喬偉偉

（山西霍州煤電呂梁山公司木瓜煤礦，山西 呂梁033000）

引言

眾所周知，煤礦運(yùn)輸系統(tǒng)是煤礦開采過程中重要的組成系統(tǒng)之一，其輔助運(yùn)輸系統(tǒng)更是整個(gè)系統(tǒng)的重中之重。在現(xiàn)有的科學(xué)體系中輔助運(yùn)輸主要包括有軌和無軌兩種情況[1-2]。無軌運(yùn)輸由于其速度快和靈活度高、可節(jié)省鋪軌等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用。特別是電池?zé)o軌膠輪車由于其無污染、低故障等良好的性能特點(diǎn)，成為輔助運(yùn)輸理想的選擇[3-7]。但是在實(shí)際工程中，需要對電池?zé)o軌膠輪車的過程參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測，以保障其各部件和系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，因此，設(shè)計(jì)一種電池?zé)o軌膠輪車狀態(tài)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)。

1 數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

煤礦無軌膠輪車數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。TMS320F2812 DSP芯片處理器是本系統(tǒng)的核心部件，也是本系統(tǒng)的控制主機(jī)，使用一個(gè)溫度傳感器來監(jiān)測巷道溫度，使用一個(gè)氣體濃度傳感器來監(jiān)測瓦斯?jié)舛龋褂靡幌盗袀鞲衅鳈z測無軌膠輪車運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，具體地包括：使用聲光報(bào)警來實(shí)現(xiàn)煤礦無軌膠輪車聲光報(bào)警。最后使用MS12864液晶模塊來顯示狀態(tài)參數(shù)（使用標(biāo)準(zhǔn)的PS2鍵盤鍵）。

2 數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

圖1 煤礦無軌膠輪車數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)組態(tài)圖

綜合煤礦無軌膠輪車安全要素和相關(guān)規(guī)定，實(shí)際工作中，本文實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)檢測系統(tǒng)需要監(jiān)測的數(shù)據(jù)范圍如表1所示。

表1 煤礦無軌膠輪車監(jiān)控監(jiān)測項(xiàng)目表

煤礦無軌膠輪車實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)其主要的工作原理是，利用傳感器收集和采集車輛當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)信息以及工作環(huán)境的溫度等，收集到的信息會(huì)被歸一化為一個(gè)數(shù)值，并將此數(shù)值與設(shè)定好的安全值進(jìn)行實(shí)時(shí)的比對，而車輛則根據(jù)比對結(jié)果來做出相應(yīng)的決策。因此，煤礦無軌膠輪車實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)包含數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)處理和相關(guān)函數(shù)響應(yīng)三大功能。

其中，數(shù)據(jù)采集功能主要是利用傳感器檢測技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的。在實(shí)際運(yùn)行過程中，道路內(nèi)氣體體積濃度是一項(xiàng)重要環(huán)節(jié)指標(biāo)，利用裝載在其車體內(nèi)部的氣體傳感器來檢測，而其他部分，例如電池部分，則采用溫度傳感器檢測電池溫度，采用霍爾傳感器檢測橡膠輪胎車輛車輪速度、電機(jī)部分的溫度，傳感器檢測電機(jī)溫度，在電機(jī)處采集電機(jī)輸出的電流和電壓信號(hào)，在電池處采集電池輸出的電流、電壓和SOC信號(hào)。

TMS320F2812 DSP芯片處理器作為控制主機(jī)接受到車體傳感器的相關(guān)輸入信號(hào)后，便開始進(jìn)行歸一化計(jì)算，輸出計(jì)算結(jié)果顯示在LCD上（MS12864液晶模塊），為相關(guān)操作人員提供參考。同時(shí)由控制主機(jī)將煤礦無軌膠輪車實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)數(shù)字量與預(yù)先設(shè)定好的值進(jìn)行比對，如果在安全范圍內(nèi)，則控制主機(jī)維持橡煤礦無軌膠輪車的正常運(yùn)行。如果數(shù)據(jù)超出安全設(shè)置范圍，MS320F2812 DSP芯片處理器將驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警裝置。

