适用于易燃易爆环境中的多功能信息记录牌

摘要

一种适用于易燃易爆环境中的多功能信息记录牌，由封装在密封防爆壳体中的电源模块、液晶模块、微控制器、汉字库文件存储器、时钟模块、温度测量模块、红外接收模块、数据存储模块组成，液晶模块由一号列驱动器、二号列驱动器、行驱动器、背光源驱动器、点阵液晶显示屏构成，点阵液晶显示屏由左屏和右屏组成，微控制器由单片机构成，时钟电路模块由时钟芯片、晶振、电池构成，温度测量模块由温度传感器构成，红外接收模块由红外接收电路芯片、红外接收二极管、施密特反相器构成，数据存储模块由大容量存储器构成，该信息记录牌能够解决巡回检查随意性较强，难于监督、管理的问题，以及小黑板记录受人为因素影响较大、较为落后的问题。

权利要求

1.一种适用于易燃易爆环境中的多功能信息记录牌，由封装在密封防爆壳体中的电源模块、液晶模块、微控制器、汉字库文件存储器、时钟模块、温度测量模块、红外接收模块、数据存储模块组成，电源模块与防爆壳体外部的本安电源连接，电源模块为液晶模块、微控制器、汉字库文件存储器、时钟模块、温度测量模块、红外接收模块、数据存储模块供电，其特征是：所述液晶模块由一号列驱动器、二号列驱动器、行驱动器、背光源驱动器、点阵液晶显示屏构成，点阵液晶显示屏由左屏和右屏组成，所述微控制器由AVR系列单片机构成，单片机的PA端口中的八位并行数据口线分别与一号列驱动器、二号列驱动器的数据端口连接，单片机的PC端口中的第七位双向I/O口线与一号列驱动器、二号列驱动器的寄存器选择端口连接，单片机的PC端口中的第六位双向I/O口线与一号列驱动器、二号列驱动器的读写端口连接，单片机的PC端口中的第五位双向I/O口线与一号列驱动器、二号列驱动器的一号片选端口连接，单片机的PC端口中的第四位双向I/O口线与一号列驱动器、二号列驱动器的二号片选端口连接，单片机的PC端口中的第三位双向I/O口线与背光源驱动器的开关端连接，单片机的读信号端、写信号端经过与非门逻辑电路与一号列驱动器、二号列驱动器的使能端E连接，单片机的一号定时器端口与背光源驱动器的控制端连接，一号列驱动器的列地址输出端与点阵液晶显示屏左屏的列地址输入端连接，二号列驱动器的列地址输出端与点阵液晶显示屏右屏的列地址输入端连接，行驱动器的帧同步信号端与一号列驱动器、二号列驱动器的帧同步信号端连接，行驱动器的锁存行显示同步信号端与一号列驱动器、二号列驱动器的锁存行显示同步信号端连接，行驱动器的内部操作时钟信号端与一号列驱动器、二号列驱动器的内部操作时钟信号端连接，行驱动器的交流驱动波形信号端与一号列驱动器、二号列驱动器的交流驱动波形信号端连接，行驱动器的行地址输出端与点阵液晶显示屏的行地址输入端连接，单片机的串行数据端口与汉字库文件存储器的串行数据端口连接，单片机的串行时钟端口与汉字库文件存储器的串行时钟端口连接；

单片机的PD端口中的第二位双向I/O口线与汉字库文件存储器的写保护端口连接；时钟电路模块由时钟芯片、晶振、电池构成，时钟芯片的串行数据端口、串行时钟端口、复位端口分别与单片机的PF端口中的第七、第六、第五位双向I/O口线连接，晶振连接在时钟芯片的外接晶振端之间，电池的正、负极分别与时钟芯片的正电源端和接地端连接，温度测量模块由温度传感器构成，温度传感器的数字信号输入/输出端口与单片机的PF端口中的第零位双向I/O口线连接；红外接收模块由红外接收电路芯片、红外接收二极管、施密特反相器构成，红外接收二极管与红外接收电路芯片的输入端连接，红外接收电路芯片的输出端经过两个施密特反相器与单片机的四号中断请求端口连接；数据存储模块由大容量存储器构成，大容量存储器的串行时钟端口与单片机的串行时钟端口连接，大容量存储器的串行输入端口与单片机的主出从入端口连接，大容量存储器的串行输出端口与单片机的主入从出端口连接，大容量存储器的片选端口与单片机的PB端口中的第四位口线连接。

说明书

适用于易燃易爆环境中的多功能信息记录牌

技术领域

[0001] 本发明涉及电子信息记录显示牌，特别涉及一种以电子计算机技术、电子信息技术、电气防爆技术、现代化管理技术为支撑的适用于易燃易爆环境场所中的多功能信息记录显示牌。

背景技术

[0002] 石化、煤炭等行业的许多生产作业场所中，由于存在着易燃易爆的气体或物质，必须要采取一些特殊的措施和手段，以抑制并杜绝燃烧、爆炸的因素和条件，为了杜绝瓦斯爆炸事故发生，我国煤矿行业采取了煤矿安全生产监测监控系统、入井人员自主监测以及瓦斯检查员专职巡回检测三位一体的检测、监测监控体系，这其中以瓦斯检查员专职巡回检测显得尤为重要，瓦斯检查员随身携带着光干涉式甲烷测定器、温度计、手表、瓦斯检查班报手册等，按照领导的安排，定时地在他负责的瓦斯检测点上检测瓦斯，有的矿是一个瓦检员负责一个检测点，也有的矿是一个瓦检员负责二、三个检测点，并应及时地把检测到的瓦斯浓度填写到记录牌上，同时通知现场工作人员并向有关领导汇报。

