煤礦瓦斯抽放監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集模塊的設計

摘 要 數(shù)據(jù)采集在煤礦安全生產方面有著舉足輕重的作用。在全面分析各種采集模塊的基礎上，提出了一種基于MSP430瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的設計方案。該系統(tǒng)利用傳感器采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，MSP430作為核心器件實時對采集數(shù)據(jù)進行處理、診斷和傳信。它與過去瓦斯抽放監(jiān)控數(shù)據(jù)采集模塊相比，結構簡單、體積小、功耗低，便于觀測和處理，為進一步研發(fā)瓦斯監(jiān)控數(shù)據(jù)采集模塊提供新的實現(xiàn)方法。

關鍵詞 MSP430；監(jiān)控系統(tǒng)；數(shù)據(jù)采集

中圖分類號：TD712 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）04-0027-02

Design of mine gas drainage monitoring system of data acquisition module

Zhu Jiang

（School of Electrical and Information Engineering， Anhui University of Science and Technology， Huainan 232001， China）

Abstract： The major issues to solve modern gas pumping applications on the efficient production of coal mine safety， data acquisition of the gas monitoring system based on MSP430 design. The system utilizes the powerful processing capabilities of the MSP430 effective in combination with various sensors， the use of man-machine control interface and EEPROM module greatly improves the accuracy and stability of the state gas drainage data acquisition， and to make it work in the best state to ensure gas safety drainage. Past gas drainage compared to the data acquisition system hardware structure is simple， low power consumption， good compatibility， intrinsically safe power workload， to lay the foundation for further research and design of gas monitoring data acquisition module.

Key words： MSP430；monitoring system；data acquisition

現(xiàn)階段煤礦安全問題已經成為全社會關注的焦點問題。通過數(shù)據(jù)采集模塊在瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)中的運用，能實時、連續(xù)的對瓦斯抽放狀態(tài)進行監(jiān)測和調控，保證系統(tǒng)的正常運行，極大的避免了煤礦事故的發(fā)生。

本文介紹了瓦斯抽放監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集模塊的硬件原理和軟件設計。利用性價比高和穩(wěn)定性好的MSP430作為核心處理器。有效結合各類采集瓦斯、溫度等物理量傳感器，運用RS485通信接口，進行數(shù)據(jù)傳輸，為瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集模塊的實現(xiàn)提供了良好的核心器件。

1 數(shù)據(jù)采集模塊的工作原理

監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集模塊運用MSP430作為控制器核心，采集煤礦井下瓦斯、溫度、粉塵、CO、CO2等物理量。利用MSP430自帶的12位A/D轉換器對傳感器采集的現(xiàn)場信息進行放大和濾波并傳送至人機界面顯示如圖1。

圖1 瓦斯抽放監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集結構圖

2 數(shù)據(jù)采集模塊的硬件設計

瓦斯抽放監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集結構：MSP430、溫度傳感器、瓦斯傳感器、粉塵傳感器、CO傳感器、CO2傳感器、控制輸入輸出、時鐘電路、人機界面模塊、RS485模塊及EEPROM模塊。

2.1 MSP430

數(shù)據(jù)采集模塊運用性價比好和穩(wěn)定性能高的MSP430作為核心處理器，該芯片工作頻率為25 MHz。芯片內部資源豐富，簡化了硬件結設計構，通過對電源電壓和運行時鐘的有效處理，大大降低了系統(tǒng)功耗。

2.2 輸入輸出控制

輸入控制模塊采用光耦電路進行隔離，經過光耦傳輸至MSP430的IN口，實現(xiàn)對MSP430的電氣隔離和保護。

開關量輸出模塊主要通過MSP430的采集信號經過光耦控制，使得繼電器閉合，從而達到控制外部交流接觸器動作的目的。

2.3 傳感器模塊

數(shù)據(jù)采信主要由各類傳感器將采集到的瓦斯溫度等物理量模擬信號通過預處理，將信號輸入到MSP430的AD通道進行模擬信號的數(shù)據(jù)采信。傳感器采集的模擬信號經運算放大后使信號幅值范圍在0 V到3.3 V之間才能符合msp430使用要求。

