền 4-20mA 58 Hình 3.13 Sơ đồ mạch ắc quy .59 Hình 3.14 Sơ đồ mạch ổn áp cảm biến CH4 59 Hình 3.15 Sơ đồ mạch ổn áp mạch 60 Hình 3.16 Các mơ-đun lựa chọn đặt cấu hình cho chíp PSoC .62 Hình 3.17 Phầm cấu hình chung 63 Hình 3.18 Đặt cấu hình cho ADC 64 Hình 3.19 Đặt cấu hình cho DAC 64 Hình 3.20 Đặt cấu hình cho SPI .65 Hình 3.21 Đặt cấu hình cho giao tiếp thẻ SD 65 Hình 3.22 Đặt cấu hình cho giao tiếp thẻ SD 66 Hình 3.23 Cấu hình tài ngun chíp PSoC 67 Hình 3.24 Sơ đồ mạch tương đương an toàn tia lửa thiết bị .69 Hình 3.25 Cấu tạo vỏ .77 Hình 3.26 Ghi nhãn thiết bị 78 Hình 3.27 Bo mạch 78 Hình 4.1 Cấu trúc chương trình .79 Hình 4.2 Mơ tả bật/tắt thiết bị phím mềm .80 Hình 4.3 Trình tự menu cài đặt thiết bị 81 Hình 4.4 Trình tự chế độ hiệu chỉnh 84 Hình 4.5 Chu kỳ đo cảm biến CH4 85 Hình 4.6 Lưu đồ thuật tốn đo 87 Hình 4.7 Giao diện phần mềm công cụ 89 Hình 4.8 Kiến trúc hệ thống 90 Hình 4.9 Mơ hình triển khai mỏ 91 Hình 4.10 Mơ hình thiết kế phịng giám sát tập trung .93 Hình 4.11 Kết cấu trạm cục 94 Hình 4.12 Giao diện giám sát sơ đồ đường lò 95 Hình 4.13 Giao diện giám sát đồ thị 96 - - Hình 4.14 Giao diện cảnh báo 96 Hình 5.1 Mạch in 98 Hình 5.2 Thiết bị đo khí hồn thiện 98 - - MỤC LỤC MỞ ĐẦU 7 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO KHÍ VÀ TIÊU CHUẨN PHỊNG CHỐNG CHÁY NỔ TRONG MƠI TRƯỜNG CĨ KHÍ BỤI NỔ .9 1.1 Tổng quan phương pháp đo khí .10 1.1.1 Cảm biến đốt xúc tác (Catalytic bead sensor) 10 1.1.2 Cảm biến bán dẫn (Semiconductor sensors) 13 1.1.3 Cảm biến điện hóa (Electrochemical sensors) 16 1.1.4 Cảm biến hồng ngoại (Infrared sensors) 19 1.2 Một số tiêu chuẩn phòng nổ sử dụng khai thác hầm lò nguyên tắc thiết kế mạch an toàn tia lửa 22 1.2.1 Giới thiệu tiêu chuẩn phòng nổ 22 1.2.2 Điều kiện gây cháy nổ .25 1.2.3 Nguyên tắc thiết kế mạch an toàn tia lửa .26 CHƯƠNG 2: CÁC YÊU CẦU VỀ ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT VÀ CHỨC NĂNG CỦA THIẾT BỊ ĐO PHÒNG CHỐNG CHÁY NỔ 35 2.1 Khối xử lý trung tâm 35 2.2 Khối FPAA 39 2.3 Khối hiển thị LCD, định thời gian thực phím bấm 41 2.4 Bộ nhớ 41 2.5 Khối cảnh báo .42 2.6 Khối giao tiếp truyền thông RS485 43 2.7 Khối giao tiếp tương tự 43 2.8 Khối nguồn cung cấp 44 2.9 Cảm biến .44 2.10 Vỏ thiết bị .48 2.11 Hệ thống quan trắc khí mỏ 48 CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐO KHÍ 50 3.1 Sơ đồ khối mạch thiết bị .50 - - 3.2 Đặt cấu hình FPAA 50 3.3 Phím bấm, hiển thị 55 3.4 Còi đèn, tín hiệu cắt điện 56 3.5 Khối truyền liệu .57 3.6 Ắc-quy 58 3.7 Khối nguồn ổn áp 59 3.8 Khối xử lý trung 60 3.9 Phân tích thiết kế mạch an tồn tia lửa 68 3.10 Thiết kế vỏ 76 3.11 Bo mạch 78 CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG PHẦN MỀM THIẾT BỊ VÀ ĐỀ XUẤT HỆ THỐNG GIÁM SÁT KHÍ 79 4.1 Thiết kế phần mềm 79 4.1.1 Chương trình khởi động tắt thiết bị 80 4.1.2 Chương trình xử lý menu .80 4.1.2 Chế độ hiệu chỉnh mềm 81 4.1.3 Lấy mẫu xử lý phép đo .85 4.1.4 