[0003] 目前，各大中小型煤矿实际使用的瓦斯记录牌是一个木制小黑板；木制小黑板悬挂在每个瓦斯检查点的巷道壁上，瓦斯记录牌上用红铅笔画出了一张表格，表格上列出了时间、甲烷浓度、二氧化碳浓度、地点、人名等；当瓦检员每次检查完瓦斯情况后，就用粉笔把具体数字填写到小黑板的相关表格中，这种做法本身就存在着缺点：由于煤矿井下比较潮湿，粉笔一受潮，写出来的字迹就模糊不清，笔迹长时间受潮就更难以辩认；另外粉笔字迹容易被涂抹、更改、造假。

[0004] 瓦斯检查员大多数都敬业爱岗，认真负责，能很好的完成本职工作，但也有少数的瓦检员对待工作松懈怠慢，班中睡觉、脱岗漏检，给煤矿安全生产带来了隐患。

[0005] 例如，有的领导规定，瓦检员每班至少得检测两次瓦斯浓度，分时段在小黑板上填写两次瓦斯浓度情况；但有的瓦检员在刚下井时检查一次瓦斯浓度，填写时把两次的都写上了，第二次应该进行的检查也就不检查了，在规定的时间段不检查瓦斯浓度，这就给安全生产带来了很大的隐患。瓦斯检查员的活动范围广，流动性很大，在煤矿井下黑暗、窄狭地环境里，难以对瓦检员做很好地监督、管理，难以确认他们是否在负责任地工作。

[0006] 木制的瓦斯记录牌只是一个被动的受体，受人为因素影响较大，因此，急需一种以电子计算机技术、电子信息技术、电气防爆技术、现代化管理技术为支撑的适用于易燃易爆环境场所中的多功能信息记录显示牌。

发明内容

[0007] 本发明的目的是提供一种适用于易燃易爆环境中的多功能信息记录牌，能够解决专职人员巡回检查随意性较强，难于监督、管理的问题，还能够解决小黑板记录受人为因素影响较大、较为落后的问题。

[0008] 为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

[0009] 一种适用于易燃易爆环境中的多功能信息记录牌，由封装在密封防爆壳体中的电源模块、液晶模块、微控制器、汉字库文件存储器、时钟模块、温度测量模块、红外接收模块、数据存储模块组成，电源模块与防爆壳体外部的本安电源连接，电源模块为液晶模块、微控制器、汉字库文件存储器、时钟模块、温度测量模块、红外接收模块、数据存储模块供电，[0010] 其特征是：所述液晶模块由一号列驱动器、二号列驱动器、行驱动器、背光源驱动器、点阵液晶显示屏构成，点阵液晶显示屏由左屏和右屏组成，所述微控制器由AVR系列单片机构成，单片机的PA端口中的八位并行数据口线分别与一号列驱动器、二号列驱动器的数据端口连接，单片机的PC端口中的第七位双向I/O口线与一号列驱动器、二号列驱动器的寄存器选择端口连接，单片机的PC端口中的第六位双向I/O口线与一号列驱动器、二号列驱动器的读写端口连接，单片机的PC端口中的第五位双向I/O口线与一号列驱动器、二号列驱动器的一号片选端口连接，单片机的PC端口中的第四位双向I/O口线与一号列驱动器、二号列驱动器的二号片选端口连接，单片机的PC端口中的第三位双向I/O口线与背光源驱动器的开关端连接，单片机的读信号端、写信号端经过与非门逻辑电路与一号列驱动器、二号列驱动器的使能端E连接，单片机的一号定时器端口与背光源驱动器的控制端连接，一号列驱动器的列地址输出端与点阵液晶显示屏左屏的列地址输入端连接，二号列驱动器的列地址输出端与点阵液晶显示屏右屏的列地址输入端连接，行驱动器的帧同步信号端与一号列驱动器、二号列驱动器的帧同步信号端连接，行驱动器的锁存行显示同步信号端与一号列驱动器、二号列驱动器的锁存行显示同步信号端连接，行驱动器的内部操作时钟信号端与一号列驱动器、二号列驱动器的内部操作时钟信号端连接，行驱动器的交流驱动波形信号端与一号列驱动器、二号列驱动器的交流驱动波形信号端连接，行驱动器的行地址输出端与点阵液晶显示屏的行地址输入端连接，单片机的串行数据端口与汉字库文件存储器的串行数据端口连接；单片机的PD端口中的第二位双向I/O口线与汉字库文件存储器的写保护端口连接；时钟电路模块由时钟芯片、晶振、电池构成，时钟芯片的串行数据端口、串行时钟端口、复位端口分别与单片机的PF端口中的第七、第六、第五位双向I/O口线连接，晶振连接在时钟芯片的外接晶振端之间，电池的正、负极分别与时钟芯片的正电源端和接地端连接，温度测量模块由温度传感器构成，温度传感器的数字信号输入/输出端口与单片机的PF端口中的第零位双向I/O口线连接；红外接收模块由红外接收电路芯片、红外接收二极管、施密特反相器构成，红外接收二极管与红外接收电路芯片的输入端连接，红外接收电路芯片的输出端经过施密特反相器与单片机的四号中断请求端口连接；数据存储模块由大容量存储器构成，大容量存储器的串行时钟端口与单片机的串行时钟端口连接，大容量存储器的串行输入端口与单片机的主出从入端口连接，大容量存储器的串行输出端口与单片机的主入从出端口连接，大容量存储器的片选端口与单片机的PB端口中的第四位口线连接。