2.4 時鐘電路模塊

MSP430的時鐘電路由數(shù)據(jù)線SDA和時鐘信號線SCL構成串行12C總線，進行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。利用3 V振蕩電源，為MSP430提供運行時鐘。

2.5 人機界面模塊

鍵盤和液晶屏是人機界面的組成部分，液晶屏用于觀測系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集和模塊運行情況；鍵盤用來控制系統(tǒng)的啟動和停止，在觀測系統(tǒng)異常時可重新設定參數(shù)，保持系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

2.6 RS485模塊

MSP430系統(tǒng)運用可進行Modbus協(xié)議數(shù)據(jù)通信的RS485接口，提高了設備與設備之間擁有良好地數(shù)據(jù)通信兼容性，使得數(shù)據(jù)傳輸準確穩(wěn)定。

3 軟件設計

軟件設計的主程序主要包括系統(tǒng)初始化，按鍵掃描開關機，數(shù)據(jù)采集和處理，數(shù)據(jù)通信，系統(tǒng)故障診斷，控制程序和顯示程序。如圖2。

4 結束語

本系統(tǒng)采用結構簡單、資源豐富、可靠性高、抗干擾強的MSP430作為煤礦瓦斯抽放監(jiān)控系統(tǒng)采集模塊的核心控制器件。通過軟硬件的合理設計使得監(jiān)控系統(tǒng)運行更穩(wěn)定、功耗低、精度高。為煤礦瓦斯的安全抽放提供了新的思路和解決方案。

參考文獻

[1]陳瑞陽，席巍，宋柏青.西門子工業(yè)自動化項目設計實踐[M].北京：機械工程出版社，2009.

[2]呂衛(wèi)陽，徐昌榮主編.PLC工程應用實例解析[M].中國電力出版社，2007.

[3]常斗南.PLC運動控制實例及解析[M].北京：機械工業(yè)出版社，2009.

[4]李明河.可編程控制原理與應用[M].合肥：合肥工業(yè)大學出版社，2008.

[5]陳伯時.電力拖動自動控制系統(tǒng)：運動控制系統(tǒng)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2008.

[6]胡壽松.自動控制原理簡明教程[M].北京：科學出版社，2008.

[7]SIEMENS AG.SIMATIC S7-200 Programmable Controller System Manual，2004.

作者簡介

朱江（1986-），江蘇泗洪人，安徽理工大學電氣與信息工程學院研究生，研究方向：控制理論與控制工程。endprint

摘 要 數(shù)據(jù)采集在煤礦安全生產方面有著舉足輕重的作用。在全面分析各種采集模塊的基礎上，提出了一種基于MSP430瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的設計方案。該系統(tǒng)利用傳感器采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，MSP430作為核心器件實時對采集數(shù)據(jù)進行處理、診斷和傳信。它與過去瓦斯抽放監(jiān)控數(shù)據(jù)采集模塊相比，結構簡單、體積小、功耗低，便于觀測和處理，為進一步研發(fā)瓦斯監(jiān)控數(shù)據(jù)采集模塊提供新的實現(xiàn)方法。

關鍵詞 MSP430；監(jiān)控系統(tǒng)；數(shù)據(jù)采集

中圖分類號：TD712 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）04-0027-02

Design of mine gas drainage monitoring system of data acquisition module

Zhu Jiang

（School of Electrical and Information Engineering， Anhui University of Science and Technology， Huainan 232001， China）

Abstract： The major issues to solve modern gas pumping applications on the efficient production of coal mine safety， data acquisition of the gas monitoring system based on MSP430 design. The system utilizes the powerful processing capabilities of the MSP430 effective in combination with various sensors， the use of man-machine control interface and EEPROM module greatly improves the accuracy and stability of the state gas drainage data acquisition， and to make it work in the best state to ensure gas safety drainage. Past gas drainage compared to the data acquisition system hardware structure is simple， low power consumption， good compatibility， intrinsically safe power workload， to lay the foundation for further research and design of gas monitoring data acquisition module.