Truyền thông 88 4.1.5 Phần mềm cấu hình máy đo máy tính PC 89 4.2 Đề xuất hệ thống giám sát khí 90 4.2.1 Kiến trúc hệ thống 90 4.2.2 Mô tả thành phần tính hệ thống 91 CHƯƠNG V: CÁC KẾT QUẢ THỰC HIỆN 97 TÀI LIỆU THAM KHẢO 104 Phụ lục A Các đường cong đặc tính 105 Phụ lục B Quy trình thử nghiệm thiết bị 108 Phụ lục C Định dạng chuỗi liệu 110 - - Mở đầu MỞ ĐẦU Ngành khai thác mỏ giới Việt Nam nói riêng ngày khai thác xuống sâu, kèm với mức độ chứa khí khí cao, năm vừa qua nhiều vụ tai nạn nổ khí xảy (ở Việt Nam xảy vụ nổ khí mê-tan mỏ than Mạo Khê làm chết 19 người, mỏ Thống Nhất làm chết người mỏ Khe Chàm làm chết người), vấn đề kiểm sốt khí quan trọng Hầu giới có quy định bắt buộc mỏ khai thác hầm lò phải trang bị hệ thống kiểm sốt khí, nâng cao an tồn tăng suất khai thác, nhu cầu thiết bị đo khí cao Hơn với đặc thù cảm biến khí thường phi tuyến độ trôi lớn nên cần hiệu chỉnh thay đầu đo thường xuyên, yếu tố làm tăng nhu cầu làm chủ công nghệ để chế tạo thiết bị nước Hai loại khí cần kiểm sốt hầm mỏ khí CH4 khí CO Khí CH4 thành phần khí chủ yếu tích tụ vỉa than ngồi q trình khai thác, lượng khí nhiều thơng gió mỏ khơng đáp ứng kịp làm giảm lượng ơ-xy khơng khí gây hại cho sức khỏe thợ mỏ Một yếu tố nguy hiểm nồng độ khí CH4 khơng khí đạt đến khoảng giới hạn cháy nổ, gặp nguồn phát sinh tia lửa gây cháy nổ dẫn đến thiệt hại nghiêm trọng cho người tài sản Cịn khí CO khí phát sinh q trình cháy thiếu ơ-xy hầm mỏ, xảy cháy nổ khí CH4 hầm mỏ lượng khí CO sinh nhiều, phát sớm xuất khí hỗ trợ mỏ tiến hành biện pháp sơ tán kịp thời tránh nhiễm độc CO Thực tế vụ nổ khí mỏ số lượng người chết nhiễm độc khí CO sinh nhiều so với số người chết va đập trực tiếp từ vụ nổ Do đó, thiết kế thiết bị đo khí CH4 khí CO cho hầm mỏ nội dung luận văn Ngày kỹ thuật đo lường đạt bước tiến cao, giảm thời gian thiết kế sản phẩm thương mại tới mức tối đa nhờ sử dụng kỹ thuật vi điện tử, vi xử lý có mật độ tích hợp cao phát triển công nghệ thông tin Đây điều thuận lợi cho kỹ sư thiết kế chế tạo thiết bị đo lường nói chung thiết bị đo khí nói riêng nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng nơi họ sinh sống giảm tối đa chi phí phải nhập ngoại Luận văn sử dụng công nghệ FPAA vi điều khiển PSoC làm tảng cho việc thiết kế thiết bị đo khí - - Mở đầu Đề tài đặt mục đích kết cần đạt sau: Với Tìm hiểu phương pháp đo khí, tiêu chuẩn cháy nổ nguyên tắc thiết kế mạch an toàn tia lửa Tìm hiểu nghiên cứu cơng nghệ FPAA cơng nghệ PSoC Thiết kế máy đo nồng độ khí hầm mỏ sử dụng công nghệ FPAA PSoC Đề xuất thiết kế hệ thống cảnh báo khí tự động dựa thiết bị đo khí thiết kế cho mơi trường có nguy cháy nổ mục tiêu luận văn bố cục nội dung thành chương phần kết luận sau: Nội Chương 1: Tổng quan phương pháp đo khí tiêu chuẩn phịng chống cháy nổ mơi trường mỏ hầm lị có khí bụi nổ Chương 2: Các yêu cầu đặc tính kỹ thuật chức thiết bị đo phòng chống cháy nổ Chương 3: Phân tích thiết kế thiết bị đo khí phịng chống cháy nổ Chương 4: Xây dựng phần mềm thiết bị hệ thống giám sát khí Chương V: Các kết thực Kết nghiên cứu hướng phát triển dung nghiên cứu luận văn cho thấy khả ứng dụng công nghệ FPAA, PSoC việc chế tạo thiết bị đo lường nói chung thiết bị đo khí nói riêng sử dụng mơi trường cơng nghiệp có nguy cháy nổ mỏ than khai thác hầm lò Việt Nam Với lực hạn chế thân nguyên nhân khách quan, chủ quan khác, nội dụng luận văn khó tránh khỏi thiếu sót Em mong góp ý q thầy cơ, bạn bè đồng nghiệp để luận văn hoàn thiện Tác giả xin chân thành cảm ơn thầy giáo cô giáo Bộ môn Kỹ thuật đo Tin học công nghiệp, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, bạn bè đồng nghiệp giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi thời gian thực luận văn Đặc biệt tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc với Thầy giáo PGS.TSKH Trần Hồi Linh quan tâm, tận tình hướng dẫn giúp tác giả xây dựng hoàn thành luận văn - - Phụ lục Phụ lục A Các đường cong đặc tính - 105 - Phụ lục Quan hệ bốc lửa điện áp điện dung U = f(C) Quan hệ bốc lửa điện áp dòng điện U = f(I) - 106 - Phụ lục Quan hệ bốc lửa dòng điện điện cảm L = f(I) - 107 - Phụ lục Phụ lục B Quy trình thử nghiệm thiết bị đo khí (Quy trình thử nghiệm thiết bị đo khí ban hành nội Trung tâm An toàn Mỏ) a Kiểm tra thơng số an tồn - Thơng số an tồn tia lửa: + Điện áp làm việc lớn thiết bị đo Umax: 33V + Dòng điện làm việc lớn thiết bị đo Imax: 850mA + Điện cảm trong: Li = 0mH + Điện dung trong: Ci = 0uF + Điện áp làm việc: Uđm = 12VDC - Độ kín thiết bị đo lị: thơng thường thiết bị kiểu sử dụng cấp bảo vệ IP54 (yêu cầu tiêu chuẩn thấp hơn), thiết bị đặt tủ mơi trường phịng thí nghiệm có độ ẩm nhiệt độ giống với mơi trường hầm mỏ Việt Nam (99%H, 40oC), trình thử thiết bị phải hoạt động liên tục để đánh giá độ ổn định độ kín thiết bị b Thử thiết bị đo: Giải đo thử 0-5% nồng độ CH4, giải 0-3% sai số cho phép ± 0.1%, từ 3-5% sai số ± 0.3% Việc thử nghiệm tiến hành số giá trị đo, cụ thể: 0%, 0.5%, 1%, 1.5%, 2%, 2.5%, 3%, 3.5%, 4.0%, 5% tiến hành lượt với khoảng thời gian giãn cách, kết lượt thử kết đánh giá sai số đầu đo Với thiết bị đo khí CO sai số cho phép ±3ppm dải thấp ±5ppm dải cao, giá trị thử thường 30ppm, 60ppm, 100ppm, 150ppm, 200ppm, 300ppm, Một quy định cần tuân thủ thử là: Đầu đo phép hiệu chỉnh lần người thực trước lượt thử Công tác chuẩn bị: buồng trộn khí, bình khí CH4 (CO) sạch, thiết bị đo khí CH4 (CO) chuẩn hố, máy bơm/ hút khí, máy đo tần số, máy phát tần số số dụng cụ cần thiết khác Trình tự lượt thử: tiến hành từ đến 5% (với CO 0-300ppm) + Lấy khơng khí (0%,), bơm khí vào sensor (dùng chụp sensor chuyên dùng) với tốc độ trậm khoảng thời gian phút, ghi kết đo - 108 - Phụ lục + Trộn khí CH4 (CO) nồng độ cần thử, bơm khí vào sensor (dùng chụp sensor chuyên dùng) với tốc độ trậm khoảng thời gian phút, sau bấm nút gọi đo để đầu đo bắt