煤矿瓦斯抽放监控系统数据采集模块的设计

摘 要 数据采集在煤矿安全生产方面有着举足轻重的作用。在全面分析各种采集模块的基础上，提出了一种基于MSP430瓦斯监控系统数据采集的设计方案。该系统利用传感器采集现场数据，MSP430作为核心器件实时对采集数据进行处理、诊断和传信。它与过去瓦斯抽放监控数据采集模块相比，结构简单、体积小、功耗低，便于观测和处理，为进一步研发瓦斯监控数据采集模块提供新的实现方法。

关键词 MSP430；监控系统；数据采集

中图分类号：TD712 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）04-0027-02

Design of mine gas drainage monitoring system of data acquisition module

Zhu Jiang

（School of Electrical and Information Engineering， Anhui University of Science and Technology， Huainan 232001， China）

Abstract： The major issues to solve modern gas pumping applications on the efficient production of coal mine safety， data acquisition of the gas monitoring system based on MSP430 design. The system utilizes the powerful processing capabilities of the MSP430 effective in combination with various sensors， the use of man-machine control interface and EEPROM module greatly improves the accuracy and stability of the state gas drainage data acquisition， and to make it work in the best state to ensure gas safety drainage. Past gas drainage compared to the data acquisition system hardware structure is simple， low power consumption， good compatibility， intrinsically safe power workload， to lay the foundation for further research and design of gas monitoring data acquisition module.

Key words： MSP430；monitoring system；data acquisition

现阶段煤矿安全问题已经成为全社会关注的焦点问题。通过数据采集模块在瓦斯监控系统中的运用，能实时、连续的对瓦斯抽放状态进行监测和调控，保证系统的正常运行，极大的避免了煤矿事故的发生。

本文介绍了瓦斯抽放监控系统数据采集模块的硬件原理和软件设计。利用性价比高和稳定性好的MSP430作为核心处理器。有效结合各类采集瓦斯、温度等物理量传感器，运用RS485通信接口，进行数据传输，为瓦斯监控系统数据采集模块的实现提供了良好的核心器件。

1 数据采集模块的工作原理

监控系统数据采集模块运用MSP430作为控制器核心，采集煤矿井下瓦斯、温度、粉尘、CO、CO2等物理量。利用MSP430自带的12位A/D转换器对传感器采集的现场信息进行放大和滤波并传送至人机界面显示如图1。

图1 瓦斯抽放监控系统数据采集结构图

2 数据采集模块的硬件设计

瓦斯抽放监控系统数据采集结构：MSP430、温度传感器、瓦斯传感器、粉尘传感器、CO传感器、CO2传感器、控制输入输出、时钟电路、人机界面模块、RS485模块及EEPROM模块。

2.1 MSP430

数据采集模块运用性价比好和稳定性能高的MSP430作为核心处理器，该芯片工作频率为25 MHz。芯片内部资源丰富，简化了硬件结设计构，通过对电源电压和运行时钟的有效处理，大大降低了系统功耗。

2.2 输入输出控制

输入控制模块采用光耦电路进行隔离，经过光耦传输至MSP430的IN口，实现对MSP430的电气隔离和保护。

开关量输出模块主要通过MSP430的采集信号经过光耦控制，使得继电器闭合，从而达到控制外部交流接触器动作的目的。

2.3 传感器模块

数据采信主要由各类传感器将采集到的瓦斯温度等物理量模拟信号通过预处理，将信号输入到MSP430的AD通道进行模拟信号的数据采信。传感器采集的模拟信号经运算放大后使信号幅值范围在0 V到3.3 V之间才能符合msp430使用要求。

2.4 时钟电路模块

MSP430的时钟电路由数据线SDA和时钟信号线SCL构成串行12C总线，进行数据的发送和接收。利用3 V振荡电源，为MSP430提供运行时钟。

2.5 人机界面模块

键盘和液晶屏是人机界面的组成部分，液晶屏用于观测系统数据采集和模块运行情况；键盘用来控制系统的启动和停止，在观测系统异常时可重新设定参数，保持系统稳定运行。

2.6 RS485模块

MSP430系统运用可进行Modbus协议数据通信的RS485接口，提高了设备与设备之间拥有良好地数据通信兼容性，使得数据传输准确稳定。

3 软件设计

软件设计的主程序主要包括系统初始化，按键扫描开关机，数据采集和处理，数据通信，系统故障诊断，控制程序和显示程序。如图2。

4 结束语

本系统采用结构简单、资源丰富、可靠性高、抗干扰强的MSP430作为煤矿瓦斯抽放监控系统采集模块的核心控制器件。通过软硬件的合理设计使得监控系统运行更稳定、功耗低、精度高。为煤矿瓦斯的安全抽放提供了新的思路和解决方案。

参考文献

[1]陈瑞阳，席巍，宋柏青.西门子工业自动化项目设计实践[M].北京：机械工程出版社，2009.

[2]吕卫阳，徐昌荣主编.PLC工程应用实例解析[M].中国电力出版社，2007.

[3]常斗南.PLC运动控制实例及解析[M].北京：机械工业出版社，2009.