Key words： MSP430；monitoring system；data acquisition

現(xiàn)階段煤礦安全問題已經成為全社會關注的焦點問題。通過數(shù)據(jù)采集模塊在瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)中的運用，能實時、連續(xù)的對瓦斯抽放狀態(tài)進行監(jiān)測和調控，保證系統(tǒng)的正常運行，極大的避免了煤礦事故的發(fā)生。

本文介紹了瓦斯抽放監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集模塊的硬件原理和軟件設計。利用性價比高和穩(wěn)定性好的MSP430作為核心處理器。有效結合各類采集瓦斯、溫度等物理量傳感器，運用RS485通信接口，進行數(shù)據(jù)傳輸，為瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集模塊的實現(xiàn)提供了良好的核心器件。

1 數(shù)據(jù)采集模塊的工作原理

監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集模塊運用MSP430作為控制器核心，采集煤礦井下瓦斯、溫度、粉塵、CO、CO2等物理量。利用MSP430自帶的12位A/D轉換器對傳感器采集的現(xiàn)場信息進行放大和濾波并傳送至人機界面顯示如圖1。

圖1 瓦斯抽放監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集結構圖

2 數(shù)據(jù)采集模塊的硬件設計

瓦斯抽放監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集結構：MSP430、溫度傳感器、瓦斯傳感器、粉塵傳感器、CO傳感器、CO2傳感器、控制輸入輸出、時鐘電路、人機界面模塊、RS485模塊及EEPROM模塊。

2.1 MSP430

數(shù)據(jù)采集模塊運用性價比好和穩(wěn)定性能高的MSP430作為核心處理器，該芯片工作頻率為25 MHz。芯片內部資源豐富，簡化了硬件結設計構，通過對電源電壓和運行時鐘的有效處理，大大降低了系統(tǒng)功耗。

2.2 輸入輸出控制

輸入控制模塊采用光耦電路進行隔離，經過光耦傳輸至MSP430的IN口，實現(xiàn)對MSP430的電氣隔離和保護。

開關量輸出模塊主要通過MSP430的采集信號經過光耦控制，使得繼電器閉合，從而達到控制外部交流接觸器動作的目的。

2.3 傳感器模塊

數(shù)據(jù)采信主要由各類傳感器將采集到的瓦斯溫度等物理量模擬信號通過預處理，將信號輸入到MSP430的AD通道進行模擬信號的數(shù)據(jù)采信。傳感器采集的模擬信號經運算放大后使信號幅值范圍在0 V到3.3 V之間才能符合msp430使用要求。

2.4 時鐘電路模塊

MSP430的時鐘電路由數(shù)據(jù)線SDA和時鐘信號線SCL構成串行12C總線，進行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。利用3 V振蕩電源，為MSP430提供運行時鐘。

2.5 人機界面模塊

鍵盤和液晶屏是人機界面的組成部分，液晶屏用于觀測系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集和模塊運行情況；鍵盤用來控制系統(tǒng)的啟動和停止，在觀測系統(tǒng)異常時可重新設定參數(shù)，保持系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

2.6 RS485模塊

MSP430系統(tǒng)運用可進行Modbus協(xié)議數(shù)據(jù)通信的RS485接口，提高了設備與設備之間擁有良好地數(shù)據(jù)通信兼容性，使得數(shù)據(jù)傳輸準確穩(wěn)定。

3 軟件設計

軟件設計的主程序主要包括系統(tǒng)初始化，按鍵掃描開關機，數(shù)據(jù)采集和處理，數(shù)據(jù)通信，系統(tǒng)故障診斷，控制程序和顯示程序。如圖2。

4 結束語

本系統(tǒng)采用結構簡單、資源豐富、可靠性高、抗干擾強的MSP430作為煤礦瓦斯抽放監(jiān)控系統(tǒng)采集模塊的核心控制器件。通過軟硬件的合理設計使得監(jiān)控系統(tǒng)運行更穩(wěn)定、功耗低、精度高。為煤礦瓦斯的安全抽放提供了新的思路和解決方案。

參考文獻

[1]陳瑞陽，席巍，宋柏青.西門子工業(yè)自動化項目設計實踐[M].北京：機械工程出版社，2009.