đầu đo mẫu khí, ghi kết đo tần số tín hiệu phát tương ứng với giá trị đo + Tiến hành tương tự với mẫu khí khác Khoảng cách hai lần đo liên tiếp tối thiểu phút Kiểm tra tín hiệu báo động đầu đo phát nồng độ khí vượt ngưỡng cài đặt Tín hiệu báo động âm thanh, ánh sáng gửi máy cắt điện Các tín hiệu báo động sử dụng không người dùng cài đặt c Kiểm tra tín hiệu Sử dụng máy đo dịng điện nhỏ chuẩn hóa số dụng cụ khác để kiểm tra kết nối Ghi tín hiệu dịng điện tương ứng với mẫu khí thử: + 0-5%CH4 (hoặc 0-300ppm CO) tương ứng với tín hiệu 4-20mA + Đánh giá sai số Sau kiểm tra thử nghiệm thiết bị đo, tiến hành chạy thử liên tục nhiều ngày để theo dõi độ ổn định thiết bị Ghi chú: 1% = 10.000 ppm - 109 - Phụ lục Phụ lục C Định dạng chuỗi liệu a Chuỗi liệu đo - Chuỗi lệnh yêu cầu add Func=1 crc Với func =1 + add: địa thiết bị, byte + func: mã lệnh byte, =1 - lệnh đọc liệu - lệnh gửi cấu hình - lệnh đặt cấu hình - lệnh đặt thời gian - lệnh đọc liệu khứ + crc: kiểm tra, byte - chuỗi trả lời add Func=1 data status bat vsen crc + data: liệu đo, byte + status: liệu trạng thái byte, Bit0: cảnh báo cịi đèn, =1 có cảnh báo Bit1: trạng thái máy cắt, =1 cắt Bit2: kết nối nguồn ngoài, =1 kết nối với nguồn + bat: điện áp ắc-quy, byte + vsen: điện áp nguồn cảm biến, byte b Chuỗi liệu đọc cấu hình - Chuỗi lệnh yêu cầu add Func=2 crc Với func = - chuỗi trả lời add Func=2 alarm mode No + alarm: ngưỡng cảnh báo đặt - 110 - N1 C1 N2 C2 crc Phụ lục + mode: cài đặt chế độ Bit0: =0 đo CH4, =1 đo CO Bit1: đặt báo động cịi đèn, =0 khơng báo, =1 báo cịi đèn Bit2: cài đặt cắt điện, =0 không dùng, =1 cắt điện vượt ngưỡng + No: giá trị ADC điểm không, byte + N1: giá trị ADC điểm hiệu chỉnh 1, byte + C1: nồng độ điểm hiệu chỉnh 1, byte + N2: giá trị ADC điểm hiệu chỉnh 2, byte + C2: nồng độ điểm hiệu chỉnh 2, byte c Chuỗi liệu ghi cấu hình - chuỗi gửi add Func=3 alarm mode No N1 C1 N2 C2 crc + func = + alarm: ngưỡng cảnh báo đặt + mode: cài đặt chế độ Bit0: =0 đo CH4, =1 đo CO Bit1: đặt báo động cịi đèn, =0 khơng báo, =1 báo cịi đèn Bit2: cài đặt cắt điện, =0 không dùng, =1 cắt điện vượt ngưỡng + No: giá trị ADC điểm không, byte + N1: giá trị ADC điểm hiệu chỉnh 1, byte + C1: nồng độ điểm hiệu chỉnh 1, byte + N2: giá trị ADC điểm hiệu chỉnh 2, byte + C2: nồng độ điểm hiệu chỉnh 2, byte - Chuỗi phản hồi add Func=3 OK crc d Chuỗi liệu đặt thời gian - Chuỗi lệnh yêu cầu add func=4 day mon year hour + day: ngày đặt, byte + mon: tháng đặt, byte - 111 - sec crc Phụ lục + year: năm đặt, byte + hour: đặt, byte + min: phút đặt, byte + sec: giây đặt, byte - chuỗi trả lời add Func=4 OK crc e Lưu trữ liệu thẻ nhớ Dữ liệu đo lường lưu trữ vào thẻ nhớ SD theo thời gian thực để tiện cho việc theo dõi hoạt động thiết bị thời gian dài Cấu trúc liệu lưu vào thẻ nhớ sau: Một thẻ nhớ có cấu trúc lưu trữ nhỏ Sector đánh số thứ tự từ tăng dần Mỗi sector có 512 Bytes Thiết bị lưu liệu theo