[0011] 本发明有以下积极有益效果：

[0012] 本发明用电子信息记录牌代替传统的木制小黑板式瓦斯记录牌；电子信息记录牌悬挂在每个瓦斯检查点的巷道壁上，当瓦检员每次检查完瓦斯情况后，就用红外遥控键盘将检测到的相关信息(甲烷浓度、二氧化碳浓度、地点、人名)录入记录牌内，通过点阵液晶显示屏显示出来，不存在用粉笔输写字迹受潮后模糊不清、难以辩认的问题，显示的信息也不会被涂抹、更改、造假。瓦斯检查员每次录入信息的时间被单片机系统定时、定点自动记录下来，由时钟芯片提供标准时间，不需要外部输入，因此不会出现造假，便于监督、管理。

附图说明

[0013] 图1是本发明的原理框图。

[0014] 图2是本发明的电路原理图。

[0015] 图3是液晶模块的内部结构示意图。

[0016] 图4是行驱动器HD61203的引脚图。

[0017] 图5是列驱动器HD61202的引脚图。

[0018] 图6是列驱动器HD61202的内部组成结构示意图。

[0019] 图7是列驱动器HD61202内部的显示存储器的结构示意图。

[0020] 图8是红外遥控发射模块的电路原理图。

具体实施方式

[0021] 请参照图1、图2、图3、图4、图5，本发明是一种适用于易燃易爆环境中的多功能信息记录牌，由封装在密封防爆壳体中的电源模块、液晶模块、微控制器、汉字库文件存储器、时钟模块、温度测量模块、红外接收模块、数据存储模块组成，电源模块与防爆壳体外部的本安电源连接，电源模块为液晶模块、微控制器、汉字库文件存储器、时钟模块、温度测量模块、红外接收模块、数据存储模块供电。电源模块采用现有技术。

[0022] 液晶模块由一号列驱动器U1、二号列驱动器U2、行驱动器U3、背光源驱动器U4、点阵液晶显示屏U5构成，点阵液晶显示屏U5由左屏和右屏组成，一号列驱动器U1、二号列驱动器U2的型号为HD61202。行驱动器U3的型号为HD61203，背光源驱动器U4的型号为SP7611，在防爆壳体的面板上，与点阵液晶显示屏U5对应的位置设置有透明窗口。微控制器由AVR系列单片机U6构成，单片机U6的型号为ATMEGA128或ATMEGA64。

[0023] 单片机U6的PA端口中的八位并行数据口线PA0-PA7分别与一号列驱动器U1、二号列驱动器U2的数据端口DB0-DB7连接。

[0024] 单片机U6的PC端口中的第七位双向I/O口线PC7与一号列驱动器U1、二号列驱动器U2的寄存器选择端口D/I连接。

[0025] 单片机U6的PC端口中的第六位双向I/O口线PC6与一号列驱动器U1、二号列驱动器U2的读写端口R/W连接。

[0026] 单片机U6的PC端口中的第五位双向I/O口线PC5与一号列驱动器U1、二号列驱动器U2的一号片选端口CS1连接。

[0027] 单片机U6的PC端口中的第四位双向I/O口线PC4与一号列驱动器U1、二号列驱动器U2的二号片选端口CS2连接。

[0028] 单片机U6的PC端口中的第三位双向I/O口线PC3与背光源驱动器U4的开关端ON/OFF连接。

[0029] 单片机U6的读信号端/RD、写信号端/WR经过与非门逻辑电路F1、F2、F3与一号列驱动器U1、二号列驱动器U2的使能端E连接，

[0030] 单片机U6的一号定时器端口T1与背光源驱动器U4的控制端CTRL连接。

[0031] 一号列驱动器U1的列地址输出端Y0-Y64与点阵液晶显示屏U5左屏的列地址输入端SEG1-SEG64连接，驱动点阵液晶显示屏左屏的64位列地址。

[0032] 二号列驱动器U2的列地址输出端Y0-Y64与点阵液晶显示屏U5右屏的列地址输入端SEG65-SEG128连接，驱动点阵液晶显示屏右屏的64位列地址。

