煤矿机械200.pdf

． 2 4 ． 煤 矿 机 械 2 0 0 5年第 l 2期 文章编号 1 0 0 3 ． 0 7 9 4 2 0 0 5 1 2 ． 0 o 2 4 ． 0 3 煤矿压风机智能温度监测报警仪的设计 la t 忠超。王新栋 。王保齐 。郑丰隆 山东科技大学 信息与 电气工程学院 ，山东 青 岛 2 6 6 5 1 0 摘 要 ’ 介 绍了一种能够对煤矿压风机 中的多点温度进行监测及报 警的智能化仪 器， 通过对 各点温度分时测量， 获取各点温度信息， 温度超过设定的上限值 时能够进行声光报警。其上限值可 以由用户 自由设定。该仪器测温范围宽， 适用范围广， 安装和使用非常方便。 关键词 单片机；传感器；自动监测 中图号 T D 7 l 文献标识码 A 1 引言 煤矿是我 国重要的经济能源， 煤矿的事故率却 居高不下， 特别是近年来 ， 煤矿安全越来越受到人们 的重视。除了加强管理外 ， 人们也越来越注重设备 的安全可靠。以煤矿压风机为例 ， 油缸及风包温度 是表征其工作是否正常的重要指标 ， 实时监测其温 度是保证安全、 减少隐患的重要工作 。这套智能温 度监测报警仪就是为了实现此 目的而研发的。 2基本结构和功能 该仪器能够循环检测 8 点温度并分时显示 。用 户可 自主设定每路的上限报警值和上上限报警值 ， 温度超限时能够声光报警 。采用 8位智能化测量控 制专用微处理器 ， 基本结构包括以下几个模块。 2 ． 1 信 号获取 模块 信号获取模块包括温度传感器 、 电压放大 、 多路 模拟开关 、 模数转换等部分 ， 如图 1 所示。 式的源代码 。 前面板主要由数据 输人 控件、 布尔开关和图 形显示件组成。其 中， 数据控件是用来和框 图程序 进行数据交换 ， 提供给源程序计算参数 即轴上均布 的磁钢数 ， 布尔开关用 以控制采集的开始和停止 ， 图 形显件则将处理过的数据实时显示出来。 框图程序主要包含采集设置 、 数据采集、 数据存 储和数据处理 4部分。采集设置包含设备号、 计数 器、 通道号的配置 ， 计数器缓存大小的设定 ， 时基信 号频率 的选择。此处使用计数器缓存的主要原因是 为了确保计数器 中数据不会丢失 ， 计数器中的数据 可不间断地写入缓存中， 与此同时 C P U对缓存 中的 数据成块的进行写磁盘操作。采集和存储部分则使 用 w h i l e循环结构， 它连续批量地读出缓存 中数据 ， 并将读出的数据写人文本文件中。最后数据处理部 分将读得的计数器数据换算成相应 的速度数据， 并 逐个累加计数器数据重构 出每个速度信号所对应 的 时间值 开始点为零 ， 输出实际速度图。 6结语 本系统具有以下优点 1 实时性好 ， 能在测试 现场迅速地采集和处理数据 ； 2 精度高 ， 可避免人 为因素对数据结果的影 响； 3 采集的数据易于调 用 ， 其数据是以文本格式保存 的， 具有很好的可移植 性 ， 其它数据 处理软件如 MA T L A B和 E x c e l 等都可 方便调用。故该法在低转速测试领域具有较大的使 用价值。 参 考文献 [ 1 ] 吴杰清 ． 宽范 围高精度 测速 系统 [ J ] ． 武 汉交通 大学 学报 ， 1 9 9 5 ， 5 3 1 3 3 ． [ 2 ] 刘玉英． 提 升机测速的误差分析 [ J ] ． 煤矿机械 ， 1 9 9 8 ， 6 2 52 6 ． [ 3 ] 刘君华， 等 ． 虚拟仪器 图形 化编程语 言[ M] ． 西安 西安 电子科 技 大学 出版社 。 2 0 0 1 ． 作者简介 孙小 青 1 9 8 2一 ， 女 ， 江 苏南京人 ， 中国矿 业大学 机 电学 院硕 士 研究 生 在 读 ， 研 究 方 向 为机 械 故 障 诊 断 ． T e l 0 5 1 6 3 8 8 5 5 3 3． Ema i l s u n x ia o q in 8 2 1 2 6． c o m ． 收稿 日期 2 0 0 5 ． 0 8 ． 0 9 De s i g n 0 f M e a s u r i n g S y s t e m f o r Ro t a t i n g S p e e d 0 f Ho i s t Ba s e d 0 n Vi r t u a l I n s t r u m e n t SUN Xi a oqt n g，XI AO Xing mi n g，W ANG Pe n g C o H e g e o f Me c h a t r o n i c ， C h i n a Un i v e r s i t y o f Mi nin g a n d T e c h n o l o g y ， X u z h o u 2 2 1 0 0 8 。