phân vùng nhớ sau: + Sector từ đến 1022 không dùng + Sector 1023 dùng lưu liệu trỏ Pdata pheader để từ tính thơng tin nhớ như: lưu file, lưu đến sector thứ thẻ nhớ +Sector 1024 đến 4095 lưu liệu file ( theo ngày tháng năm mã thiết bị) Mỗi sector số sector cho ta nhận biết đâu liệu thiết bị ngày tải + Sector từ 4096 trở để lưu liệu Định dạng liệu Sector chi tiết bảng C.1 Bảng C.1 Khung liệu sector Thứ tự Word Giá trị tính (Word) sector DeviceID Ngày Tháng Năm Giờ - 112 - Ghi Phụ lục Phút Giấy %CH4 Giá trị ppmCO Giá trị Trạng thái còi 10 Trạng thái máy cắt 11 Trạng thái kết nối nguồn 12 Điện áp ắc quy 13 Điện áp nguồn cảm biến 14 Ngưỡng cảnh báo CH4 15 Ngưỡng cảnh báo CO 16 Chế độ làm việc 17 Đặt cảnh báo cịi 18 Đặt cắt điện 19 Giá trị ADC chỉnh không (No) Dành cho đo CH4 20 Giá trị ADC chỉnh nhạy (N1) // 21 Giá trị nồng độ chỉnh nhạy // CH4 CO (C1) 22 Giá trị ADC chỉnh nhạy (N2) // 23 Giá trị nồng độ chỉnh nhạy // (C2) 24 Giá trị ADC chỉnh không (No) Dành cho đo CO 25 Giá trị ADC chỉnh nhạy (N1) // 26 Giá trị nồng độ chỉnh nhạy // (C1) 27 Giá trị ADC chỉnh nhạy (N2) // 28 Giá trị nồng độ chỉnh nhạy // (C2) - 113 - Phụ lục Phụ lục D Mã nguồn chương trình / -// C main line // -#include #include "PSoCAPI.h" // part specific constants and macros // PSoC API definitions for all User Modules #include "stdlib.h" #include "math.h" #pragma interrupt_handler Counter8_1_ISR; //define keys////////////////////////////////////////////////////// const BYTE enter = 0x01; //Enter key const BYTE cancel = 0x02; //Cancel key const BYTE plus = 0x04; //+ key const BYTE minus = 0x08; //- key const BYTE m_co = 0x01; //Do CO const BYTE m_ch4 = 0x00; //Do CH4 //define status bit//////////////////////////////////////////////// const BYTE hold = 0x08; //P1.3 Hold supply power const BYTE connected = 0x80;//P4.7, Bao ket noi nguon const BYTE goido = 0x04; //P3.2, Bao ket goido /////////////////////////////////////////////////////////////////// //Declare global variables///////////////////////////////////////// BYTE key, key1,key2; int temp[10]; //Su dung trung gian double tgian; //Bien trungngian unsigned int key_time; //timer for getting a key BYTE h_byte,l_byte;// int hng,ht,hc,hdv; char buf[5]; //buffer for display int ch4,co; int Nadc, Noch4, N1ch4, span1ch4, N2ch4, span2ch4; int Noco, N1co, span1co, N2co, span2co; - 114 - Phụ lục int span420ch4, span420co; //20mA full range int time; //sampling period int Vacquy; //Dien ap ac-quy BYTE mode; // =0/%CH4, =1/ppmCO BYTE submenu_pos[8];//con tro dang o menu nao va man hinh dang hien menu nao BYTE config[29]; // :00-Che do, :01-Nguongch4,:02-Nguongco, :03-May cat, :04-Coi bao dong, //05:06-4.20mach4, 07:08-4.20maco, //09:10-Nzeroch4, 11:12-N1ch4, 13:14-span1ch4, 15:16-N2ch4,17:18-span2ch4 //19:20-Nzeroco, 21:22-N1co, 23:24-span1co, 25:26-N2co, 27:28-span2co int dac_output; //Set ADC data reg for curent output 4.20ma /////////////////////////////////////////////////////////////////////////// ///Interrupt routines////////////////////////////////////////////////////// /////////////////////////////////////////////////////////////////////////// void Counter8_1_ISR(void) { key_time++;//timer for getting a key //time++; //period sampling } //////////////////////////////////////////////////////////////////// ///Subroutines////////////////////////////////////////////////////// //////////////////////////////////////////////////////////////////// void delay(unsigned int t); BYTE get_key(void); BYTE wait_key_up(void); BYTE wait_key_down(void); BYTE wait_key_release(void); BYTE key_press(void); void measure_ch4(void); void measure_co(void); int submeasure_ch4(void); //P0.1 int submeasure_co(void);//P0.5 int check_batt(void); //P0.3 int check_vsen(void); //P0.7 - 115 - Phụ lục int TinhNongDoch4(int n); int TinhNongDoco(int n); void tach_chu_so(int so); void tach_ht_hc(int so); void bao_nguon_yeu(void); //thong bao nguong yeu va dung viec void displaych4(int ds); //display %ch4 void displayco(int ds); //display ppmCO void display_unsign(int ds); //display unsigned int void init_blocks(void); void stop_blocks(void); void start_device(void); void DuyTriNguon(BYTE nguon); void GoiDo(BYTE goido); void ChoPhepTramGoiDo(BYTE tram); void MayCat_1(BYTE mac); BYTE KtraGoiTuTram(void); BYTE KtrKetNoi(void); void BaoCoi(BYTE bc); void init(void); void menu(void); void mnu_TatMay(void); void mnu_CheDo(void); void mnu_Nguong(void); void mnu_MayCat(void); void mnu_CoiBD(void); void mnu_XemCauHinh(void); void mnu_420ma(void); void mnu_Calib(void); void high_calib(void); void zero_calib(void); void mnu_TatMay_Nhan(BYTE tm,BYTE row); void mnu_CheDo_Nhan(BYTE cd,BYTE row); void mnu_Nguong_Nhan(BYTE ng,BYTE row); void mnu_MayCat_Nhan(BYTE mc,BYTE row); void mnu_CoiBD_Nhan(BYTE coi,BYTE row); void mnu_XemCauHinh_Nhan(BYTE config,BYTE row); void mnu_420ma_Nhan(BYTE thoat,BYTE row); - 116 - Phụ lục void mnu_Calib_Nhan(BYTE cali,BYTE row); void XulyPhimCong_menu(void); void XulyPhimTru_menu(void); void DichChuyenMenu(void); void HienNguong(BYTE n, BYTE mod); void convert_dac(int dac); void check_serial(void); //Truyen thong noi tiep void h_l_byte(unsigned int in); void view_adc(int n); void load_fpaa(void); //Nap cau hinh cho void save_sdcard(void); //Luu vao the nho void set_time(); //From PC void main() { // Insert your main routine code he0000re BYTE scankey; //PRT2DR|=hold; //Duy tri nguon P2.4 Counter8_1_EnableInt(); M8C_EnableGInt; LCD_1_Start(); start_device(); SPIM_1_Start(SPIM_1_SPIM_MODE_1 | SPIM_1_SPIM_MSB_FIRST); // Chu y Counter8_ACLK_Start(); PGA_1_Start(3); DAC9_1_Start(3); Counter8_1_Start(); AMUX8_1_Start(); Counter16_1_Start(); ADCINC12_1_Start(3); ADCINC12_1_GetSamples(0); load_fpaa(); init(); // Nap cau hinh FPAA //check the first time //loop forever