[2]呂衛(wèi)陽，徐昌榮主編.PLC工程應用實例解析[M].中國電力出版社，2007.

[3]常斗南.PLC運動控制實例及解析[M].北京：機械工業(yè)出版社，2009.

[4]李明河.可編程控制原理與應用[M].合肥：合肥工業(yè)大學出版社，2008.

[5]陳伯時.電力拖動自動控制系統(tǒng)：運動控制系統(tǒng)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2008.

[6]胡壽松.自動控制原理簡明教程[M].北京：科學出版社，2008.

[7]SIEMENS AG.SIMATIC S7-200 Programmable Controller System Manual，2004.

作者簡介

朱江（1986-），江蘇泗洪人，安徽理工大學電氣與信息工程學院研究生，研究方向：控制理論與控制工程。endprint

摘 要 數(shù)據(jù)采集在煤礦安全生產方面有著舉足輕重的作用。在全面分析各種采集模塊的基礎上，提出了一種基于MSP430瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的設計方案。該系統(tǒng)利用傳感器采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，MSP430作為核心器件實時對采集數(shù)據(jù)進行處理、診斷和傳信。它與過去瓦斯抽放監(jiān)控數(shù)據(jù)采集模塊相比，結構簡單、體積小、功耗低，便于觀測和處理，為進一步研發(fā)瓦斯監(jiān)控數(shù)據(jù)采集模塊提供新的實現(xiàn)方法。

關鍵詞 MSP430；監(jiān)控系統(tǒng)；數(shù)據(jù)采集

中圖分類號：TD712 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）04-0027-02

Design of mine gas drainage monitoring system of data acquisition module

Zhu Jiang

（School of Electrical and Information Engineering， Anhui University of Science and Technology， Huainan 232001， China）

Abstract： The major issues to solve modern gas pumping applications on the efficient production of coal mine safety， data acquisition of the gas monitoring system based on MSP430 design. The system utilizes the powerful processing capabilities of the MSP430 effective in combination with various sensors， the use of man-machine control interface and EEPROM module greatly improves the accuracy and stability of the state gas drainage data acquisition， and to make it work in the best state to ensure gas safety drainage. Past gas drainage compared to the data acquisition system hardware structure is simple， low power consumption， good compatibility， intrinsically safe power workload， to lay the foundation for further research and design of gas monitoring data acquisition module.

Key words： MSP430；monitoring system；data acquisition

現(xiàn)階段煤礦安全問題已經成為全社會關注的焦點問題。通過數(shù)據(jù)采集模塊在瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)中的運用，能實時、連續(xù)的對瓦斯抽放狀態(tài)進行監(jiān)測和調控，保證系統(tǒng)的正常運行，極大的避免了煤礦事故的發(fā)生。

本文介紹了瓦斯抽放監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集模塊的硬件原理和軟件設計。利用性價比高和穩(wěn)定性好的MSP430作為核心處理器。有效結合各類采集瓦斯、溫度等物理量傳感器，運用RS485通信接口，進行數(shù)據(jù)傳輸，為瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集模塊的實現(xiàn)提供了良好的核心器件。

1 數(shù)據(jù)采集模塊的工作原理

監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集模塊運用MSP430作為控制器核心，采集煤礦井下瓦斯、溫度、粉塵、CO、CO2等物理量。利用MSP430自帶的12位A/D轉換器對傳感器采集的現(xiàn)場信息進行放大和濾波并傳送至人機界面顯示如圖1。

