針對工業(yè)測距傳感器不能在煤礦井下特殊環(huán)境使用，提出一種礦用本安型超聲波測距儀設(shè)計方案，詳細(xì)介紹了其工作原理及硬件設(shè)計。采用 430 單片機(jī)處理數(shù)據(jù)，通過 lcd1602 顯示，支持 modbus-rtu協(xié)議。
1、原理
傳統(tǒng)的礦用測距傳感是采用紅外和激光測距，但是紅外和激光只能用于空曠的場地，并且環(huán)境不能有粉塵，否則影響測試數(shù)據(jù)，當(dāng)有大顆粒粉塵反射光線時，就得出測試距離。而超聲測距是一種非接觸檢測技術(shù)，不受光線、被測對象顏色等的影響，較其他儀器更耐潮濕、粉塵、高溫、腐蝕氣體等惡劣環(huán)境，具有少維護(hù)、不污染、高可靠、長壽命等特點(diǎn)，而我開發(fā)超聲波測距儀是以一個平面為反射面的，反射面必須大于 0.5m2，這就避免了風(fēng)塵環(huán)境中大顆粒物的干擾，在實(shí)際應(yīng)用中效果明顯。而且加入了上下限報警設(shè)定，超過設(shè)定值會通過固態(tài)繼電器輸出一個閉合節(jié)點(diǎn)，同時對外有一路485 接口，支持?jǐn)?shù)據(jù)遠(yuǎn)傳，更適合數(shù)字化現(xiàn)代礦山建設(shè)，可以很方便的采集數(shù)據(jù)，上傳調(diào)度云中心。
2、硬件設(shè)計
主控使用 MSP430F5418 單片機(jī)，超聲波測距模塊采用，主控芯片采用16位低功耗MSP430單片機(jī)，處理能力強(qiáng)，運(yùn)算速度快，片內(nèi)資源豐富，方便高效的開發(fā)環(huán)境，超低功耗，性能穩(wěn)定。可以保證測距儀測量的距離精確，穩(wěn)定。
2.1、主控設(shè)計
主控芯片采用16位低功耗MSP430單片機(jī)，處理能力強(qiáng)，運(yùn)算速度快，片內(nèi)資源豐富，方便高效的開發(fā)環(huán)境，超低功耗，性能穩(wěn)定。可以保證測距儀測量的距離精確，穩(wěn)定。
2.2、RS485 隔離電路
為適應(yīng)煤礦井下本安電路的要求，采用 ISO1176 隔離芯片，處理 RS485 信號，該芯片可靠性和生命周期是磁性或光學(xué)隔離技術(shù)的兩倍還多，可在線路收發(fā)器和邏輯電平接口之間實(shí)現(xiàn) 2500Vrms 的隔離，從而既可降低數(shù)據(jù)損壞風(fēng)險，而且還能避免超長傳輸線路上昂貴的控制電路出現(xiàn)損壞，工作速率高達(dá) 40Mbps，即比實(shí)力的競爭解決方案快兩倍多，實(shí)現(xiàn)了更高的數(shù)據(jù)傳輸速度。
2.3 按鍵設(shè)置
按鍵設(shè)置
本超聲波傳感器設(shè)置三個按鍵，三個按鍵暫時定義為 A、B、C。通過這三個按鍵可以設(shè)置距離報警上下限、測距輸出選擇（模擬量輸出和繼電器開關(guān)量輸出）和RS485從機(jī)地址。 A 鍵負(fù)責(zé)設(shè)置的進(jìn)入和退出，B 鍵負(fù)責(zé)設(shè)置過程中位數(shù)的選擇，C 鍵負(fù)責(zé)本級菜
單的翻轉(zhuǎn)和設(shè)置過程中數(shù)據(jù)的遞增。其中，A、B 同時按下后，恢復(fù)默認(rèn)設(shè)置，即：報警上、下限為450 和 002cm；選擇 485 輸出；modbus 從機(jī)地址為001。
3、結(jié)束
給出了相應(yīng)的硬件的設(shè)計方案。該測距儀反映速度快、控制簡單、精度高，抗力強(qiáng)等，測距范圍為 2cm 到 500cm，在電路設(shè)計上考慮了本安參數(shù)，可以用于煤礦井下。實(shí)驗(yàn)證明，在 0～5 米的量程范圍內(nèi)，該傳感器的誤差低于 0.02m，并且該傳感器具有上下限報警設(shè)定和數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳功能，支持modbus-rtu 協(xié)議，性能穩(wěn)定可靠，能適應(yīng)煤礦井下惡劣的環(huán)境。
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