while(1) { time++; //if (wait_key_down()==enter) menu(); //Parameters settings - 117 - Phụ lục menu(); //Cai dat, hieu chinh thiet bi if (time>200) //scan period { LCD_1_Position(0,0); if (mode==ch4) LCD_1_PrCString("%CH4 "); else LCD_1_PrCString("ppmCO "); LCD_1_Position(1,0); if (mode==ch4) measure_ch4(); else measure_co(); time=0; convert_dac(ch4,mode); //Current output, 4-20mA save_sdcard(); } check_serial(); //Ktra chuoi truyen thong } }//end of main program - 118 - Phụ lục DS3 M1 IRF9540N/TO DS4 M2 IRF9540N/TO R14 1,5/5W F5 JN1 R10 batt ZN2 12V C2 105 ZN1 12V Cp1 SDCard F7 L1117L-3.3 Int put + 10uF R18 47k 47k Out put R24 0.1 R9 4,7k baodong 420 hold D3 Cæng nèi nguån, tín hiệu 4-20mA tín hiệu báo động R17 100R D5 R13 1.5k D10 Q3 C828 0.1uF 22uF SDCardSD_SCLK_Pin COM D6 47k R12 47k R15 VCC_A VIN + RVc Rc4 Rc1 FX1 10 11 SCHOTTKY VCC_A 47k R27 M¹ch nguån 5V 3.3V 3.3V C14 0.1uF VCC_A C18 C19 C17 0.1uF 0.1uF 0.1uF C20 0.1uF C21 0.1uF J11 C22 0.1uF 0.1uF C16 C9 1uF RX VMạch cầu WheatStone SCL RN1 15k Khối thời gian thực SDA Tín hiệu điện áp tõ cÇu WheatStone key key key KÕt nối cảm biến CH4 CO P2[5] P2[3], AI P2[1], AI P4[7] P4[5] P4[3] P4[1] SMP P3[7] P3[5] P3[3] R_led 1k5 EX1 i1 i2 i3 i4 i5 i6 i7 i8 i9 i10 i11 J6 Buttons 3.3V 3.3V MOSI RS7 10k RS8 10k Enable_RX SCL SDA onof f RESET CY 8C29566 P2[4] P2[2] P2[0] P4[6] P4[4] P4[2] P4[0] XRES P3[6] P3[4] P3[2] 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 J33 J32 J31 J30 J29 J28 J27 J26 J25 J24 J23 SDCardSD_CD_Pin SDCardSD_SCLK_Pin SDCardSD_CS_Pin RW ENA DB6 DB4 RESET MOSI SCLK GioDo beep 5V batt_A PSoC (khèi xư lý trung t©m) 44 43 42 41 40 39 38 37 36 35 34 backlight DB4 DB5 DB6 DB7 10 11 J12 J13 J14 J15 J16 J17 J18 J19 J20 J21 J22 10 11 J23 J24 J25 J26 J27 J28 J29 J30 J31 J32 J33 10 11 J34 J35 J36 J37 J38 J39 J40 J41 J42 J43 J44 TX 14 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 DZ5 5,6V DZ7 5,6V DZ4 5,6V DZ6 5,6V DZ8 5,6V MAX3080 J14 CH4 RX A RO B GND GND RE R45 12 470 Enable_RX DZ9 5,6V DZ11 5,6V DZ13 5,6V DZ10 5,6V DZ12 5,6V DZ14 5,6V 3,3 F2 Fast FUSE F3 Fast FUSE J15 C11 0.1 R57 100 Terminal R46 R56 3,3 470 Khối truyền thông Sơ đồ mạch nguyên lý thiết bị đo khí sử dụng công nghệ FPAA - 119 - F4 Fast FUSE Cỉng trun th«ng RS485/422 CON4 J11 FX4 10 11 J11 LCD F1 Fast FUSE J2 3,3 R55 11 3,3 R40 10 1 R54 DZ3 5,6V 33 2 Khèi FPAA ch4- J13 CO ch4ch4+ R39 33 VCC Y DI Z inputCOinputCO+ EX4 R53 U10 J11 FX3 Ra LCD LCD 4,7K 3.3V 10 11 12 13 14 15 16 Q7 C828 R58 inputCO- C J11 R34 2.2k 5V i33 SCLK i32 i31 SS_FPAA i30 i29 i28 i27 i26 i25 i24 D+ i23 D- 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 DE RESETb SO MEMCLK/DOUT2 ACTIVATE ERRb LCCb/DOUT1 SI DVSS DVDD MODE ACLK AN231E04 SCLK CS1b CS2b CFGFLGb BVSS VREFN VMR VREFP BVDD I4P I4N I3N O3N O3P IO5P IO5N IO6P IO6N IO7P IO7N O4P O4N I1P I1N O1N O1P AVSS O2P O2N I2N I2P AVDD I3P R32 1k R33 47k i13 i14 i15 i16 i17 i18 i19 