[0033] 行驱动器U3的帧同步信号端FRM与一号列驱动器U1、二号列驱动器U2的帧同步信号端FRM连接。

[0034] 行驱动器U3的锁存行显示同步信号端CL与一号列驱动器U1、二号列驱动器U2的锁存行显示同步信号端CL连接。

[0035] 行驱动器U3的内部操作时钟信号端a1、a2与一号列驱动器U1、二号列驱动器U2的内部操作时钟信号端a1、a2连接。

[0036] 行驱动器U3的交流驱动波形信号端M与一号列驱动器U1、二号列驱动器U2的交流驱动波形信号端M连接。

[0037] 行驱动器U3的行地址输出端X1-X64与点阵液晶显示屏U5的行地址输入端COM1-COM64连接，驱动点阵液晶显示屏的64位行地址，

[0038] 单片机U6的串行数据端口SDA、串行时钟端口SCK与汉字库文件存储器U7、U8的串行数据端口SDA、串行时钟端口SCK连接；

[0039] 单片机U6的PD端口中的第二位双向I/O口线PD2与汉字库文件存储器U7、U8的写保护端口WP连接；

[0040] 时钟电路模块由时钟芯片U9(型号为HT1380)、晶振Y2、电池E1构成，[0041] 时钟芯片U9的串行数据端口SDA、串行时钟端口SCLK、复位端口RST分别与单片机U6的PF端口中的第七、第六、第五位双向I/O口线PF7、PF6、PF5连接。

[0042] 晶振Y2连接在时钟芯片U9的外接晶振端X1、X2之间。

[0043] 电池E1的正、负极分别与时钟芯片U9的正电源端V1和接地端GND连接。

[0044] 温度测量模块由温度传感器U10构成，(温度传感器U10型号为DS1820)。

[0045] 温度传感器U10的数字信号输入/输出端口DQ与单片机U6的PF端口中的第零位双向I/O口线PF0连接；

[0046] 红外接收模块由红外接收电路芯片U11(型号为GL3276A)、红外接收二极管PH302B、施密特反相器构成，

[0047] 红外接收二极管PH302B与红外接收电路芯片U11的输入端IN+连接，

[0048] 红外接收电路芯片U11的输出端OUT经过两个施密特反相器74LS14与单片机U6的四号中断请求端口INT4连接；

[0049] 数据存储模块由大容量存储器U12构成，大容量存储器U12的串行时钟端口SCK与单片机U6的串行时钟端口SCK连接，大容量存储器U12的型号为AT45DB081。

[0050] 大容量存储器U12的串行输入端口SI与单片机U6的主出从入端口MOSI连接。

[0051] 大容量存储器U12的串行输出端口SO与单片机U6的主入从出端口MISO连接。

[0052] 大容量存储器U12的片选端口/CS与单片机U6的PB端口中的第四位口线PB4连接。

[0053] 液晶模块的内部电路图如图3所示，点阵液晶显示屏U5为128x64点阵，横向有128点，纵向有64点，每个汉字由16x16点组成，每行显示8个中文字，4行共计32个中文字。

[0054] 液晶模块里有两个列驱动器U1、U2(型号为HD61202)，每个列驱动器有512字节(4096位)供RAM显示。RAM显示存储器单元的每位数据与点阵液晶显示屏U5每点的像素状态1/0完全一致(1＝亮，0＝灭)。

[0055] 左半屏/右半屏控制由CS1、CS2片选决定。CS1＝1、CS2＝0时，列驱动器U1选中，列驱动器U2不选中，即选择左半屏；CS1＝0、CS2＝1时列驱动器U2选中、列驱动器U1不选中，即选择右半屏。每个列驱动器HD61202有512字节的寄存器，所以列驱动器U1和列驱动器U2加起来共有1024字节寄存器，HD61202芯片引脚说明：

[0056] 1脚(Vss)：接地

[0057] 2脚(Vdd)：电源5(1±5％)V。

[0058] 3脚(Vo)：反视度调整。

[0059] 4脚(D/I)：寄存器选择。1：选择数据寄存器；0：选择指令寄存器。

[0060] 5脚(R/W)：读/写选择。1：读；0：写。

[0061] 6脚(E)：使能操作。1：可做读/写操作；0：不能做读/写操作。

[0062] 7脚(DB0)：双向数据总线的第0位。

[0063] 8脚(DB1)：双向数据总线的第1位

[0064] 9脚(DB2)：双向数据总线的第2位。

[0065] 10脚(DB3)：双向数据总线的第3位

[0066] 11脚(DB4)：双向数据总线的第4位。

[0067] 12脚(DB5)：双向数据总线的第5位

[0068] 13脚(DB6)：双向数据总线的第6位。

[0069] 14脚(DB7)：双向数据总线的第7位

[0070] 15脚(CS1)：左半屏片选信号。1：选中；0：不选中；

[0071] 16脚(CS2)：右半屏片选信号。1：选中；0：不选中；

[0072] 17脚(RESET)：复位信号，低电平有效。

[0073] 18脚(VEE)：LCD负压驱动脚(-10～-18V)。

[0074] 19脚(NC)：空脚(或接背光电源)。

[0075] 20脚(NC)：空脚(或接背光电源)

[0076] 点阵液晶显示屏U5由行、列驱动器驱动，HD61203是行驱动器，HD61202是列驱动器。列驱动器HD61202与单片机U6的端口连接，HD61203行驱动器与列驱动器HD61202的端口连接，HD61202的内部结构如图6、图7所示：

[0077] 一、I/O缓冲器

[0078] I/O缓冲器为双向三态数据缓冲器，其作用是将两个不同时钟下工作的系统连接起来，实现通信。在片选信号CS1、CS2组合有效状态下，I/O缓冲器开放，实现HD61202与单片机之间的数据传递。当片选信号组合为无效状态时，I/O缓冲器将中断HD61202与单片机U6的联系，对外呈高阻状态。

