带式输送机滚筒温度检测装置设计(1).pdf

第 4 3卷 第 7 期 2 O 1 7年 7月 工矿 自 动化 I nd us t r y a nd M i n e Aut o ma t i on Vo 1 ． 4 3 NO ． 7 J u 1 ．2 0l 7 文章 编 号 1 6 7 1 2 5 I X 2 0 1 7 0 7 0 0 8 6 0 4 DOI 1 0 ． 1 3 2 7 2 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 - 2 5 1 x ． 2 0 1 7 ． 0 7 ． 0 1 8 带式输送机滚筒温度检测装置设计 张 丽 重 庆工 程职业 技 术学 院 电气工 程 学 院 ， 重 庆4 0 2 2 6 0 摘 要 针 对传 统 带式 输送机 滚 筒 温度检 测 方法存 在 布 线 困难 、 测量误 差大 等 问题 ， 设 计 了一 种 基 于射 频 通 信 的带 式输送 机 滚筒 温度检 测装 置 。该装 置检 测 终端 采用 集成 温度检 测 与射 频发 射功 能 的轮 胎压 力传 感 器芯 片 S P 3 7 0 ， 定 时采 集温度 数据 并通 过射 频通 信发 送 给 由射 频 接 收 芯 片、 单 片机 和 C AN 收发 器组成 的接 收 终端 ， 接 收终 端将接 收 到 的温度数 据 发送 到 C AN 总线 上 。测试 结 果表 明 ， 该 装 置测 量误 差 为3 ． 7 3℃ ， 单 个 纽扣 电池 可为检 测 终端连 续供 电 1 ． 5 a以上 ， 满足 现 场应 用要 求 。 关 键词 带式输 送机 ；滚 筒温度 ； 滚 筒 包胶 ；温度 检 测 ；射频 通信 中图分类 号 T D6 3 4 ． 1 文献标 志 码 A 网络 出版 时 问 2 0 1 7 - 0 6 2 7 1 7 1 3 网络 出版地 址 h t t p ／ ／ k n s ． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 3 2 ． 1 6 2 7 ． T P ． 2 0 1 7 0 6 2 7 ． 1 7 1 3 ． 0 1 8 ． h t ml De s i gn o f t e mpe r a t u r e d e t e c t i o n d e v i c e f o r d r u m o f b e l t c o n v e y o r ZH ANG Li Sc ho ol of El e c t r i c a l Eng i ne e r i ng，Cho n gq i n g Vo c a t i o na l I ns t i t ut e o f En gi n e e r i ng， Cho ng q i ng 4 0 22 6 0，Ch i na Ab s t r a c t For d i f f i c u l t wi r i ng a nd bi g m e a s u r i ng e r r or e x i s t e d i n t r a d i t i o n a l t e mpe r a t ur e d e t e c t i on m e t h o ds f or dr um of be l t c on v e y or ，a t e m p e r a t u r e d e t e c t i on d e v i c e f or dr u m of b e l t c o n ve yo r b a s e d on r a di o f r e qu e nc y c o mm u ni c a t i o n wa s de s i g ne d． De t e c t i on t e r mi n a l c ol l e c t s t e m p e r a t u r e d a t a t hr o ug h t i r e pr e s s u r e s e n s o r c hi p SP37 0 whi c h i n t e g r a t e s f un c t i o ns of t e mpe r a t ur e de t e c t i o n a nd r a di o f r e qu e n c y e mi s s i o n，a n d r e c e i v e r t e r m i n a l ，whi c h i s c o m p os e d o f r a d i o f r e q ue nc y r e c e i ve r c h i p，mi c r o e on t r o l l e r a nd CAN t r a ns c e i v e r ，r e c e i v e s t h e t e m p e r a t u r e da t a a n d s e n ds i t t o CAN b us． The t e s t r e s ul t s s ho w t ha t t he d e v i c e me e t s r e q u i r e me n t s o f f i e l d a p p l i c a t i o n，wh o s e me a s u r i n g e r r o r i s 3． 