i20 i21 i22 i11i10i9 i8 i7 i6 i5 i4 i3 i2 i1 10 11 i12 W 3.3V i34 i35 i36 i37 i38 i39 i40 i41 i42 i43 i44 J4 RS RW ENA R37 2.2k i34 i35 i36 i37 i38 i39 i40 i41 i42 i43 i44 R J11 10 11 M¹ch cảnh báo còi liên động cắt điện Vee backlight beep RS6 10k U8 i12 i13 i14 i15 i16 i17 i18 i19 i20 i21 i22 i23 i24 i25 i26 i27 i28 i29 i30 i31 i32 i33 Q8 C828 R36 47k ACLK J11 EX2 EX3 R35 2,2k break RESFPAA hold prog 3.3V RESFPAA SPEAKER LS1 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 3.3V VCC_A start1 start2 key key 2 Led_done TX 10 11 10 11 batt P3[1] P1[7], P1[5], P1[3] P1[1], GND P1[0], P1[2] P1[4], P1[6] P3[0] J9 1k break ACLK P2[7] AI, P0[1] AIO, P0[3] AIO, P0[5] AI, P0[7] VCC AI, P0[6] AIO, P0[4] AIO, P0[2] AI, P0[0] P2[6] SDCardSD_WP_Pin J1 SDCardSD_DO_Pin J2 SDCardSD_DI_Pin J3 connected J4 RS J5 DB7 J6 DB5 J7 J8 J9 J10 10 J11 11 VRS1 5k R42 22k R41 22k J8 D9 DAC 44 43 42 41 40 39 38 37 36 35 34 U3 VCC_A D+ baodong break VCC Vbat_A ch4+ DS1307 VCC_A V+ D- RS2 Rbat2 + 1k ISO2 PC817 Vsen inputCO+ Vbat_A RS5 10k j3 CH4 BT1 1,2v 33p batt R43 1k I2C SDA, XTALout 33p VBAT VCC_A Rbat1 10k D8 CON2 inputCOch4- SDA EXTCLK C15 Vsen 3V SCL VCC_A J44 J43 J42 J41 J40 J39 J38 J37 J36 J35 J34 VCC_A CO SDA SQW/OUT I2C SCL, XTALin Y 32,768KHz X1 X2 ISO1 PC817 R44 2,2k VCC_A VCC I2C SCL I2C SDA 1k J1 J2 J3 J4 J5 J6 J7 J8 J9 J10 J11 C13 SCL RS1 10 11 J11 FX2 Khèi truyÒn 4-20mA U5 1k D13 12V + C7 1uF Q5 C828 v sig Rc2 C W R RS4 D12 12V connected J10 RS3 1k D11 12V AM422 RVc1 R26 1,5/5W D7 3 D19 C8 330uF D18 4,7V VIN SET D17 4,7V FB LM2575 OUT O/F GND OUT D16 4,7V U7 300uH RS L2 VSET SOT-223 Int put R23 5V Out put 1K 1K VREF Q9 TIP31 R22 10K 0.1uF 0.1uF U2 GND Rc0 25 Rc5 VCC_A C24 U15 L1117L-3.3 ADJ/GND C23 Rc13 422 3.3V Cp9 2,2uF + 10 11 SDCard 47k R19 Vref Rc3 10 11 R8 10K Q4 C828 Khối mạch cấp nguồn đầu vào R7 100k Vref J11 3,3V CÊp nguån cho c¶m biÕn CH4 R6 10K R20 1.5k GioDo Q10 C828 R25 10 11 3,3V SDCardSD_DO_Pin 10 SDCardSD_CD_Pin 11 SDCardSD_WP_Pin 12 R16 10K C12 + DS10 DS12 0.1uF 10 11 3,3V Cp4 DS11 C25 10 11 ZN9 key start2 R_led_nguon 15/2W R11 100R start1 4k7 CON4 10 11 ZN8 Batt Led_nguon Fast FUSE R1 10 11 SDCardSD_CS_Pin SDCardSD_DI_Pin Vsen ZN7 SOT-223 J12 J13 J14 J15 J16 J17 J18 J19 J20 J21 J22 ZN3 12V U6 Fast FUSE Vin J1 ADJ/GND DS2 R21 47/5W ... tài thiết kế thiết bị đo khí dùng hầm mỏ ứng dụng cơng nghệ FPAA, dó đề tài sâu thiết kế đầu đo đáp ứng tiêu chuẩn thiết bị sử dụng ngành khai thác mỏ sử dụng cơng nghệ FPAA Ngồi tính sử dụng thiết. .. nghiên cứu cơng nghệ FPAA công nghệ PSoC Thiết kế máy đo nồng độ khí hầm mỏ sử dụng cơng nghệ FPAA PSoC Đề xuất thiết kế hệ thống cảnh báo khí tự động dựa thiết bị đo khí thiết kế cho mơi trường... pháp đo khí? ?? Căn theo lượng bốc lửa tối thiểu, khí cháy chia thành nhóm, theo thiết bị điện an tồn chia thành hai nhóm: Nhóm I thiết bị điện sử dụng vùng mỏ có khí cháy nổ, Nhóm II thiết bị sử dụng