C h i n a J Ab s t r a c t T h i s a r t i c l e i n t r o d u c e s a me a s u ri n g r o t a t i n g s p e e d s y s t e m wh i c h i s a p p rop ri a t e f o r h o i s t o f mi n e． I t s h a r d wa r e i s c o mp o s e d o f a h a l 1 s e n s o r - s o me p i e c e s o f ma g n e t i c s t e e l 。 a d a t a a c q u i s i t i o n d e v i c eNI PCI一6 01 4 a nd a c o mp u t e 。 an d c a n e a s i l y a s s e mb l e d． Us i n g t h i s r e a lt i me s y s t e m y o u c a l l a c q u i r e h i g h a c c u r a c y d a t a． Ke y wo r d s r o t a t i n g s p e e d；Ha l l s e n s o r ；v i r t u a l i n s t r ume n t ；L AB VI EW 维普资讯 2 0 0 5 年第 l 2 期 煤矿压风机智能温度监测报警仪的设计田忠超， 等 2 5． 图 1信 号 获 取流 程 图 Fi g． 1 Fhw c h a r t 0 f s i Ia I a c q u i r e d I 温度传感器在 现场测量 中传感器位 于获 取信号的第一阶段， 对仪器的性能起着决定性作用。 传统的温度传感器具有非线性的缺点， 这使得硬件 和软件设计非常复杂。为克服这一缺点 ， 采用 了线 性 N T C温 度传感器 ， 这种传感器具 有 良好的线性 度， 同时具有测温范围宽、 互换精度高、 高稳定性等 优点。这些优点使得在电路设计中从根本上省去了 传统的非线性温度传感器所必需的线性化补偿网络 的繁杂设计和计算 。这种温度传感器 0 o C 基准电压 为 6 8 0 7 0 0 m V ， 温度 一电压 转换 系 数较 高 ， 为 一 2 m V ／ o C， 测 温在 一2 0 0 2 0 0 o C， 这 一温 度 范 围 能够满足大部分测温场所的需要 。传感器输出电压 的变化范围为 8 0 0 m V ， 所以只要适 当放大 l 0倍左 右， 就可以实现与模数转换器 A D 5 7 4 A的匹配 ， 省去 了对温度信号的非线性调整电路， 简化了硬件设计， 并且保证了信号采集的精确度。 2 信号放大电路如上所述， 温度传感器的输 出电压不能直接进行模数转换 ， 必须对其放大。考 虑到放大倍数和公差要求 ， 采用低失调低漂移运放 O P 一0 7 。这种运放采用 C M O S工艺和“ 齐纳微调” 技 术 ， 其输人失调电压温漂 a U 和输人失调电流温漂 a 都很小 ， 输入失调电压和输入失调电流也很小 ， 因而这类运放的精度 比较高。由于每路温度传感器 的 0 c I 二 基准 电压不同 在 6 8 0 7 0 0 m V之间 ， 为了 使每路信号能够正确地反映各点温度 ， 需要在每个 运算放大器的反相端加上一个可调基准电压源 调 节范围 6 8 0 7 0 0 m V ， 以保证所有放大电路在 0 o C 时输出电压全部为 0 。这样 ， 每个运放电路 的输出 值就能准确地反映出温度与输出电压的线性关系， 同时运算放大器存在 的失调电压和失调电流也得到 了补偿。 3 多路模拟开关 为达 到分时测量和控制 的 目的， 采用 了八通道多路模拟开关 A D 7 5 0 3 。这种多 路模拟开关采用 C MO S 工艺制作 ， 功耗低 ， 导通电阻 小且与所加电压无关 ， 这样就可以最大限度地降低 信号在传输过程中的损耗， 提高了测量的精度。硬 件连接如图 2 ， 单片机 的 P 1 ． 0一P 1 ． 2接多路模拟开 关的 A 0 A 2端 ， 用来控制各个通道的通断。例如 当A 0 A 2的状态为 0 0 0时 ， 接通 s 1 ， 为 0 0 1时， 接通 s 2 ⋯为 1 1 1 时， 接通 s 8 。