煤礦交變濕熱試驗箱溫度監測系統設計

韓英 黨偉 徐洋

【摘要】 為了提高煤礦交變濕熱試驗箱的性能，更好地完成礦用設備的檢驗需求，在分析煤礦安全生產形勢基礎上，以數字信號處理器（DSP）為核心設計煤礦交變濕熱試驗箱溫度監測系統。詳細設計監測系統的整體結構、DSP和AD7665轉換器接口電路及系統軟件程序，系統具有測量精度高、穩定性好和實時性強，是煤礦交變濕熱試驗箱溫度監測的理想選擇。

【關鍵詞】 煤礦 交變濕熱 試驗箱 溫度監測 通訊

現階段，我國煤礦安全生產形勢整體較好，但也存在一些突出問題和薄弱環節，井下安全生產事故總量和百萬噸死亡率仍然偏高，尤其是重特大事故時有發生。煤礦井下最大的安全隱患就是瓦斯事故，很多重大瓦斯爆炸都是由井下配線系統不穩定、電氣設備產生的火花所致。改善煤礦配電系統現狀、提高礦用電氣設備性能，避免設備短路、過載、漏電等引起的火花，是杜絕安全隱患預防瓦斯事故的有效措施之一。

礦用電氣設備的絕緣電阻和隨溫度和濕度的增加而降低，所以使用環境中的濕度和溫度變化對設備的絕緣結構和工作性能影響較大。采用人工模擬煤礦井下惡劣環境，考察礦用電氣設備在交變濕熱的條件下的性能對于保證設備的性能、提高煤礦電網的安全性，避免安全生產事故發生具有重要的意義。

一、溫度監測系統設計

1.1 監測系統整體結構

煤礦交變濕熱試驗箱溫度監測系統采用外部直流電源供電，主要由DSP單元、溫度傳感器單元、AD轉換單元、電平轉換單元、通訊單元、SD卡存儲單元和工業計算機組成，監測系統框圖如圖1所示。

溫度傳感器單元采集的0-5V的模擬量信號送入AD轉換單元，AD轉換后的數字信號電壓高于DSP可接受的電壓，信號經過電平轉換電路轉換成0-3.3V信號輸入到DSP的信號輸入引腳。DSP處理后的信號經過RS485通訊單元發送給工業計算機，在專業開發的溫度監測顯示界面中顯示出來。同時，DSP通過串行外設接口（SPI）模塊將監測的數據發送給SD卡存儲單元，形成煤礦交變濕熱試驗箱溫度狀況數據庫，為以后故障和狀態分析提供數據。

1.2 模數轉換器選擇

溫度傳感器信號的精確采集是監測系統的核心，所以模數轉換器的選擇尤為重要。對比ADC0809CCN、ADS1298和AD7665等模數轉換器的性能，結合監測系統的需求，選擇AD7665作為監測系統模數轉換器。AD7665是一款基于Pulsar內核的16位、電荷再分配SAR型模數轉換器（ADC），采用5 V單電源供電。

該轉換器內置一個16位高速采樣ADC、一個電阻器輸入標量（允許多種輸入范圍）、一個內部轉換時鐘、糾錯電路，以及串行和并行系統接口。AD7665具有極高采樣速率、正常和低功耗3種轉換模式。器件內部包含了一個適用于不同輸入范圍的電阻電路，一個用于控制轉換的內部時鐘，一個糾錯電路。輸出方式既可以是串行接口也可以是并行接口，以便于和各種微機接口。

1.3 DSP與AD轉換器接口電路

AD7665與DSP之間通過I/O口和數據接口相連接，接口電路如圖2所示。AD7665的控制方式簡潔，由于監測系統一直處于工作狀態，所以片選端口直接與DSP相連接，由DSP控制選通時間。DSP通過控制AD7665的CONVST管腳啟動AD7665轉換器，進行數據采樣。DSP的外部中斷XINT1引腳與AD7665的BUSY引腳相連接，當BUSY輸出低電平，表示AD轉換已經完成，觸發外部中斷。

二、軟件設計

軟件程序主要包括初始化程序和主循環程序，初始化是指監測系統初始化、PIE控制寄存器的初始化、PIE參數表初始化、ADC初始化、I/0口設置初始化、SPI各寄存器的初始化等；主循環包括開啟中斷數據采集、關中斷和數據發送等。程序首先進行初始化，內部定時器開始計數，進入中斷服務程序啟動數據采集子程序。當AD轉換完畢后，進入中斷子程序，開始讀取溫度數據，并進行數據處理，在達到采集數據點M時，系統進入定時器中斷服務子程序，并向工業計算機發送數據，從而實現煤礦交變濕熱試驗箱溫度監測系統的數據采集、處理和傳輸。

三、結束語

將結合數字信號處理器（DSP）與高精度模數轉換器AD7665開發溫度監測系統，能夠滿足對煤礦交變濕熱試驗箱溫度監測的要求。通過RS485實現監測系統與工業計算機之間的通訊，將采集的溫度數據在顯示界面上顯示出來。監測系統具有精度高、實時性好和處理能力強等優點，為煤礦交變濕熱試驗箱的狀態監測和故障分析提供數據支撐。

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] 劉盧杰， 機械自動化在煤礦中的應用[J].煤炭技術，2014，（3）106-108.

[3] 蘇岳龍.基于VC++6.0的高速串口通信數據采集系統[J].微計算機信息2005，21（5）：147-148.