1）傳感器模塊。硬件層面，傳感器和調(diào)理電路是該模塊的主要組成部分。使用一個(gè)溫度傳感器來監(jiān)測巷道溫度，使用一個(gè)氣體濃度傳感器來監(jiān)測瓦斯?jié)舛?，使用一系列傳感器檢測無軌膠輪車運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，傳感器輸出的模擬信號(hào)通過AD轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。

2）電源模塊。系統(tǒng)需要穩(wěn)壓的直流電壓為5 V、

3.3 V、1.25 V，傳感器還需要外接電源。

3）內(nèi)存模塊。包括存儲(chǔ)器和閃存，是程序和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，系統(tǒng)軟件和傳感器驅(qū)動(dòng)程序存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。嵌入式微處理器與存儲(chǔ)器交換數(shù)據(jù)，并在閃存中執(zhí)行程序。

4）通信模塊。在修改安全數(shù)據(jù)或者初始程序值時(shí)才會(huì)用到該模塊，一般地運(yùn)行情況下，該模塊不被使用和啟動(dòng)，總之，該模塊可以通過通訊或者USB來實(shí)現(xiàn)與主機(jī)的聯(lián)通。

5）密鑰模塊。驅(qū)動(dòng)程序與系統(tǒng)的人機(jī)交互模塊是該模塊的重要組成。駕駛員通過按鍵可以觀察到不同的監(jiān)控值，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常時(shí)，駕駛員可以通過按鍵重啟保護(hù)系統(tǒng)。

6）報(bào)警模塊與液晶顯示模塊。實(shí)時(shí)監(jiān)測包括速度、電流、電壓、煤礦無軌膠輪車的剩余功率和環(huán)境的氣體濃度和溫度。由控制主機(jī)將煤礦無軌膠輪車實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)數(shù)字量與預(yù)先設(shè)定好的值進(jìn)行比對，如果在安全范圍內(nèi)，則控制主機(jī)維持橡煤礦無軌膠輪車的正常運(yùn)行。如果數(shù)據(jù)超出安全設(shè)置范圍，MS320F2812 DSP芯片處理器將驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警裝置。

3 數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方案

3.1 總體方案設(shè)計(jì)思路

1）初始化系統(tǒng)，配電系統(tǒng)時(shí)鐘和看門狗電路處理。

2）CPU初始化定時(shí)器0模塊、伊娃模塊和SCI模塊。

3）初始化MS12864液晶模塊。

4）掃描和判定的關(guān)鍵地址和在液晶屏幕上顯示相應(yīng)的內(nèi)容。

3.2 設(shè)計(jì)過程

1）定義所有變量：鍵盤掃描值和按鑰匙的數(shù)量。

2）定義中斷函數(shù)：讀取鍵值并與標(biāo)準(zhǔn)PS2鍵盤值進(jìn)行比較，如果值相同，則顯示相應(yīng)的內(nèi)容。

3）初始化系統(tǒng)：用于項(xiàng)目外設(shè)時(shí)鐘啟用；初始化每個(gè)模塊，如MS12864液晶模塊初始化。

4）讀取鍵值與鍵盤地址的比較：主要包括從數(shù)據(jù)寄存器中讀取的鍵地址與標(biāo)準(zhǔn)PS2鍵盤按鍵區(qū)鍵地址值的比較，觀察兩個(gè)鍵地址值是否相同。

5）顯示相應(yīng)關(guān)鍵字的內(nèi)容。

4 結(jié)語

電池使用DSP芯片TMS320F2812作為核心控制單元，并利用軟件編程來執(zhí)行實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵判斷和屏幕顯示的人機(jī)交互，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測煤礦井下無軌膠輪車和完整DSP-based煤礦無軌膠輪車實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)不僅可有效地提升了輔助運(yùn)輸?shù)男?，也是工業(yè)4.0背景下煤礦智能化發(fā)展的重要一環(huán)。