通过程序的循环控制 ， 就可 以分时把八点的温度信息采集到 单 片机 中进 行 处 理 。 一 l 5 V ／ S S O U T 8 9 C 5 1 上 V D D S l P1 0 O S 2 尸I ． 1 Al A D 75 0 3 S3 PI ．2 2 S 4 。 一 D S5 l S 6 S 7 接T T L 高电平一 、 N S 8 换器 图 2多路 模 拟 开 关 的 连接 电路 图 Fig． 2 T h eda g r a m o fMU X 4 模数转换 电路A D 5 7 4 A是快速、 逐次 比较 型、 l 2位模， 数转换器 ， 转换速度最大为 3 5 F s ， 转换 精度40 ． 0 5 ％。A D 5 7 4 A片内具有三态输 出缓冲 电 路， 因而可直接与各种典型的 8位或 l 6位微处理器 相连 ， 且能与 C MO S及 T T L电平兼容。A D 5 7 4 A片内 包含高精度的参考电压源和时钟电路 ， 这使它可 以 在不需任何外部电路和时钟信号的情况下完成一切 A ／ D转换功能。这种模数转换器具有单极性和双极 性 2种连接方式 ， 在本仪器的设计中， 由于放大电路 输出信号 为双极性 ， A D 5 7 4 A采用双极性 电路连接 ， 如图 3 。 l R E F rN 1 0 0 8 陇 f Ut B I P OF F 铂 AD 574A 1 0 Vi n 2 0 Vi n OM DCO 广。 图 3 A D 5 7 4的双极性连接电路图 F i g ． 3 Th e d l g r s l n o fA D5 7 4 2 ． 2输 出显示模块 根据设计要求， 需要分时显示各通道号码和相 应的温度值 ， 包括符 号位在 内， 共需 5位 L E D显示 器。为了节 约成本、 简化 电路及 降低耗 电量 ， 采用 L E D动态显示电路， 将所有位的段选码并联在一起， 由5位 I ／ O口控制 ， 共阴极点分别由相应的 I ／ O口线 控制。显示缓冲单元为 5 0 H一 5 4 H， 通过改变显示缓 冲单元的数据来控制显示结果。 2． 3上 限、 上上限设 定模 块 上限的设定和上上限的设定原理基本相同， 都 是依靠外部中断。由一个三向开关控制仪器处于工 作状态或上限、 上上 限设定状态。当开关处于中间 位置时， 仪器正常测温 ； 拨向上 限设定状态时， 实际 上是触发了外部中断 I R 0 ， 此时执行上限设定程序； 拨向上上限设定状 态时 ， 触发 了外 部中断 I R 1 ， 此时 执行上上限设定程序。设定时用到 3个按键 路选 键 、 增量键和减量键。路选键用来选择需要设定 的 维普资讯 2 6 煤矿压风机智能温度监测报警仪的设计 田忠超 ， 等 2 0 0 5 年第 1 2期 通道号码， 增量键 、 减量键用来改变相应通道的设定 值。通道号码和相应 的设定值可 以直 观地在 L E D 上显示出来。用这种方法也可以对设定的上限、 上 上限值进行查看。三 向开关重新拨 回工作状态时， 设定的参数便 自动存入相应内存单元 3 0 H一3 7 H和 3 8 H 一3F H。 2 ． 4报警模 块 本仪器的重要功能之一是当被测温度超过上 限 设定值时会发出声光报警 。八通道温度信号对应 8 个红色发光二极管和 8个绿色发 光二极管。这 1 6 个发光二极管接在扩展 I ／ O口 8 1 5 5的 P B口， P B口 的每一位对应一红一绿 2 个二极管 。单片机的P 1 ． 7 接蜂鸣器。正常情 况下 ， P B口输 出全 0 ， 绿 灯亮 ， P 1 ． 7为低电平 。如果某路温度超限， 则相应 的位输 出为 1 ， 红灯亮 ， 同时给接有蜂鸣器的 P 2 ． 5送 出高 电平 ， 使蜂鸣器声音报警。本仪器具有报警记忆功 能， 出现报警后 ， 即使将温度调整到上限以下也不会 自动停止报警 ， 这时需要按下报警清除按钮方可停 止报警 。 2 ． 5定点显 示模 块 为了仔细观察某 通道的温度 ， 有时需要使仪器 只显示该通道温度。单片机 的 P 1 ． 6接定点显示按 钮 ， 按下时 ， 显示器就会一直显示 当前测点 的温度。 松开按钮， 仪器又会 自动恢复到循环检测状态。这 一 功能由主程序的循环扫描实现。 3软件设 计 软件设计采用外部 中断和定时中断的方式。主 程序为显示程序。定时中断程序定时读取温度信息 并作相应处理 ， 同时更新显示缓冲单元 ， 使每路的温 度值分时显示 出来 。2个外部 中断程序分别用于温 度上限和温度上上限的设定。 