平顶山工业职业技术学院成人教育学院毕业设计（论文）说明书 所传输的脉冲数的比值。并且频率型模拟信号的接收是一个积分过程，在一个周期内由于受到干扰而发生的增加脉冲和减少脉冲数可以抵消，最后的影响仅为增加脉冲数与减少脉冲数的差值。频率型模拟信号还便于使用性能价格比高的光电藕合器进行本质安全防爆隔离。光电藕合器是非线性器件不能用于电流型和电压型模拟信号的本质安全防爆隔离。因此，模拟信号宜优选频率型。 2.3.3 模拟输出信号的转换
模拟信号除电压型、电流型和频率型信号外，还有脉冲幅度、脉冲宽度、脉冲相位等。这些信号在矿井监控系统中很难见到。在矿井监控系统中最常用的模拟信号是频率型和电流型，近距离和设备内部除频率型和电流型外，还有电压型。因此，电压、电流和频率型信号的相互转换十分重要。常用的转换主要有：电流/电压（I/V ）及电压/电流（V/I）等。 1 I/V 转换
I/V 转换的方法很多，图2.11 所示的电路就是其中的一种。图中，VO为输出电压，
Ii为输入电流，RF为运算放大器反馈电阻。VO??RF?Ii
图2.11 I/V 转换电路
2 频率／电压（F / V ）及电压／频率（V / F ）转换 1） F / V 转换
一种F / V 转换电路如图2.12所示，其工作原理是：利用输入脉冲F 的上升沿（或下降沿）触发单稳态触发器，单稳态触发器对应每一个输人脉冲的上升沿（或下降沿）都有一个恒定宽度的脉冲输出，并且输出脉冲频率与输人脉冲频率相等。该脉冲经RC 滤波器滤波后，电压V0 随输人脉冲频率的增大而增大，从而将频率信号转换电压信号。各点波形如图2.12b 所示。
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图2.12
2 V / F 转换
由运算放大器和555 时基电路组成的V / F 转换转换器，如图2.13所示。在图中，
Vi为输人电压，F 为输出信号的频率。运算放大器与R1、C1共同组成双向积分电路，555
时基电路与R3、C3 共同组成单稳态电路。积分器的输出信号VO 控制单稳态触发电路的触发端，单稳态电路的输出VF 被反馈至双向积分器的正向输人端。由于在设计上要求输出脉冲幅度大于满量程输人电压Vi。因此，双向积分器的输出电压VO作斜坡式上升
VO作斜坡式下降变化或下降变化而形成三角波。其工作过程是：当VF 为低电平时，（在
R1、C1一定的条件下，其变化速率正比于VO），直到达到单稳态触发器门限值Vcc / 3 ，
使单稳态触发器输出vF 变为高电平时为止。
图2.13 V / F 转换电路
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图2.14 V / F 转换电路波形关系
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平顶山工业职业技术学院成人教育学院毕业设计（论文）说明书 第三章 监测分站工作原理及接口电路设计方案
监测分站它一方面要监测低浓瓦斯、高浓瓦斯、一氧化碳、风速、温度、压力等环境参数，以及风门、风筒等开关状态，并将这些参数通过交换机等送往地面中心站；同时又要将地面中心站发出各种命令通过执行设备去执行相关命令。因此监测分站的数据处理、数据交换对整个煤矿安全监测系统中有着非常重要的作用。
3.1监测分站的功能
根据《国家煤矿安全生产规程》及煤矿生产实际情况要求，煤矿安全监测分站必须具备以下功能：
l可以监测低浓瓦斯、高浓瓦斯、一氧化碳、风速、温度、压力等环境参数，以及风门、风筒等开关参数，并能监测煤仓煤位、水位、电压、电流以及机电设备开/停等生产参数。
2每台分站受中心站控制，执行中心站的各种命令，并将分站的各种监测参数和工作状态传送给中心站。
3每台分站可以外接X个频率量输入式的传感器或16-X 个开关量传感器（X ：频率量输入式传感器个数，X ≤16 )分站箱部分有两路控制（断电）功能。
4适合矿井及地面工厂ⅡB 类环境需要，耐压、耐腐蚀、防潮、密封。 5具有掉电初始化信息不丢失的保护功能。 6分站本身具有死机自动复位功能。
7电源箱提供分站部分及外接传感器的工作电源。 8当交流电源停电时，备用蓄电池自动投入工作。 9当分站主权关掉其工作电源时，蓄电池能自动断开。
10当分站主权给出断电控制信号时，电源箱能实现一路（非本安）控制（断电）功能。
11用于地面工厂ⅡB 类环境时，可以监测烟雾、可燃气体等参数。
3.2监测分站工作原理及电路设计方案
根据上述要求监测分站主要由单片机负责控制传感器数据的输入及处理，同时单片机将处理后的数据通过通讯电路通讯电缆送往地面中心站。为了防止单片机在运行中发生故障（比如死机等），增加了死机复位和看门狗电路。分站拨号电路是为了给每一个分站都通过硬件电路来给分站进行定义，让每个分站在监测系统中都有一个的唯一的地址代码。
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平顶山工业职业技术学院成人教育学院毕业设计（论文）说明书 3.2.1监测分站工作原理框图
图3.1 监测分站电路设计框图
3.2.2监测分站工作原理
瓦斯传感器输出的频率型信号通过信号传输电缆输送到监测分站的输入端，经过光电隔离及整形电路变换成单片机要求的数字量信号，由于同时输入分站的信号数量较多，监测分站单片机通过多路数据选择器，分时对多路信号进行处理，处理后的数据在进行显示的同时又将数据通过通讯电路送往中心站，以便地面监测人员了解井下瓦斯浓度。当传感器输出瓦斯浓度超过分站设定断电浓度值时，监测分站发出断电信号及时切断井下相应区域内的非本安设备电源。 3.2.3监测分站电路设计方案的确定 1单片机的选择
根据现代化矿井对安全及瓦斯监测系统的功能要求越来越高,本次设计的监测分站最多可以同时输入16路传感器信号，能同井上的上位机进行数据通信的设计要求，考虑发展和应用情况，经分析比较后确定单片机的机种、型号为AT89C52单片机。 2模拟量输入通道结构的确定
(1)由于监测分站可以同时输入16路模拟量或开关量信号，因此选用16路转换模拟开关(MUX)；
(2)监测分站输入模拟量信号的为电流型1～5mA或者是频率型200～1000Hz；对于电流型信号必须进行I/F转换后送给单片机。因此在输入通道加设I/F转换电路，若输入为频率型信号可以直接通过光电转换电路后送给分站单片机。 3开关量输入通道结构的确定
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