煤礦交變濕熱試驗(yàn)箱溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

韓英 黨偉 徐洋

【摘要】 為了提高煤礦交變濕熱試驗(yàn)箱的性能，更好地完成礦用設(shè)備的檢驗(yàn)需求，在分析煤礦安全生產(chǎn)形勢(shì)基礎(chǔ)上，以數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）為核心設(shè)計(jì)煤礦交變濕熱試驗(yàn)箱溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。詳細(xì)設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)、DSP和AD7665轉(zhuǎn)換器接口電路及系統(tǒng)軟件程序，系統(tǒng)具有測(cè)量精度高、穩(wěn)定性好和實(shí)時(shí)性強(qiáng)，是煤礦交變濕熱試驗(yàn)箱溫度監(jiān)測(cè)的理想選擇。

【關(guān)鍵詞】 煤礦 交變濕熱 試驗(yàn)箱 溫度監(jiān)測(cè) 通訊

現(xiàn)階段，我國(guó)煤礦安全生產(chǎn)形勢(shì)整體較好，但也存在一些突出問題和薄弱環(huán)節(jié)，井下安全生產(chǎn)事故總量和百萬(wàn)噸死亡率仍然偏高，尤其是重特大事故時(shí)有發(fā)生。煤礦井下最大的安全隱患就是瓦斯事故，很多重大瓦斯爆炸都是由井下配線系統(tǒng)不穩(wěn)定、電氣設(shè)備產(chǎn)生的火花所致。改善煤礦配電系統(tǒng)現(xiàn)狀、提高礦用電氣設(shè)備性能，避免設(shè)備短路、過(guò)載、漏電等引起的火花，是杜絕安全隱患預(yù)防瓦斯事故的有效措施之一。

礦用電氣設(shè)備的絕緣電阻和隨溫度和濕度的增加而降低，所以使用環(huán)境中的濕度和溫度變化對(duì)設(shè)備的絕緣結(jié)構(gòu)和工作性能影響較大。采用人工模擬煤礦井下惡劣環(huán)境，考察礦用電氣設(shè)備在交變濕熱的條件下的性能對(duì)于保證設(shè)備的性能、提高煤礦電網(wǎng)的安全性，避免安全生產(chǎn)事故發(fā)生具有重要的意義。

一、溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

煤礦交變濕熱試驗(yàn)箱溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用外部直流電源供電，主要由DSP單元、溫度傳感器單元、AD轉(zhuǎn)換單元、電平轉(zhuǎn)換單元、通訊單元、SD卡存儲(chǔ)單元和工業(yè)計(jì)算機(jī)組成，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)框圖如圖1所示。

溫度傳感器單元采集的0-5V的模擬量信號(hào)送入AD轉(zhuǎn)換單元，AD轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)電壓高于DSP可接受的電壓，信號(hào)經(jīng)過(guò)電平轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成0-3.3V信號(hào)輸入到DSP的信號(hào)輸入引腳。DSP處理后的信號(hào)經(jīng)過(guò)RS485通訊單元發(fā)送給工業(yè)計(jì)算機(jī)，在專業(yè)開發(fā)的溫度監(jiān)測(cè)顯示界面中顯示出來(lái)。同時(shí)，DSP通過(guò)串行外設(shè)接口（SPI）模塊將監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)發(fā)送給SD卡存儲(chǔ)單元，形成煤礦交變濕熱試驗(yàn)箱溫度狀況數(shù)據(jù)庫(kù)，為以后故障和狀態(tài)分析提供數(shù)據(jù)。

1.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換器選擇

溫度傳感器信號(hào)的精確采集是監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的核心，所以模數(shù)轉(zhuǎn)換器的選擇尤為重要。對(duì)比ADC0809CCN、ADS1298和AD7665等模數(shù)轉(zhuǎn)換器的性能，結(jié)合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的需求，選擇AD7665作為監(jiān)測(cè)系統(tǒng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器。AD7665是一款基于Pulsar內(nèi)核的16位、電荷再分配SAR型模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC），采用5 V單電源供電。

該轉(zhuǎn)換器內(nèi)置一個(gè)16位高速采樣ADC、一個(gè)電阻器輸入標(biāo)量（允許多種輸入范圍）、一個(gè)內(nèi)部轉(zhuǎn)換時(shí)鐘、糾錯(cuò)電路，以及串行和并行系統(tǒng)接口。AD7665具有極高采樣速率、正常和低功耗3種轉(zhuǎn)換模式。器件內(nèi)部包含了一個(gè)適用于不同輸入范圍的電阻電路，一個(gè)用于控制轉(zhuǎn)換的內(nèi)部時(shí)鐘，一個(gè)糾錯(cuò)電路。輸出方式既可以是串行接口也可以是并行接口，以便于和各種微機(jī)接口。

1.3 DSP與AD轉(zhuǎn)換器接口電路

AD7665與DSP之間通過(guò)I/O口和數(shù)據(jù)接口相連接，接口電路如圖2所示。AD7665的控制方式簡(jiǎn)潔，由于監(jiān)測(cè)系統(tǒng)一直處于工作狀態(tài)，所以片選端口直接與DSP相連接，由DSP控制選通時(shí)間。DSP通過(guò)控制AD7665的CONVST管腳啟動(dòng)AD7665轉(zhuǎn)換器，進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣。DSP的外部中斷XINT1引腳與AD7665的BUSY引腳相連接，當(dāng)BUSY輸出低電平，表示AD轉(zhuǎn)換已經(jīng)完成，觸發(fā)外部中斷。

二、軟件設(shè)計(jì)

軟件程序主要包括初始化程序和主循環(huán)程序，初始化是指監(jiān)測(cè)系統(tǒng)初始化、PIE控制寄存器的初始化、PIE參數(shù)表初始化、ADC初始化、I/0口設(shè)置初始化、SPI各寄存器的初始化等；主循環(huán)包括開啟中斷數(shù)據(jù)采集、關(guān)中斷和數(shù)據(jù)發(fā)送等。程序首先進(jìn)行初始化，內(nèi)部定時(shí)器開始計(jì)數(shù)，進(jìn)入中斷服務(wù)程序啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集子程序。當(dāng)AD轉(zhuǎn)換完畢后，進(jìn)入中斷子程序，開始讀取溫度數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，在達(dá)到采集數(shù)據(jù)點(diǎn)M時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入定時(shí)器中斷服務(wù)子程序，并向工業(yè)計(jì)算機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)煤礦交變濕熱試驗(yàn)箱溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、處理和傳輸。

三、結(jié)束語(yǔ)

將結(jié)合數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）與高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD7665開發(fā)溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能夠滿足對(duì)煤礦交變濕熱試驗(yàn)箱溫度監(jiān)測(cè)的要求。通過(guò)RS485實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與工業(yè)計(jì)算機(jī)之間的通訊，將采集的溫度數(shù)據(jù)在顯示界面上顯示出來(lái)。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有精度高、實(shí)時(shí)性好和處理能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，為煤礦交變濕熱試驗(yàn)箱的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障分析提供數(shù)據(jù)支撐。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 國(guó)家能源局.關(guān)于規(guī)范煤制油、煤制天然氣產(chǎn)業(yè)科學(xué)有序發(fā)展的通知.〔2014〕339號(hào).

[2] 劉盧杰， 機(jī)械自動(dòng)化在煤礦中的應(yīng)用[J].煤炭技術(shù)，2014，（3）106-108.

[3] 蘇岳龍.基于VC++6.0的高速串口通信數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[J].微計(jì)算機(jī)信息2005，21（5）：147-148.