[0079] 二、输入寄存器

[0080] 输入寄存器用于暂时存储要写入显示RAM(显示存储器)的资料。数据由单片机U6写入输入寄存器，然后再由内部处理后自动写入显示存储器内。当CS＝1，D/I＝1，且R/W＝1时，数据在使能信号E下降沿被锁入输入寄存器。

[0081] 三、输出寄存器

[0082] 从显示RAM中读出的数据首先暂时存储在输出寄存器。单片机U6要从输出寄存器读出数据则令CS＝D/I＝R/W＝1。读数据命令时，存于输出寄存器中的数据在引脚E为高电平时输出；然后在引脚E信号为低电平时，地址指针指向的显示数据，接着被锁入输出寄存器而且地址指针递增。输出寄存器中，会因读数据的指令而被再写入新的数据，若为地址指针设定指令则数据维持不变。

[0083] 四、显示存储器电路

[0084] HD61202具有4096位显示存储器。其结构是以一个64×64位的方阵形式排布的。显示存储器的作用一是存储单片机传来的显示数据，二是作为控制信号源直接控制液晶驱动电路的输出。显示存储器为双端口存储器结构。从数据总线侧看有64位，按8位数据总线长度分成8路，称为页面，由X地址寄存器控制；每个页面都有64字节，用Y地址计数器控制，这一侧是提供给单片机操作的，是双向传输形式，XY地址计数器选择了单片机所要操作的显示存储器的页面和列地址，从而唯一地确定单片机U6所要访问的显示存储器单元。
从驱动数据传输侧看有64位，共64行，这一侧是提供给驱动器使用的，仅有输出形式。

[0085] HD61202列驱动器为64列驱动输出，正好与显示存储器列向(纵向)单元对应。Z地址计数器为显示行指针，用来选择当前要传输的数据行。

[0086] 五、XY地址计数器

[0087] XY地址计数器为9位的寄存器，它确定了单片机所需访问的显示存储器单元的地址。X地址计数器为高3位，Y地址计数器为低6位，分别有各自的指令来设定X、Y地址。单片机在访问显示存储器之前必须设置XY地址计数器。单片机写入或读出显示存储器的数据显示屏上某一列上的垂直8点的数据。D0代表最上一点数据。

[0088] X地址计数器是一个3位页地址寄存器，其输出控制着显示存储器中8个页面的选择，也就是控制着数据传输通道的八选一选择器。X地址寄存器由单片机以指令形式设置。

[0089] Y地址计数器是一个6位循环加1计数器。它管理某一页面上的64个单元，该数据总线上的64位数据直接控制驱动电路输出Y1～Y64的输出波形。Y地址计数器由单片机以指令形式设置，它和页地址指针结合唯一选通显示存储器的一个单元，Y地址计数器具有自动加1功能，在显示存储器读/写操作后Y地址计数器将自动加1。当计数器加至3FH后循环归零再继续递加。

[0090] 六、显示起始行寄存器

[0091] 显示起始行寄存器为6位寄存器，它规定了显示存储器所对应显示屏上第一行的行号，该行的数据将作为显示屏上第一行显示状态的控制信号。显示起始行寄存器的内容由单片机以指令代码的格式写入。此寄存器指定RAM中某一行数据对应到LCD屏幕的最上行，可用作屏幕卷动。

[0092] 七、Z地址计数器

[0093] Z地址计数器也是6位地址计数器，用于确定当前显示行的扫描地址。Z地址计数器具有自动加1功能，它与行驱动器的行扫描输出同步，选择相应的列驱动器的数据输出。在行驱动器发来的CL时钟信号脉冲的下降沿时加1。在帧同步信号FRM的高电平时置入显示起始行寄存器的内容，以作为再循环显示的开始。

[0094] 八、显示开/关触发器

[0095] 该触发器的输出一路控制显示数据锁存器的清除端，一路返回到接口控制电路作为状态字中的一位表示当前的显示状态。该触发器的作用就是控制显示驱动输出的电平以控制显示屏的开关。在触发器输出为“关”电平时，显示数据锁存器的输入被封锁并将输出置“0”，从而使显示驱动输出全部为非选择波形，显示屏呈不显示状态。在触发器输出为“开”电平时，显示数据锁存器受时钟CL控制，显示驱动输出受显示驱动数据总线上数据控制，液晶显示屏将呈显示状态。显示开/关触发器受逻辑电路控制，单片机U6通过硬件RESET复位和软件指令“显示开关设置”的写入来设置显示开/关触发器的输出状态。

[0096] 九、指令寄存器

[0097] 指令寄存器用于接收单片机发来的指令代码，通过译码将指令代码植入相关的寄存器或触发器内。

[0098] 十、状态字寄存器

[0099] 状态字寄存器是HD61202与单片机U6通信时唯一的“握手”信号。状态寄存器向单片机表示了HD61202当前的工作状态。其中最主要的是忙碌信号(Busy)，忙碌信号为“1”，表示HD61202正在忙于内部运作，除了状态读取指令外，其他任何指令都不被接受。忙碌信号(Busy)是由状态字读取指令所读出DB7表示。每次要发指令前，应先确定忙碌信号已为“0”。

