发布日期：2023/6/7

摘要:针对矿井斜巷视频监控系统，设计了以ATmega16单片机作为主控单元的联动切换装置，利用ATmega16中断单元采集增量式旋转编码器的脉冲信号，并对数据进行相应的处理，再通过RS485总线输出有效地驱动视频矩阵的实时切换。此外，通过外接的LCD1602液晶可实时地显示绞车位移。对装置的整体功能设计，硬件电路和软件设计进行了详细的阐述。
 

0  引言
 

矿井主斜巷是矿井各采区材料运输的主要通道，同时也是矿井生产中事故频繁发生的地点。特别是在绞车的上下场和岔道处，经常有跑车或车辆脱轨掉道等事故发生。基于ATmega16单片机主控切换装置的矿井斜巷绞车视频实时监控系统是为了解决斜巷运输的安全，减少矿井下事故的发生。相比以往的PLC主控切换装置，利用单片机作为视频切换主控装置，不仅可以节约成本，而且在性能上更加可靠。在事故发生时，能够及时准确的找出事故发生地点，方便采取正确的处理措施。
 

1  系统的总体设计
 

该系统主要由主控制单元、编码器输入模块、键盘模块、电源模块、JTAG接口、RS485通信模块和液晶显示模块组成。旋转编码器模块作为信号的输入前端，单片机通过采集由它传来的脉冲信号进行分离分析处理，一方面可计算出绞车位移送往液晶模块进行显示，另一方面可作为RS485接口的输出控制信号来驱动视频切换矩阵。并且系统配有JTAG接口用于对装置的程序调试。为了使监控人员能主动切换，通过对单片机PA0，PA1进行按键控制，使装置能根据需要手动进行上、下切换。
 

2  增量式编码器模块实现
 

质量是编码器是直接利用光电转换原理输出3组方波脉冲A、B和Z相；A、B两组脉冲相位差90度，从而可方便的判断出旋转方向，Z相为每转1圈，用于基准点定位。它的优点是原理构造简单，机械平均寿命可在几万小时以上，抗干扰能力强，可靠性高，适用于长距离传输。该装置使用的是欧姆龙增量型E6B2-CWZ6C   100P/R编码器，其中100P/R代表了编码器旋转1周，编码器A、B相分别发出100个脉冲信号。其中A相连接ATmega16的PD2口，B相连接PD4口。单片机可通过触发外部中断0来检测A相脉冲进行计数，并且在中断函数中可通过检测PD4口电平的高低来判断编码器正转还是反转，即可判断绞车是上升还是下降状态。通过Z相和外部中断1口相连，编码器在转过1圈后触发外部中断1来实现基准点定位。
 

3  液晶显示及键盘模块实现
 

LCD1602是可以显示2行，每行16个字符的液晶模块。该装置中，LCD1602液晶第一行用于显示绞车运行时所处的监控摄像头的编号。第二行用于显示绞车的位移。
 

4  RS485通讯模块的实现
 

RS485与RS232不一样，数据信号采用差分传输方式，具有抑制共模干扰的能力，因此在长距离传输时往往采用RS485通讯协议。并且RS485最大传输速率可达10Mbit/s。装置中通过使用MAX487电平转换芯片实现RS485的通讯，由于在该切换装置中只需要单片机发送数据来驱动视频切换矩阵，所以采用半双工的接线方式，并且让MAX487的驱动器输出使能端口DE直接连高电平，这样RS485将一直工作在发送状态下。并且为了满足对输入、输出电信号的隔离和信号的抗干扰能力，在单片机中串口输出和MAX587芯片之间加入了光耦。
 

5  系统软件流程设计
 

装置主要实现了对绞车行驶位移的显示以及对监控视频矩阵的实时切换。开始对主控单元以及各单元模块初始化，然后根据增量式旋转编码器输入的脉冲信号进行判别绞车行驶方向并进行计数。在数据处理程序中，根据可计算出绞车位移送往液晶LCD1602进行显示，根据绞车的位移得出所在摄像头编号来提供给RS485接口驱动视频切换矩阵的控制信号。在监控时，监控人员可根据需要控制按键k1，k2来实现手动切换。
 

6   结束语
 

设计了基于ATmega16单片机控制的多功能斜巷视频监控切换装置。产品调试结果表明:其带有液晶显示绞车位移和手动切换功能，方便了实时监控，并且采用ATmega16芯片作为微处理单元，无论在精度、实时性和可靠性上都比以往的PLC装置有了很大的改进，并节约了大量成本。