[4]李明河.可编程控制原理与应用[M].合肥：合肥工业大学出版社，2008.

[5]陈伯时.电力拖动自动控制系统：运动控制系统[M].北京：机械工业出版社，2008.

[6]胡寿松.自动控制原理简明教程[M].北京：科学出版社，2008.

[7]SIEMENS AG.SIMATIC S7-200 Programmable Controller System Manual，2004.

作者简介

朱江（1986-），江苏泗洪人，安徽理工大学电气与信息工程学院研究生，研究方向：控制理论与控制工程。endprint

摘 要 数据采集在煤矿安全生产方面有着举足轻重的作用。在全面分析各种采集模块的基础上，提出了一种基于MSP430瓦斯监控系统数据采集的设计方案。该系统利用传感器采集现场数据，MSP430作为核心器件实时对采集数据进行处理、诊断和传信。它与过去瓦斯抽放监控数据采集模块相比，结构简单、体积小、功耗低，便于观测和处理，为进一步研发瓦斯监控数据采集模块提供新的实现方法。

关键词 MSP430；监控系统；数据采集

中图分类号：TD712 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）04-0027-02

Design of mine gas drainage monitoring system of data acquisition module

Zhu Jiang

（School of Electrical and Information Engineering， Anhui University of Science and Technology， Huainan 232001， China）

Abstract： The major issues to solve modern gas pumping applications on the efficient production of coal mine safety， data acquisition of the gas monitoring system based on MSP430 design. The system utilizes the powerful processing capabilities of the MSP430 effective in combination with various sensors， the use of man-machine control interface and EEPROM module greatly improves the accuracy and stability of the state gas drainage data acquisition， and to make it work in the best state to ensure gas safety drainage. Past gas drainage compared to the data acquisition system hardware structure is simple， low power consumption， good compatibility， intrinsically safe power workload， to lay the foundation for further research and design of gas monitoring data acquisition module.

Key words： MSP430；monitoring system；data acquisition

现阶段煤矿安全问题已经成为全社会关注的焦点问题。通过数据采集模块在瓦斯监控系统中的运用，能实时、连续的对瓦斯抽放状态进行监测和调控，保证系统的正常运行，极大的避免了煤矿事故的发生。

本文介绍了瓦斯抽放监控系统数据采集模块的硬件原理和软件设计。利用性价比高和稳定性好的MSP430作为核心处理器。有效结合各类采集瓦斯、温度等物理量传感器，运用RS485通信接口，进行数据传输，为瓦斯监控系统数据采集模块的实现提供了良好的核心器件。

1 数据采集模块的工作原理

监控系统数据采集模块运用MSP430作为控制器核心，采集煤矿井下瓦斯、温度、粉尘、CO、CO2等物理量。利用MSP430自带的12位A/D转换器对传感器采集的现场信息进行放大和滤波并传送至人机界面显示如图1。

图1 瓦斯抽放监控系统数据采集结构图

2 数据采集模块的硬件设计

瓦斯抽放监控系统数据采集结构：MSP430、温度传感器、瓦斯传感器、粉尘传感器、CO传感器、CO2传感器、控制输入输出、时钟电路、人机界面模块、RS485模块及EEPROM模块。

2.1 MSP430

数据采集模块运用性价比好和稳定性能高的MSP430作为核心处理器，该芯片工作频率为25 MHz。芯片内部资源丰富，简化了硬件结设计构，通过对电源电压和运行时钟的有效处理，大大降低了系统功耗。

2.2 输入输出控制

输入控制模块采用光耦电路进行隔离，经过光耦传输至MSP430的IN口，实现对MSP430的电气隔离和保护。

开关量输出模块主要通过MSP430的采集信号经过光耦控制，使得继电器闭合，从而达到控制外部交流接触器动作的目的。

2.3 传感器模块

数据采信主要由各类传感器将采集到的瓦斯温度等物理量模拟信号通过预处理，将信号输入到MSP430的AD通道进行模拟信号的数据采信。传感器采集的模拟信号经运算放大后使信号幅值范围在0 V到3.3 V之间才能符合msp430使用要求。

2.4 时钟电路模块

MSP430的时钟电路由数据线SDA和时钟信号线SCL构成串行12C总线，进行数据的发送和接收。利用3 V振荡电源，为MSP430提供运行时钟。

2.5 人机界面模块

键盘和液晶屏是人机界面的组成部分，液晶屏用于观测系统数据采集和模块运行情况；键盘用来控制系统的启动和停止，在观测系统异常时可重新设定参数，保持系统稳定运行。

2.6 RS485模块

MSP430系统运用可进行Modbus协议数据通信的RS485接口，提高了设备与设备之间拥有良好地数据通信兼容性，使得数据传输准确稳定。

3 软件设计

软件设计的主程序主要包括系统初始化，按键扫描开关机，数据采集和处理，数据通信，系统故障诊断，控制程序和显示程序。如图2。

4 结束语

本系统采用结构简单、资源丰富、可靠性高、抗干扰强的MSP430作为煤矿瓦斯抽放监控系统采集模块的核心控制器件。通过软硬件的合理设计使得监控系统运行更稳定、功耗低、精度高。为煤矿瓦斯的安全抽放提供了新的思路和解决方案。

参考文献

[1]陈瑞阳，席巍，宋柏青.西门子工业自动化项目设计实践[M].北京：机械工程出版社，2009.