[0100] 十一、显示数据锁存器

[0101] 数据要从显示数据RAM中输出到液晶驱动电路前，先暂时储存于此锁存器中，在时钟信号上升沿时数据被锁存。显示器开/关指令控制此锁存器动作，不会影响显示数据RAM中的数据。

[0102] HD61202的工作过程如下：

[0103] 单片机U6要访问HD61202，必须首先读取状态字寄存器的内容，主要是要判别状态字中的“Busy”标志；在“Busy”标志表示为0时，单片机U6方可访问HD61202。在写操作时，HD61202在单片机写操作信号的作用下将单片机U6发来的数据锁存进输入寄存器内，使其转到HD61202内部时钟的控制之下，同时HD61202将I/O缓冲器封锁，置“Busy”标志位为1，向单片机提供HD61202正在处理单片机发来的数据的信息。HD61202根据单片机在写数据时提供的D/I状态将输入寄存器的内容送入指令寄存器处理或显示存储器相应的单元，处理完成后，HD61202将撤销对I/O缓冲器的封锁，同时将“Busy”标志位清零，向单片机表示HD61202已准备好接收下一个操作。

[0104] 在读显示数据时，单片机U6要有一个操作周期的延时，即“空读”的过程。这是因为在单片机读操作下，HD61202向数据总线提供输出寄存器当前的数据，并在读操作结束时将当前地址指针所指的显示存储器单元的数据写入输出寄存器内，同时将列地址计数器加1。也就是说单片机不是直接读取到显示存储器单元，而是读取一个中间寄存器——输出寄存器的数据。而这个数据是上一次读操作后存入到输出寄存器的内容，这个数据可能是上一个地址单元的内容，也可能是地址修改前某一单元的内容。

[0105] 液晶模块的控制指令共有7个：显示开/关、设置页(PAGE1～PAGE8)、读状态、设置开始显示行、设置列地址Y、写显示数据、读显示数据。

[0106] 1.显示器开关

[0107]R/W D/I DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0
0 1 0 0 1 1 1 1 1 D

[0108] D：显示屏开启或关闭控制位。D＝1时，显示屏开启；D＝0时，则显示屏关闭，但显示数区仍保存于DDRAM中。

[0109] 2.设置页(x地址)

[0110]R/W D/I DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0
0 0 1 0 1 1 1 A A A

[0111] 显示RAM数据的X地址AAA(二进制)被设置在X地址寄存器。设置后，读/写都在这一指定页里执行，直到下页设置后再往下页执行，该指令设置了页面地址X地址寄存器的内容。HD61202将显示存储器分为8页，指令代码中A A A就是要确定当前所选择的页面地址，取值范围为0～7H，代表1～8页。

[0112] 3.读状态

[0113]R/W D/I DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0
1 0 Busy 0 ON/OFF Reset 0 0 0 0

[0114] Busy：表示当前HD61202接口控制电路运行状态。Busy＝1表示HD61202正忙于处理微控制器发来的指令或数据。此时接口电路被封锁，不能接受除读状态以外的任何操作；Busy＝0表示HD61202接口控制电路已处于空闲状态，等待微控制器的访问。

[0115] ON/OFF：表示当前的显示状态。ON/OFF＝1表示关显示状态；ON/OFF＝0表示开显示状态。

[0116] Reset：当Reset＝1状态时，HD61202处于复位工作状态；当Reset＝0状态时，HD61202为正常工作状态。

[0117] 4.显示开始行

[0118]R/W D/I DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0
0 0 1 1 A A A A A A

[0119] 该指令设置了显示起始行寄存器的内容。HD61202有64行显示的管理能力，该指令中AAAAAA(二进制)为显示起始行的地址，取值在0～3FH(1～64行)范围内，它规定了显示屏上最顶一行所对应的显示存储器的行地址。如果定时间间隔等间距地修改(如加1或减1)显示起始行寄存器的内容，则显示屏将呈现显示内容向上或向下平滑滚动的显示效果。

[0120] 5.设置Y地址

[0121]R/W D/I DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0
0 0 0 1 A A A A A A

[0122] 该指令设置了Y地址计数器的内容，AAAAAA＝0～3FH(1～64)代表某一页面上的某一单元地址，随后的一次读或写数据将在这个单元上进行。Y地址计数器具有自动加一功能，在每一次读/写数据后它将自动加一，所以在连续进行读/写数据时，Y地址计数器不必每次都设置一次。页面地址的设置和列地址的设置将显示存储器单元唯一地确定下来，为后来的显示数据的读/写作了地址的选通。

[0123] 6.写显示数据

[0124]R/W D/I DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0
0 1 D D D D D D D D

[0125] 该操作将8位数据写入先前已确定的显示存储器单元内，操作完成后，列地址自动加1。

[0126] 7.读显示数据

[0127]R/W D/I DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0
1 1 D D D D D D D D

[0128] 该操作将HD61202接口部的输出寄存器的内容读出，然后地址计数器自动加1。

[0129] 本发明在两块AT24C1024芯片中内置了16X16点阵汉字库文件，汉字库文件共256KB，两块芯片各保存128K，运行时，程序根据汉字内码得到区位码，再根据区位码从硬件字库中提取汉字点阵，所提取的字库点阵再进一步转换为液晶屏汉字显示所需要的格式，显示在液晶显示屏上。显示汉字时，不再需要使用要用专门的取字模软件(例如Zimo软件)提取固定汉字字模。

