煤礦電網在線監測數據存儲系統設計

馮立國

【摘要】 為了解決煤礦電網監測過程中數據存儲量大，方便監測系統與上位機之間的數據傳輸，以DSP 2812和SD卡為核心設計數據存儲系統。采用CH376文件管理芯片進行SD卡與DSP的SPI模塊直接的數據通訊，設計通訊系統硬件電路和軟件程序。系統能夠實現煤礦電網運行數據的長期保存，并可以將數據傳送給上位機，為煤礦電網狀態監測提供原始數據。

【關鍵詞】 煤礦 DSP SD卡 數據存儲

煤礦電網是井下輸變電設備和供電線路的總稱，對其運行情況在線監測可以及時發現事故隱患，避免安全生產事故發生，保證井下安全生產工作的順利開展。在監測過程中積累的大量煤礦電網運行數據，對該數據進行存儲可以為井下電網狀態評估提供原始數據，提高狀態評估的準確性。現階段大部分煤礦電網在線監測數據存儲時采用非易失性的Flash為媒介，存儲器根據先進先出的原則保存最近時間段的運行數據，當新的數據存入時上一時刻的運行數據將被擦除，只能反映最近時間段的煤礦電網狀態。因此，為了更全面的掌握煤礦電網的運行信息，保證井下電力系統運行的安全性，急需改用具有較大存儲空間的存儲介質記錄井下電網的運行數據。

一、監測數據存儲系統設計

根據煤礦電網的運行特征，對電網的電壓、電流、功率因數等變量進行實時監測與存儲，監測數據存儲系統包括傳感器、信號處理單元、DSP 2812、顯示單元、電源模塊、SD存儲卡和上位機。該系統即可以實現對煤礦電網的運行狀態在線監測，并顯示運行狀態信息，同時也可以對運行參數進行存儲。系統自帶蓄電池模塊可以輸出DC3.3V和DC5V，為DSP處理器和各個模塊供電，方便系統的應用。圖1為系統的結構簡圖，其中傳感器負責采集煤礦電網的運行信息；信號處理單元用于將傳感器的輸出信號轉換成DSP可以識別的信號，同時具有信號的隔離功能；顯示單元用于將煤礦電網的運行參數顯示出來；SD存儲卡用于存儲煤礦電網的運行數據，然后通過接口電路傳送給上位機。

二、存儲系統設計

2.1 存儲器選擇

根據數據存儲方式的不同，存儲器分為半導體存儲器、光盤存儲器和磁存儲器。半導體存儲器具有電路簡單、存儲速率快、數據掉電不丟失等特點，在嵌入式系統中具有廣泛應用。閃速存儲器Flash是半導體存儲器中技術最先進的，它可以實現在不帶電的情況下長期保存數據。由于煤礦電網在線監測存儲系統中的數據經常存儲和傳輸數據，所以閃速存儲器Flash是其的合理選擇。

傳統的監測存儲系統的數據存儲Flash一般焊接在電路板上，這一類Flash芯片的容量一般不超過8M。大容量的Flash價格較高，焊接在電路板上后便不能取下，增加了監測存儲系統的成本。針對煤礦電網監測數據量大、安全特性要求高等特點，采用可插拔式的存儲卡是較好的選擇。可插拔的存儲卡有CF卡和SD卡，CF卡體積較大，且不能與上位機進行直接通訊，不適合煤礦電網在線監測存儲系統的預期要求。SD卡具有體較小、容量大及傳輸速度快等特點，屬于煤礦電網在線監測存儲系統的理想選擇。

2.2硬件電路設計

根據SD卡內文件系統的分配方式和SD卡的工作模式特點，設計DSP與SD卡之間的接口電路，如圖2所示。該電路實現了SD卡與DSP的SPI模式通信，并且將SD卡內的物理扇區組織為FAT16文件系統。DSP處理器只需要發送文件管理和文件讀寫指令，即可通過CH376操作SD卡存取數據。CH376是專業文件管理控制芯片，用于單片機系統讀寫SD卡或U盤中的文件。CH376內置了SD卡的通訊接口固件和FAT16文件系統的管理固件，支持常用的USB存儲設備和SD卡的數據讀取和寫入。

三、軟件程序設計

為了保證系統正常工作，在設備啟動時需要首先確認SD卡與CH376已經連接正常，并且進行配備設備的工作模式。

讀寫SD卡的操作由CH376控制，一次完整的字節寫操作通常由一個CMD-BYTE-WRITE命令啟動操作，并由若干次中斷通知、數據寫入和CAD-BYTE-WR-GO命令組成，SD卡寫程序流程如圖3所示。SD卡讀取數據的操作與寫入數據的操作流程相似。

四、結束語

通過分析現階段數據存儲技術，將大容量SD運用到煤礦電網在線監測數據存儲系統中，保證了監測數據的長期記錄和可靠存儲。

基于DSP2812和SD卡設計數據存儲系統硬件電路和SD卡寫數據的軟件程序，不但解決時傳統數據存儲系統存數空間小的問題，還可以為煤礦電網的狀態評估提供最原始的數據，對于及時排除井下電力系統事故隱患，保證井下安全生產和人民生命財產安全具有重要的意義。

參 考 文 獻

[1] 國家能源局.關于規范煤制油、煤制天然氣產業科學有序發展的通知.〔2014〕339號.

[2] 丁文俊.高壓斷路器狀態監測系統的研究與開發[D].浙江大學，2006.

[3] 徐愛鈞.基于SD卡的電能耗用記錄儀設計與實現[J].電子技術應用，2010，（10）；73-75.