煤礦電網(wǎng)在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

馮立國(guó)

【摘要】 為了解決煤礦電網(wǎng)監(jiān)測(cè)過(guò)程中數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量大，方便監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與上位機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸，以DSP 2812和SD卡為核心設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)。采用CH376文件管理芯片進(jìn)行SD卡與DSP的SPI模塊直接的數(shù)據(jù)通訊，設(shè)計(jì)通訊系統(tǒng)硬件電路和軟件程序。系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)煤礦電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期保存，并可以將數(shù)據(jù)傳送給上位機(jī)，為煤礦電網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)提供原始數(shù)據(jù)。

【關(guān)鍵詞】 煤礦 DSP SD卡 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

煤礦電網(wǎng)是井下輸變電設(shè)備和供電線路的總稱(chēng)，對(duì)其運(yùn)行情況在線監(jiān)測(cè)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)事故隱患，避免安全生產(chǎn)事故發(fā)生，保證井下安全生產(chǎn)工作的順利開(kāi)展。在監(jiān)測(cè)過(guò)程中積累的大量煤礦電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)該數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)可以為井下電網(wǎng)狀態(tài)評(píng)估提供原始數(shù)據(jù)，提高狀態(tài)評(píng)估的準(zhǔn)確性。現(xiàn)階段大部分煤礦電網(wǎng)在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)采用非易失性的Flash為媒介，存儲(chǔ)器根據(jù)先進(jìn)先出的原則保存最近時(shí)間段的運(yùn)行數(shù)據(jù)，當(dāng)新的數(shù)據(jù)存入時(shí)上一時(shí)刻的運(yùn)行數(shù)據(jù)將被擦除，只能反映最近時(shí)間段的煤礦電網(wǎng)狀態(tài)。因此，為了更全面的掌握煤礦電網(wǎng)的運(yùn)行信息，保證井下電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性，急需改用具有較大存儲(chǔ)空間的存儲(chǔ)介質(zhì)記錄井下電網(wǎng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)。

一、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)煤礦電網(wǎng)的運(yùn)行特征，對(duì)電網(wǎng)的電壓、電流、功率因數(shù)等變量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與存儲(chǔ)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)包括傳感器、信號(hào)處理單元、DSP 2812、顯示單元、電源模塊、SD存儲(chǔ)卡和上位機(jī)。該系統(tǒng)即可以實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)，并顯示運(yùn)行狀態(tài)信息，同時(shí)也可以對(duì)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行存儲(chǔ)。系統(tǒng)自帶蓄電池模塊可以輸出DC3.3V和DC5V，為DSP處理器和各個(gè)模塊供電，方便系統(tǒng)的應(yīng)用。圖1為系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，其中傳感器負(fù)責(zé)采集煤礦電網(wǎng)的運(yùn)行信息；信號(hào)處理單元用于將傳感器的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成DSP可以識(shí)別的信號(hào)，同時(shí)具有信號(hào)的隔離功能；顯示單元用于將煤礦電網(wǎng)的運(yùn)行參數(shù)顯示出來(lái)；SD存儲(chǔ)卡用于存儲(chǔ)煤礦電網(wǎng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，然后通過(guò)接口電路傳送給上位機(jī)。

二、存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 存儲(chǔ)器選擇

根據(jù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式的不同，存儲(chǔ)器分為半導(dǎo)體存儲(chǔ)器、光盤(pán)存儲(chǔ)器和磁存儲(chǔ)器。半導(dǎo)體存儲(chǔ)器具有電路簡(jiǎn)單、存儲(chǔ)速率快、數(shù)據(jù)掉電不丟失等特點(diǎn)，在嵌入式系統(tǒng)中具有廣泛應(yīng)用。閃速存儲(chǔ)器Flash是半導(dǎo)體存儲(chǔ)器中技術(shù)最先進(jìn)的，它可以實(shí)現(xiàn)在不帶電的情況下長(zhǎng)期保存數(shù)據(jù)。由于煤礦電網(wǎng)在線監(jiān)測(cè)存儲(chǔ)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)經(jīng)常存儲(chǔ)和傳輸數(shù)據(jù)，所以閃速存儲(chǔ)器Flash是其的合理選擇。

傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)存儲(chǔ)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)Flash一般焊接在電路板上，這一類(lèi)Flash芯片的容量一般不超過(guò)8M。大容量的Flash價(jià)格較高，焊接在電路板上后便不能取下，增加了監(jiān)測(cè)存儲(chǔ)系統(tǒng)的成本。針對(duì)煤礦電網(wǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)量大、安全特性要求高等特點(diǎn)，采用可插拔式的存儲(chǔ)卡是較好的選擇。可插拔的存儲(chǔ)卡有CF卡和SD卡，CF卡體積較大，且不能與上位機(jī)進(jìn)行直接通訊，不適合煤礦電網(wǎng)在線監(jiān)測(cè)存儲(chǔ)系統(tǒng)的預(yù)期要求。SD卡具有體較小、容量大及傳輸速度快等特點(diǎn)，屬于煤礦電網(wǎng)在線監(jiān)測(cè)存儲(chǔ)系統(tǒng)的理想選擇。

2.2硬件電路設(shè)計(jì)

根據(jù)SD卡內(nèi)文件系統(tǒng)的分配方式和SD卡的工作模式特點(diǎn)，設(shè)計(jì)DSP與SD卡之間的接口電路，如圖2所示。該電路實(shí)現(xiàn)了SD卡與DSP的SPI模式通信，并且將SD卡內(nèi)的物理扇區(qū)組織為FAT16文件系統(tǒng)。DSP處理器只需要發(fā)送文件管理和文件讀寫(xiě)指令，即可通過(guò)CH376操作SD卡存取數(shù)據(jù)。CH376是專(zhuān)業(yè)文件管理控制芯片，用于單片機(jī)系統(tǒng)讀寫(xiě)SD卡或U盤(pán)中的文件。CH376內(nèi)置了SD卡的通訊接口固件和FAT16文件系統(tǒng)的管理固件，支持常用的USB存儲(chǔ)設(shè)備和SD卡的數(shù)據(jù)讀取和寫(xiě)入。

三、軟件程序設(shè)計(jì)

為了保證系統(tǒng)正常工作，在設(shè)備啟動(dòng)時(shí)需要首先確認(rèn)SD卡與CH376已經(jīng)連接正常，并且進(jìn)行配備設(shè)備的工作模式。

讀寫(xiě)SD卡的操作由CH376控制，一次完整的字節(jié)寫(xiě)操作通常由一個(gè)CMD-BYTE-WRITE命令啟動(dòng)操作，并由若干次中斷通知、數(shù)據(jù)寫(xiě)入和CAD-BYTE-WR-GO命令組成，SD卡寫(xiě)程序流程如圖3所示。SD卡讀取數(shù)據(jù)的操作與寫(xiě)入數(shù)據(jù)的操作流程相似。

四、結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)分析現(xiàn)階段數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)，將大容量SD運(yùn)用到煤礦電網(wǎng)在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)中，保證了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期記錄和可靠存儲(chǔ)。

基于DSP2812和SD卡設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)硬件電路和SD卡寫(xiě)數(shù)據(jù)的軟件程序，不但解決時(shí)傳統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)存數(shù)空間小的問(wèn)題，還可以為煤礦電網(wǎng)的狀態(tài)評(píng)估提供最原始的數(shù)據(jù)，對(duì)于及時(shí)排除井下電力系統(tǒng)事故隱患，保證井下安全生產(chǎn)和人民生命財(cái)產(chǎn)安全具有重要的意義。

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] 丁文俊.高壓斷路器狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)[D].浙江大學(xué)，2006.

[3] 徐愛(ài)鈞.基于SD卡的電能耗用記錄儀設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2010，（10）；73-75.