[0130] Sipex公司的低压差线性LED驱动芯片与传统发光二极管LED驱动芯片不同，它不需要对电源电压进行升压来驱动LED，而是一种基于降压的恒流LED驱动芯片，由于无需升压，所以外围电路非常简单，不需要电感和电容，仅需一个电阻来设置流过发光二极管LED的电流。SP7611驱动4只LED，SP7611A是灌电流型的发光二极管LED驱动芯片，流过发光二极管LED的电流和设置电阻R中的电流成比例，最大优点在于应用简单，外围电路只需一个用来设置电流的电阻。若需要调节LED亮度，通过CTRL引脚输入PWM信号来调节亮度。PWM信号通过单片机的定时器引脚T1输出，由软件设置PWM的占空比以达到控制亮度的目的。这个PWM信号的频率为500Hz-105kHz。

[0131] 本发明的记录牌，需要大容量的数据存储，由于单片机U6的引脚数都相对较少，没有足够多的引脚用作外部数据存储器的地址总线，所以，本发明利用串行外设接口(SPI)扩展大容量数据存储器。

[0132] AT45DB081是Atreel公司推出的兼容SPI的FLASH数据存储器。内部有4096页、每页264个字节，共计8MB的主存储器容量以及2个264字节的SRAM数据缓存器。AT45DB081通过一个三线接口，包含串行输入SI、串行输出SO、串行时钟SCK，在片选信号的配合下进行访问。主存储器页读指令可以对1024页中的任意页进行读操作，命令码为：8位操作码，5位保留码，10位页地址码，9位页内起始地址码，32位无关码；操作码为52H或D2H，5位保留码用于对片子的上下兼容，10位页地址码用于确定对主存储器的哪一页进行操作，9位页内起始地址码来确定页内操作的起始地址，后32位无关码用来配合时序。单片机U6向AT45DB081的串行时钟引脚SCK发送时钟信号，引导操作码和地址码从串行输入引脚SI写入器件，当最后一位写入后的下一个时钟周期，页内数据将从串行输出引脚SO输出。

[0133] 单片机通过PB0口读取AT45DB081的忙闲状态引脚BUSY来判断数据存储器是否空闲，若BUSY为1表示存储器空闲，否则表示存储器忙。当存储器空闲时通过PB4引脚输出0作为数据存储器的片选信号CS。选中数据存储器后，通过SPI总线发送命令字完成对AT45DB081的相应读写操作。

[0134] HT1380是HOLTEK公司研制的一种能够提供年、月、日、时、分、秒等时间信息，并可自动修正每月天数及闰年信息的串行实时计时器芯片。外接一只32.768kHz晶振，可提供精确的时基信号，以便准确计时。为了减少芯片的引脚数，HT1380采用串行I/O传送方式与单片机连接，并以同步串行通信方式进行通信。这样就仅需RST(复位)、SCL K(串行时钟)和I/O(双向数据传送)三个引脚。数据传送可采用一次只传送一个字节的“单字节”传送方式，或一次传送8个字节的“多字节”传送方式。

[0135] HT1380芯片的内部结构由四部分构成：

[0136] 第一部分为数据移位寄存器和寄存器阵列：前者用于和外部串行通信以及实现串/并和并/串变换；后者用于寄存时间和日期等信息；

[0137] 第二部分为命令控制逻辑：用于对地址/命令字节的解释，以控制对时钟寄存器的读操作、写操作或写保护，控制芯片的工作状态；

[0138] 第三部分为实时时钟：产生供单片机可随时读取的年、月、日、时、分、秒等时间信息，并自动修正闰年和闰月；

[0139] 第四部分为基振荡器和分频器，为时钟电路提供精确的时间基准。

[0140] 在传送数据前，RST端置为高电平，将一个8位命令字送入控制逻辑以提供寄存器地址与命令信息。输入命令字后，以串行方式向相应寄存器写入或从相应寄存器读出时钟/日历数据。数据传送结束后，RST脚设置为低电平。所有数据在时钟脉冲SCLK上升沿输入和下降沿输出。完成一次数据传送，单字节模式需要8+8＝16个时钟脉冲，多字节模式需要8+8×8＝72个时钟脉冲，并且输入/输出的数据是从第0位开始传送的。

[0141] 每次数据的传送，都要有一个命令字指明对哪一个寄存器进行何种操作(读、写或测试)以及采用何种传送模式(单字节模式或多字节模式)。命令字结构为：

[0142]7 6 5 4 3 2 1 0
1 0 0 A3 A2 A1 A0 R/W

[0143] A0～A2：寄存器地址，

[0144] A3：1为测试模式，0为普通模式，

[0145] R/W：1为读方式，0为写方式。

[0146] RST引脚用于激活HT1380。当RST输入端为高电平时，片内控制逻辑开始工作，并且命令字可以串行进入移位寄存器。RST引脚也被用于设置传送模式(单字节模式或多字节模式)。从SCLK引脚输入的是一个时钟脉冲序列，在数据写入时，只有当SCLK为下降沿时数据有效；在数据读出时，只有当SCLK为上升沿时数据有效。当RST输入端为低电平时，终止传送所有的数据，I/O引脚保持高阻态。