7 3 ℃a n d s i n g l e b u t t o n ba t t e r y c a n p r o vi d e c o nt i nu ous c ur r e n t f or t he d e t e c t i on t e r mi n a l f or ov e r 1 ． 5 a． Ke y wo r d s be l t c o nv e y o r；t e mpe r a t ur e o f d r um ；dr um r u bb e r；t e mpe r a t ur e d e t e c t i o n；r a di o f r e qu e n c y c o rn nl 1k l n j c a t j o n 0 引 言 在 煤 矿 井下 众 多 运 输 物料 的设 备 中 ， 带 式输 送 机承 担 了大 部分 运输 任务 ⋯ 。 煤矿 安全 规程 第 三 百七 十 四条 规定 ， 采用 滚筒 驱 动带 式输送 机 运输 时 ， 必须 装设 防打滑 、 跑偏 、 堆 煤 、 撕 裂 等保 护装 置 ， 同时 应 当装 设 温 度 、 烟 雾 监 测 装 置 和 自动 洒 水 装 置 。 当带 式输 送机 发生 打 滑 时 ， 滚 筒包 胶 和 胶 带 产 生 摩 擦 ， 导 致滚 筒温 度升 高 ， 长时 间高温 会引 起胶 带损 坏 甚至火 灾 [ 3 ] ， 因此 ， 对 滚筒 温度进 行检 测 十分必 要 。 温度检 测方 法分 为接 触式 和非 接触式 。接 触式 测 温定 位 准 确 、 精 度 高 ， 但 在 带 式 输 送 机 运 行 过 程 中 ， 滚 筒一 直处 于转 动状 态且被胶 带 挤压 ， 接触 式测 温 方法 在检 测运 动部 件温 度时不 易 布线 。 目前 滚筒 收稿 日期 2 0 1 7 0 4 2 9 ； 修回 日期 2 0 1 7 0 5 1 9 ； 责任编辑 盛男 基金项 目 重庆市科委 自然科学基金资助项 目 c s t c 2 0 1 6 j c y j A0 4 8 0 作者简介 张丽 1 9 8 1 一 ， 女 ， 山西 临汾人 ， 讲师 ， 硕士 ， 研究方 向为监控系统与现场总线 、 电子技术及应用 ， E ma i l 3 8 4 3 8 8 2 5 q q ．com。 引用格式 张丽． 带式输送机滚筒温度检测装置设计 I J ] ． 工 矿自动化 ， 2 0 1 7 ， 4 3 7 8 6 8 9 ． Z HANG L i ． De s i g n o f t e r a p e r a t u r e d e t e c t i o n d e v i c e f o r d r u m o f b e l t c o n v e y o r [ J ． I n d u s t r y a n d Mi n e Au t o ma t i 0 n ， 2 0 1 7 ， 4 3 7 8 6 8 9 2 0 1 7年 第 7期 张丽 带式 输送机 滚 筒 温度 检 测装 置设 计 8 7 测温一般采用非接触式 ， 其 中大多采用红外温度传 感器检测滚筒温度[ 4 。 ] ， 但检测精度易受环境湿度、 粉尘等 因素影响， 且胶带上溅 出的煤 泥容 易堵住红 外探头 ， 测量误差较大 。文献 [ 8 1 1 ] 采用接触式测 温与无线通信结合的方式实 现温度检测 ， 但检测部 分由温度传感器 、 C P U 和无线收发模块 组成 ， 体积 较大 ， 不 利于 在滚 筒 上 固定 ， 同时 功 耗 大 ， 需 要 定期 更 换 电 池 ， 在 煤 矿 井 下 恶 劣 的 生 产 环 境 中 不 利 于 维护 。 轮胎 压力 传感 器 芯 片 S P 3 7 0集 成 了 温度 采 集 、 数据处理和无线收发功能l 1 引， 具有体 积小、 功耗低 等特点 ， 因此 ， 本文采用 S P 3 7 0设计了一种基 于射 频通信 的带式输送机滚筒温度检测装置 ， 既避免 了 接触式测量运动部件温度需要布线 的情况 ， 又解决 了非接触式红外测温易受干扰的问题 。 