圖1 瓦斯抽放監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集結構圖

2 數(shù)據(jù)采集模塊的硬件設計

瓦斯抽放監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集結構：MSP430、溫度傳感器、瓦斯傳感器、粉塵傳感器、CO傳感器、CO2傳感器、控制輸入輸出、時鐘電路、人機界面模塊、RS485模塊及EEPROM模塊。

2.1 MSP430

數(shù)據(jù)采集模塊運用性價比好和穩(wěn)定性能高的MSP430作為核心處理器，該芯片工作頻率為25 MHz。芯片內部資源豐富，簡化了硬件結設計構，通過對電源電壓和運行時鐘的有效處理，大大降低了系統(tǒng)功耗。

2.2 輸入輸出控制

輸入控制模塊采用光耦電路進行隔離，經過光耦傳輸至MSP430的IN口，實現(xiàn)對MSP430的電氣隔離和保護。

開關量輸出模塊主要通過MSP430的采集信號經過光耦控制，使得繼電器閉合，從而達到控制外部交流接觸器動作的目的。

2.3 傳感器模塊

數(shù)據(jù)采信主要由各類傳感器將采集到的瓦斯溫度等物理量模擬信號通過預處理，將信號輸入到MSP430的AD通道進行模擬信號的數(shù)據(jù)采信。傳感器采集的模擬信號經運算放大后使信號幅值范圍在0 V到3.3 V之間才能符合msp430使用要求。

2.4 時鐘電路模塊

MSP430的時鐘電路由數(shù)據(jù)線SDA和時鐘信號線SCL構成串行12C總線，進行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。利用3 V振蕩電源，為MSP430提供運行時鐘。

2.5 人機界面模塊

鍵盤和液晶屏是人機界面的組成部分，液晶屏用于觀測系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集和模塊運行情況；鍵盤用來控制系統(tǒng)的啟動和停止，在觀測系統(tǒng)異常時可重新設定參數(shù)，保持系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

2.6 RS485模塊

MSP430系統(tǒng)運用可進行Modbus協(xié)議數(shù)據(jù)通信的RS485接口，提高了設備與設備之間擁有良好地數(shù)據(jù)通信兼容性，使得數(shù)據(jù)傳輸準確穩(wěn)定。

3 軟件設計

軟件設計的主程序主要包括系統(tǒng)初始化，按鍵掃描開關機，數(shù)據(jù)采集和處理，數(shù)據(jù)通信，系統(tǒng)故障診斷，控制程序和顯示程序。如圖2。

4 結束語

本系統(tǒng)采用結構簡單、資源豐富、可靠性高、抗干擾強的MSP430作為煤礦瓦斯抽放監(jiān)控系統(tǒng)采集模塊的核心控制器件。通過軟硬件的合理設計使得監(jiān)控系統(tǒng)運行更穩(wěn)定、功耗低、精度高。為煤礦瓦斯的安全抽放提供了新的思路和解決方案。

參考文獻

[1]陳瑞陽，席巍，宋柏青.西門子工業(yè)自動化項目設計實踐[M].北京：機械工程出版社，2009.

[2]呂衛(wèi)陽，徐昌榮主編.PLC工程應用實例解析[M].中國電力出版社，2007.

[3]常斗南.PLC運動控制實例及解析[M].北京：機械工業(yè)出版社，2009.

[4]李明河.可編程控制原理與應用[M].合肥：合肥工業(yè)大學出版社，2008.

[5]陳伯時.電力拖動自動控制系統(tǒng)：運動控制系統(tǒng)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2008.

[6]胡壽松.自動控制原理簡明教程[M].北京：科學出版社，2008.

[7]SIEMENS AG.SIMATIC S7-200 Programmable Controller System Manual，2004.

作者簡介

朱江（1986-），江蘇泗洪人，安徽理工大學電氣與信息工程學院研究生，研究方向：控制理論與控制工程。endprint