[0147] 考虑矿井下的使用环境，直接使用键盘进行操作时对键盘的设计要求比较高，所以本发明的键盘采用无线方式，防爆壳体上有一个小的接收窗，与红外接收二极管PH302B的位置对应，瓦斯检查员使用红外遥控键盘进行信息录入；

[0148] 由GL3276A构成的红外接收模块如图2所示，其特点是可以最大限度地减少对单片机U6硬件接口资源的占用，仅使用一根接口线，红外接收芯片GL3276A的输出连接到单片机U6的中断输入口，就可实现无线键盘的功能。

[0149] 红外遥控键盘可以采用现有技术，由集成电路芯片PT2248构成的红外遥控键盘如图8所示。00H～09H为数字键，0AH为复位键，0BH为取消键。

[0150] 红外线遥控键盘发射电路采用脉时调制(PPM)方式，将遥控指令调制成脉冲序列，并驱动红外发射管以光脉冲的形式发送出去。遥控指令为：

[0151]C1 C2 C3 H S1 S2 D1 D2 D3 D4 D5

[0152] C1，C2，C3是用户码，在T1，T2，T3与CODE之间接入二极管后，则代表C1，C2，C3为高电平“1”，不接二极管则代表低电平“0”，图2中C1C2C2＝111。D1，D2，D3，D4，D5，D6是发送的数据码，

[0153] PT2248遥控指令的波形正脉冲的占空比为1/4时代表“0”，正脉冲的占空比为3/4时代表“1”。

[0154] 无论“0”还是“1”，发射时正脉冲被调制在载波上，载波的占空比为1/3，这样有利于减少功耗。每个发送周期按C1，C1，C2，H，S1，S2，D1，D2，D3，D4，D5，D6的次序串行发送，总长度为48a，其中a为每位码周期的1/4，其大小为：a＝192/fosc秒＝192/455KHE＝0.422ms。按下00H～0BH中某个键时，输出脚TXOUT发送两个周期的12位码，其间隔为80a。

[0155] 当GL3276A的红外接收二极管PH302B接收到带有载波的遥控指令的红外线信号后，进行放大，限幅和检波，检出遥控指令的脉冲包络，滤去载波，得到遥控指令的脉冲信号，经74LS14施密特反相器整形，得到遥控指令脉冲信号的波形正脉冲的占空比为1/4代表“1”，波形正脉冲的占空比为3/4代表“0”。由于每位码都以4a为周期，每位的起始总是由高电平到低电平，因此解码的过程可用每位码的起始边沿作为/INT4的中断请求信号，中断响应后关/INT4中断，然后延时a/2，再延时a，分别在3a/2，5a/2，7a/2时刻进行采样，接收到的“0”由‘低高高高’组成，“1”由‘低低低高’组成，当7a/2时刻采样完成后开/INT4中断，为下一位码的采样作准备，直到/INT4中断24次(两个周期的串行12位码)。中断服务子程序开始预置样码0FH，分别在a/2，3a/2，5a/2，7a/2时刻对红外接收芯片GL3276A的输出信号进行采样，如果是高电平保持样码不变，如果是低电平样码相应位置0，最后将样码存入指定的RAM单元。

[0156] DS 1820数字温度传感器将9位二进制温度信息从单线接口送入DS 1820或从DS1820送出，因此从单片机到DS1820仅需一条数据线，DS1820的测量范围从-55到+125摄氏度，增量值为0.5摄氏度，可在1秒内把温度变换成数字，每一个DS1820包括一个唯一的64位长的序号，该序号值存放在DS1820内部的ROM(只读存储器)中，开始8位是产品类型编码，编码均为10H，接着的48位是每个器件唯一的序号，最后8位是前面56位的CRC(循环冗余校验)码，DS1820中还有用于储存测得的温度值的两个8位存储器RAM，编号为0号和1号，1号存储器存放温度值的符号，如果温度为负，则1号存储器8位全为1，否则全为
0。0号存储器用于存放温度值的补码LSB，每一片DS1820在其ROM中都存有其唯一的48位序列号，在出厂前已写入片内ROM中，单片机在进入操作程序前必须逐一接入DS1820，用读ROM(33H)命令将该序列号读出并登录。

[0157] 本产品的软件设计采用现有技术，主要包括：显示设置、信息录入、信息翻查、时实显示；(a)显示设置包括：显示方式(固定、滚动)、时间设置；

[0158] (b)信息录入：主要是接收红外遥控指令，录入瓦斯检查员测到的数据信息及信息录入的时间，瓦斯检查员每次录入信息的时间被单片机系统定时、定点自动记录下来，由时钟芯片提供标准时间，不需要外部输入，因此不会出现造假，便于监督、管理。

[0159] (c)信息翻查：翻查以前的信息录入历史，最少可以翻查2周内录入的测量数据和录入人员的信息；

[0160] (d)时实显示：即立即进入信息显示状态；

[0161] 本产品在设计上最大限度地减少了对单片机系统的硬件资源占用，单片机U6其它没有使用的端口为后续开发预留，后续开发部分包括甲烷/CO测量、通讯模块、报警输出，主要完成的功能是：(1)现场甲烷/CO时实测量，(2)实现与井下安全检测网络连网，(3)实现声光报警。