STC12C5A60S2芯片在通風機監測中的應用

摘 要：本文介紹了一種以STC12C5A60S2單片機為核心的通風機監測設計方案。該芯片不僅具有高速、低功耗、超低價、強抗干擾、高可靠等優點，而且內置8通道高速10位A/D轉換器。從而取代以往以AT89S52和AD7895芯片為核心的設計方案。使得成本更低，電路更為簡單。

關健詞：通風機；單片機；STC12C5A60S2；A/D轉換；串行通信

中圖分類號：TN911 文獻標識碼：A

礦井屬于地下工作環境，礦井通風機是保證礦井安全生產的重要設備之一。礦井通風機可以增大井下的空氣流動速度，降低有毒有害氣體的濃度，提供充足的新鮮空氣，改善工人的工作環境，保證工人的人生安全，由此可見，保證通風機高效、安全、經濟、持續運行，顯得尤為重要。

本文堅持高性價比的原則，緊跟電子科技發展的步伐，介紹一種以STC12C5A60S2單片機為核心的通風機監測方案，并取代以往采用的AT89S52和AD7895芯片為核心的設計方案。使得成本更低，電路更為簡單。

1.系統及硬件設計

1.1 系統結構

本系統中，選擇了3個傳感器和3個變送器，溫度傳感器用來監測風機的軸溫度，其他的傳感器或變送器分別用來監測風機振動、瓦斯濃度、電流、電壓以及功率等參數。將6個模擬信號通過相應的信號調理電路轉變成符合采集口采集的電壓信號，STC12C5A60S2單片機本身已集成8通道高速10位AD轉換接口，對送來的模擬信號進行采集并處理，然后通過RS-485模塊傳送給上位機，通過上位機的虛擬軟件對數據進行分析處理，并顯示運行狀態，如果某個量超出相關的設定值，系統會及時報警，提示工作人員做相應的操作處理。系統示意圖如圖1所示。

1.2 STC12C5A60S2單片機及AD轉換原理

STC12C5A60S2單片機是增強型51單片機，指令完全兼容傳統的8051單片機，但其速度卻比傳統的8051芯片快6～12倍，而且片內集成60K字節的Flash程序存儲器和1280字節的SRAM，所以不用外擴外部程序存儲器，不用擔心會出現程序存儲空間不足的問題，從某種意義上來說，這個優點使得設計電路更加簡化。

STC12C5A60S2單片機的P1口（P1.0-P1.7）集成了8通道10位高速ADC，速度可達到250kHz（25萬次/秒）。以前的方案是采用AT89S52單片機為主控芯片，而AT89S52單片機片內沒有ADC轉換器，所以就外擴了AD7895芯片來采集相應的信號，然后再傳給AT89S52主控芯片，這樣不僅使得電路和程序更加復雜，而且成本也偏高，所以本文采用STC12C5A60S2單片機為主控芯片，完全取代了AT89S52和AD7895芯片，電路更加簡化，成本更低，一片STC12C5A60S2單片機僅需幾元錢的成本。

在STC12C5A60S2單片機芯片內部，通過CHS2/CHS1/CHS0模擬開關，將ADC0～ADC7的模擬量送入比較器，然后通過逐次比較寄存器輸出轉換的結果。AD轉換結束后，最終的結果會保存在ADC轉換結果寄存器的ADC_RES和ADC_RESL中，同時，置位ADC控制寄存器ADC_CONTR中的AD轉換結束標志位ADC_FLAG，以供程序查詢或者發出中斷申請。

在本方案中，只用到了6個ADC通道，其余的兩個通道可以作為擴展或者備用，也可以釋放出來作為普通I/O口使用，這樣也不占用多余的I/O口。

1.3 數據通信

數據傳輸常用的有RS-232和RS-485通信方式，RS-232采取不平衡傳輸方式，傳輸速率比較低，最大速率只有200kbps，且傳輸距離有限，一般不超過20m，而RS485則采用平衡傳輸，即差分傳輸方式，最大速率可達10Mbps，傳輸距離可以達到上千米，考慮到現場環境的復雜性，本系統采用RS-485的通信方式，并選用性能比較優越的MAX485通信芯片，實現STC12C5A60S2單片機與PC機的數據通信，單片機側采用RS-485接口，PC機側采用串行通信卡。設計的電路示意圖如圖2所示。

2.軟件設計

該采集系統由于采用了內置ADC模塊的STC12C5A60S2單片機，程序設計也變得更加簡潔，不需要通過主控芯片的某些IO口來啟動外擴的ADC采集芯片，只需要操作相關的寄存器即可。STC12C5A60S2單片機上電后，會進行系統的初始化，然后等待上位機的啟動采集指令，當接收到啟動采集指令后，采集系統便按照預定的ADC通道順序，對每個通道進行輪流采集，最后將6個通道的數據一起上傳給上位機，只要上位機沒有給該采集系統發出停止采集的命令，該采集系統將一直按照設定的程序進行采集數據。當上位機發出停止采集的命令，就可以停止采集。

結論

對本文的方案進行了測試，并與原來的以AT89S52和AD7895芯片的采集方案進行了對比，發現本方案能夠對通風機的相關參數進行有效監控，完全可以替代原來的以AT89S52和AD7895芯片的采集方案，而且電路更加簡單，成本更低，抗干擾能力更強，具有一定實用價值與參考價值。

參考文獻

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