1装 置 工作原 理 基于射频通信的带式输送机滚筒温度检测装置 由检测终端和接收终端组 成， 其工作原理如图 1所 示 。将检测终端固定在驱动滚筒侧壁上靠近包胶的 位置 ， 检测终端检测滚筒温度并通过射频通信 向接 收 终 端发送 数 据 ， 通信 频 率为 4 3 4 MHz [ 1 引。接收 终 端固定在距离滚筒较近的巷道壁或带式输送机支架 上 ， 接收来 自检测终端 的数据 ， 并转换为现场总线信 号传输给带式输送机控制系统主机 。为实现可靠通 信 ， 检测终端与接收终端的距离在 3 m以内。 带式输送机运行方 向 接收 胶带 图 1 带式输送机滚筒温度检测装置工作原 理 Fi g ． 1 Op e r a t i n g p r i n c i p l e o f t e m p e r a t u r e d e t e c t i o n d e v i c e f o r d r u m o f b e l t c o n v e y o r 2装置 硬件 设计 2 ． 1 检 测 终端 检测 终端 核 心 器 件 选 用 S P 3 7 0 ， 利用 该 芯 片 的 温度采集和射 频发射 功能进行设 计。由于 S P 3 7 0 具有较高集成度 ， 内含 8 0 5 1内核的微处理器， 所以 检测终端硬件设计 时只需外加 晶振电路、 供 电电池 和射频 天 线 即可 。 考 虑到带式输送机工作时滚筒表面温度较高， 为保证检测终端长时间正常工作 ， 供 电电池选用容 量 为 5 5 0 mA h的 耐 高 温 C R 2 4 5 0 HT 型 纽 扣 电 池 。为减小检测终端体积， 射频天线选用体积较小 的 AN1 6 O 3型贴 片天线I 1 。检测终端最终设计尺 寸 为 2 5 mm2 5 mm1 0 mm。 文献[ 1 5 ] 规定 ， 当直接测量滚筒表面温度超过 7 o℃时， 应停止带式输送机运行 ， 并开启洒水装置。 因此 检 测终端 的最 高工 作 温度不 应低 于 7 O℃ ， 以保 证滚筒表 面温度超 过阈值时检测终端仍 可正常工 作 。在检 测终 端 主 要 部 件 中 ， S P 3 7 0工 作 温 度 上 限 为 1 2 5℃ ， C R 2 4 5 0 HT型 纽扣 电池工 作 温 度上 限为 1 2 5 ℃ ， AN1 6 0 3 型 贴 片 天 线 工 作 温 度 上 限 为 8 5℃ ， 充分保 证 了检 测终 端可 在 7 0℃ 以上正 常 工 作 。 2 ． 2接 收 终 端 接收终 端 主要 由单 片机 、 射频 接收 芯 片和 C AN 收发 器 组 成 ， 如 图 2所 示 。单 片 机 选 用 内 部 集 成 C AN 控 制 器 的 L P C1 1 C 1 4 ， 射 频 接 收 芯 片 选 用 TD A5 2 3 5 ，C AN收 发器选用P C A8 2 C 2 5 O 。 TD A5 2 3 5接 收到检 测终 端 发送 的数 据 后 ， 通 过 S P I 总 线 传 输 至 L P C 1 1 C1 4 ， L P C 1 1 C1 4按 照 带 式 输 送 机 控 制 系 统 的 协 议 对 数 据 进 行 处 理，通 过 P CA 8 2 C 2 5 0发 送到 C AN 总线 上 。 图 2 接收终端硬件组成 Fi g ．2 Ha r dwa r e s t r uc t ur e o f r e c e i v e r t e r mi na l 3装 置软 件设 计 3 ． 1检 测 终 端 检测终端的程序在 S P 3 7 0中运行 ， 其软件流程 如图 3所示 。初始化部分实现射频发射和晶振的参 数配置 。射频发射参数包括工作模式、 调制方式、 工 作频段 、 数据编码方式等 ； 晶振参数主要指频移键控 F r e q u e n c y S h i f t K e y i n g ， F S K 低 频 和 高频 模式 下 的匹 配 电容 。S P 3 7 O提 供 了 一个 片上 函数 库 ， 温度 检测、 射频数据发送和休眠模式开启可通过调用相 8 8 工矿 自动化 2 0 1 7年 第 4 3卷 应的库 函数来实现 。S P 3 7 0的看 门狗定时器周期为 1 s ， 内部 定 时器 唤醒 可 自动 复 位 看 门 狗定 时器 ， 将 内部 定 时器 唤醒周 期设 为 9 0 0 mS ， 保 证 看 门狗 定 时 器能及时复位 射 频数据发送周期设 为 1 mi n ， 采 用内部定 时器唤 醒计数 实现 ， 即 内部 定 时器唤 醒 6 7次后 ， 执行 1次温度检测和射频数据发送。 图 3 检 测 终 端 软 件 流 程 Fi g． 