1 主程序 主程序流程图如图 4所示。 2 定 时中断程序 本 中断程序采用单片机 的 定时／ 计数器实现 中断。 位工作方式 1 ， 定时周期为 1 0 0 m s ， 4 0次定 时器中断为 4 s ， 每隔 4 s 进行一次读取 A I D转换器 的操作， 并将读取的数据转换为温度值后送入显示 缓冲单元进行显示。同时将读取的结果与对应的上 限设定值和上上限设定值作 比较 ， 超 限则做出相应 的动作。 3 上限和上上限设定程序 部中断的方式。在程序 中分别对路选键、 增量键和 减量键进行扫描 ， 对应所测路号增减其设定值 ， 并将 设定的数值存入相应 内存 3 0 H一3 7 H和 3 8 H 3 F H 单元 。 图 4主程序流程图 F i g． 4 M a i n p r o g r a m fl o w c h a r t 4 结 语 仪器经过 调试， 运行效果 良好 ， 测量误差小 于 0 ． 5℃。从整体上看 ， 仪器功能 比较丰 富， 操作 方 便， 具有较强的实用性。该仪器还可 以扩展为与微 机相连的系统 ， 稍加改进就能实现远程控制的功能， 对温度过高的测点进行 降温或断电处理 ， 除了煤矿 压风机之外 ， 还可以广泛应用于其它多种温度检测 场所 。 参考文献 [ 1 ] 周慈航 ． 单片机应用系统程序设计技术 [ M] ． 北 京 航空航天大学 出版社。 2 0 0 2 ． [ 2 ] 李志全 ． 仪 表 设计原 理 及其应 用 [ M] ． 北京 国 防工 业 出版 社， 1 9 9 8． [ 3 ] 何立民 ． 单片机 应用系统设计 [ M] ． 北京 航 空航天大 学 出版 社， 1 9 9 5． [ 4 ] 史军勇 ． I “ 8 9 C 2 0 5 1 的温湿度控制仪 [ J ] ． 电子技术 ， 2 0 0 4 ， 1 2 4 26 作者简介 田忠超 1 9 7 8 一 ， 山东菏泽人 ， 2 0 0 1 年毕业 于山东科 技大学机械电子工程学院电子仪器及测 量专业 ， 现为山东科技 大学 信息与电气工程学院测试计量技术及 仪器专业硕 士研究生 ， 从 事智 能仪器方面的研究 ． 这 2种设定的流程基本是相同的， 都是采用外 收稿日 期 2 0 o 5 ．o 6 1 4 De s i g n o f Te mp e r a t u r e I n t e l l i g e n t M e a s u r e I n s t r u m e n t f 0 r Ai r o m pr e s s o r I n ． 1 ne TI AN Zh o n gc l mo．W ANG Xi ndo n g．W ANG Ba oq i ．ZHENG Fe n gl on g C o l l e g e o f I n f o r m a t i o n a n d E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g ， S h a n d o n g U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y l Q i n g d fl o 2 6 6 5 1 0 t C h i n a Abs t r a c t T h i s a r t i c l e i n t r o d u c e s a ll i n t e l l i g e n t i n s t r u me n t u s e d t o me a s u r e mu l t i s p o t t e mp e r a t u r e a n d a l e rt wh e n t h e t e mp e rat u r e e x c e e d s t h e d e fi n e d u p l i mi t o f t e mp e r a t u r e．Th e u D l i mi t v a l u e c a n b e d e fi n e d b y u s e r ．T h i s i n s t r ume n t h a s a wi d e me a s u r e r a ng e a n d fit s t o ma n y a s p e c t s． Ke y wo r d s s i n g l e c h i p mi c r o c o mp u t e r ；s e n s o r ；a u t ome a s u r e 维普资讯