矿用排水监控系统的分析.pdf
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1、34 2014.18网络与信息工程 矿用排水监控系统的分析 徐维泽,程 海,燕 斌,王昊星,孙 乐 (中煤科工集团西安研究院有限公司, 陕西西安,710077) 摘要: 针对国内各大煤矿的需求, 设计了一种基于ATmega16的矿用排水监控系统, 该系统由信号采集模块、 can总线通讯模块、 电源模块、I/O 控制模块、 上位机模块组成, 实现了水压、 流量、 温度实时监测以及水泵启停控制等功能, 并配以自行设计的上 位机显示界面, 使整套开发系统兼备可视化与实时性的双重要求。 关键词 : Atmega16 ; 水压 ; can 总线通讯 ; 监控 中图分类号 :TP216 文献标识码 :A
2、Research on mine drainage control system Xu Weize,Cheng Hai,Yan Bin,Wang Haoxing,Sun Yue (Xian Research Institute of China Coal Technologywater pressure;can bus communication;real-time monitoring and controlling 0 引言 近年来, 随着我国煤炭行业的迅猛发展, 在追求煤炭高产量 的同时矿井灾害的预防也显得愈发的迫切, 在灾害事故中透水 事故占煤矿易发事故比例较大, 因此合理有效的预防透
3、水事故发 生是保护工人安全作业的重要保证, 其中对于钻孔水压、 温度, 以 及明渠流量与管道流量的监测是预防透水事故发生的重要指标。 因此本篇论文以精确测量钻孔水压为核心, 通过对水压参数的监 测, 间接控制水箱中潜水泵的启停状态, 达到水文监测与控制的 双重目的。 同时, 上位机显示界面采用 SQL 数据库与 Delphi,C# 进行设 计, 界面友好, 易于操作。 不仅能实时显示数据变化, 而且还能对 数据进行存储, 绘制曲线, 打印报表等, 当发生故障时, 还可以及 时进行声光报警等。 综上, 从功能方面考虑, 该系统上位机与下位机均已达到煤 矿要求, 从安全方面考虑, 根据国家煤矿安全
4、标准, 对其所规定的 监测项目进行相关实验, 实验结果表明系统在恶劣条件下工作安 全稳定, 因此该系统不仅在功能上满足要求而且在安全性能上也 满足要求, 为煤矿的安全生产提供强有力的保证。 1 矿用排水监控系统整体结构 矿用排水监控系统在设计上采用了模块化思想 , 由传感器 模块 (水压、 温度、 流量) 、 信号采集模块、CAN 总线通讯模块、 电 源模块、I/O 隔离模块、 主机与从机模块、 上位机显示模块组成, 系统结构框图如图 1 所示。 图 1 系统结构框图 主机的功能为 : 向从机发送命令, 命令主要分为三种 : 1、 控 制从机采集数据时间间隔 ; 2、 控制水泵启停 ; 3、
5、选择从机编号。 从机功能为: 采集4-20mA信号并对所采集的信号进行判断, 若达到上限值则进行启泵操作。 CAN 通讯模块的功能为 : 将串口 232 协议转换成 CAN 信号协 议, 它是不同协议之间转换的一个桥梁。 35 2014.18网络与信息工程 其整体工作流程为 : 首先, 上位机通过主机与 CAN 通信模块 向从机发送命令, 即选择从机编号, 当对应从机收到命令后则进 行电信号采集, 采集后进行判断比较, 如果达到上限则开启水泵 抽水, 直到抽取到设定下限位置, 相应的数据会通过 CAN 通信模 块与主机返回给上位机。 流程如图 2 所示。 图 2 工作流程图 同时, 上位机将接
6、收到的数据存入 SQL 数据库中进行保存, 在主显示界面实时在线显示水压、 温度、 流量等数据信息, 根据用 户需要也可用曲线的方式进行显示, 并进行报表打印。 主机从机控制器如图 3 所示。 主机从机 图 3 主从控制器 2 矿用排水监控系统的硬件设计 2.1 ATmega16 的结构和性能特点 1997 年, 美国 ATMEL 公司挪威设计中心处于市场需求的考 虑, 将先进的 Flash 技术与 8051 单片机集合从而推出了全新配 置的精简指令集 8 位单片机, 简称为 AVR 单片机。ATmega16 是 该公司在 2002 年推出的一款新型 AVR 高档单片微处理器。 其主要的优点为
7、 : 1) 芯片本身自带 1kB 的 SRAM 数据存储器、16kBFlash 程序 存储器、512B 的 EEPROM。 2) 集成丰富的外设, 看门狗电路、I2C、SPI、RTC 以及 8 通 道 10 位 A/D 转换、PWM 发生器等 ; 3)I/O 驱动能力强, 可直接驱动 LED。 4) 采用 RISC 指令系统 CPU, 采用哈佛结构的流水线技术。 2.2 电源模块 由于井下要求为防爆电源, 为 127V 交流电, 所以选用深圳星 德科技 KDW0.1/660 型号的电源, 此电源输出为 18V 与 12V,18V 为传感器电源,12V 为控制器电源, 由于 ATmega16、C
8、TM8251T、 SJA1000 所需电压均为 5V, 所以 DC-DC 模块选择 MORNSUN 公司的 PWB2405CS-2W 型号。 其外接电路如下 : C1、 C2 为 10uF,Cout 为 100uF, 根据实际情况此电阻可不接, 3 脚电路也可不接 (R) 图 4 电源电路原理图 2.3 键盘模块和显示模块 通过键盘模块设置相关参数, 如传感器线长、 水位标高等, 并 将这些工作参数存储于 Atmega16 的数据存储器中。 当下次使用 时 , 不需要用户再次输入相关参数 , 使该系统具有记忆功能。 显示模块采用 PC 机, 正常运行时显示水位、 温度、 流量、 电源 供电情况
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