3 Sof t wa r e p r o c e s s o f de t e c t i o n t e r mi n a l 3 ． 2 4 i - 收 终 端 射频接收芯片 TD A5 2 3 5采用专用配置软件进 行配 置 ， 生 成 的 头 文 件 包 含 在 L P C 1 1 C1 4程 序 中 。 接 收终 端 的主 程 序在 L P C1 1 C 1 4中运 行 ， 其 软 件流 程 如 图 4所 示 。 N 广 L 主 晶 振 初 始 化I C AN总线初始化 二二[ ●。。。。。_●_●_。。。。。。。。。。●。。。。。--●●。。。。。。一 l S P I 总线初始化 二二亡 T D A5 2 3 5初始化 ／ ▲ -- ---- 一 b l 发送数据 I 图 4接 收 终 端 软 件 流程 Fi g ．4 Sof t war e pr oc e s s o f r e c e i v e r t e r mi n a l 初 始 化 部 分 实 现 晶 振 、 C AN 总 线 、 S P I总线 和 TDA5 2 3 5的参 数 配 置 。C A N 总 线 参 数 包 括 波 特 率 、 位 时 序 、 帧类 型等 ； S P I 总线 参 数 包括 数 据 模 式 、 工作模 式 、 数据 大 小 、 波 特 率等 ； T DA5 2 3 5参 数 配置 通 过 S P I 总线 向 T D A5 2 3 5写数 据 实现 。初 始化 结 束后 ， 进入程序 主循环 ， 主要包括 S P I 总线 读取数 据 、 C AN 总 线 发 送 数 据 2个 部 分 。检 测 终 端 每 1 m i n向 T D A5 2 3 5 发 送 1 次 数据 ， L P C l l C 1 4每 3 0 S 从 TD A5 2 3 5读 取 1次数 据 ， 可 保 证数 据 及 时 更新 。 C AN 总线发 送数 据采 用 中断机 制 ， 每成功 发 送 1帧 数 据产 生 1个 中 断 ， 主 循 环 根 据 中断 标 志 向 C AN 发送缓 冲区写入数据 ， 数据发送 由 L P C l l C 1 4内部 集 成 的 C AN 控制 器 自动完 成 。 4 实验验 证 4 ． 1精 度 导热 硅 胶具 有 防 水 和导 热 功 能 ， 采 用 导 热 硅胶 浇封检测终端 ， 并将检测终端投入逐渐加热的水中， 分别 用 F l u k e 6 1型手 持 式 红 外 温 度 计 和 接 收终 端 对水温进行测量， 结果见表 1 。以手持式红外温度 计的测量值作为参考值 ， 接收终端测量最大误差为 1 ． 7 3 ℃ ， 而 手 持 式 红 外 温 度 计 的 标 称 误 差 为 2℃ ， 因此 带式 输 送 机 滚 筒 温度 检 测 装 置最 终 误 差为 3 ． 7 3℃ 。 表 l 温度测试结果 Ta b l e 1 Te s t r e s u l t s of t e m p e r a t u r e ℃ 手持 式红外温度计测量值 接收终端测量值 2 8 ． 7 6 4 0 ． 8 9 5 3 ．6 8 6 2 ．1 2 7 8 ．2 3 4 ． 2 工作 时 间 检测终端采用纽扣 电池供 电， 测试其连续工作 时 间需要 花 费较长 时 间 ， 因此 随 机 挑选 5个 纽 扣 电 池 ， 测试 每个 纽扣 电池 同时 为 3 0 个 检测 终端 连续 供 电时间 ， 结果见表 2 。经换算 ， 1个纽扣 电池为单个 检测 终端 连续 供 电时 间均在 1 ． 5 a以上 。 表 2 连续 工作 时间测试结果 Ta b l e 2 Te s t r e s u l t s o f c o n t i n u o u s o p e r a t i n g t i me d 电 池 序号 工 作 时 间 5 结语 基于 射频 通信 的带 式输送 机滚 筒 温度检 测 装置 由检测终端和接收终端组成 。检测终端采用集成温 度检测 与射 频 发射 功 能 的轮 胎压 力 传感 器芯 片 2 0 1 7年 第 7期 张 丽 带式输 送机 滚 筒温度 检 测装 置设 计 8 9 S P 3 7 0 ， 定 时采集温 度数据并 通过射频通信发送给 由射频接收芯片、 单 片机和 C AN 收发器组 成的接 收终端 ， 接收终端将接收到的温度数据发送到 C AN 总 线 上。 测 试 结 果 表 明， 该 装 置 测 量 误 差 为 3 ． 7 3℃， 单个纽扣 电池 可为检 测终 端连 续供 电 1 ． 5 a以上 ， 满足现场应用要求 。 参考文 献 R 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