[2]吕卫阳，徐昌荣主编.PLC工程应用实例解析[M].中国电力出版社，2007.

[3]常斗南.PLC运动控制实例及解析[M].北京：机械工业出版社，2009.

[4]李明河.可编程控制原理与应用[M].合肥：合肥工业大学出版社，2008.

[5]陈伯时.电力拖动自动控制系统：运动控制系统[M].北京：机械工业出版社，2008.

[6]胡寿松.自动控制原理简明教程[M].北京：科学出版社，2008.

[7]SIEMENS AG.SIMATIC S7-200 Programmable Controller System Manual，2004.

作者简介

朱江（1986-），江苏泗洪人，安徽理工大学电气与信息工程学院研究生，研究方向：控制理论与控制工程。endprint

摘 要 数据采集在煤矿安全生产方面有着举足轻重的作用。在全面分析各种采集模块的基础上，提出了一种基于MSP430瓦斯监控系统数据采集的设计方案。该系统利用传感器采集现场数据，MSP430作为核心器件实时对采集数据进行处理、诊断和传信。它与过去瓦斯抽放监控数据采集模块相比，结构简单、体积小、功耗低，便于观测和处理，为进一步研发瓦斯监控数据采集模块提供新的实现方法。

关键词 MSP430；监控系统；数据采集

中图分类号：TD712 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）04-0027-02

Design of mine gas drainage monitoring system of data acquisition module

Zhu Jiang

（School of Electrical and Information Engineering， Anhui University of Science and Technology， Huainan 232001， China）

Abstract： The major issues to solve modern gas pumping applications on the efficient production of coal mine safety， data acquisition of the gas monitoring system based on MSP430 design. The system utilizes the powerful processing capabilities of the MSP430 effective in combination with various sensors， the use of man-machine control interface and EEPROM module greatly improves the accuracy and stability of the state gas drainage data acquisition， and to make it work in the best state to ensure gas safety drainage. Past gas drainage compared to the data acquisition system hardware structure is simple， low power consumption， good compatibility， intrinsically safe power workload， to lay the foundation for further research and design of gas monitoring data acquisition module.

Key words： MSP430；monitoring system；data acquisition

现阶段煤矿安全问题已经成为全社会关注的焦点问题。通过数据采集模块在瓦斯监控系统中的运用，能实时、连续的对瓦斯抽放状态进行监测和调控，保证系统的正常运行，极大的避免了煤矿事故的发生。

本文介绍了瓦斯抽放监控系统数据采集模块的硬件原理和软件设计。利用性价比高和稳定性好的MSP430作为核心处理器。有效结合各类采集瓦斯、温度等物理量传感器，运用RS485通信接口，进行数据传输，为瓦斯监控系统数据采集模块的实现提供了良好的核心器件。

1 数据采集模块的工作原理

监控系统数据采集模块运用MSP430作为控制器核心，采集煤矿井下瓦斯、温度、粉尘、CO、CO2等物理量。利用MSP430自带的12位A/D转换器对传感器采集的现场信息进行放大和滤波并传送至人机界面显示如图1。

图1 瓦斯抽放监控系统数据采集结构图

2 数据采集模块的硬件设计

瓦斯抽放监控系统数据采集结构：MSP430、温度传感器、瓦斯传感器、粉尘传感器、CO传感器、CO2传感器、控制输入输出、时钟电路、人机界面模块、RS485模块及EEPROM模块。

2.1 MSP430

数据采集模块运用性价比好和稳定性能高的MSP430作为核心处理器，该芯片工作频率为25 MHz。芯片内部资源丰富，简化了硬件结设计构，通过对电源电压和运行时钟的有效处理，大大降低了系统功耗。

2.2 输入输出控制

输入控制模块采用光耦电路进行隔离，经过光耦传输至MSP430的IN口，实现对MSP430的电气隔离和保护。

开关量输出模块主要通过MSP430的采集信号经过光耦控制，使得继电器闭合，从而达到控制外部交流接触器动作的目的。

2.3 传感器模块

数据采信主要由各类传感器将采集到的瓦斯温度等物理量模拟信号通过预处理，将信号输入到MSP430的AD通道进行模拟信号的数据采信。传感器采集的模拟信号经运算放大后使信号幅值范围在0 V到3.3 V之间才能符合msp430使用要求。

2.4 时钟电路模块

MSP430的时钟电路由数据线SDA和时钟信号线SCL构成串行12C总线，进行数据的发送和接收。利用3 V振荡电源，为MSP430提供运行时钟。

2.5 人机界面模块

键盘和液晶屏是人机界面的组成部分，液晶屏用于观测系统数据采集和模块运行情况；键盘用来控制系统的启动和停止，在观测系统异常时可重新设定参数，保持系统稳定运行。

2.6 RS485模块

MSP430系统运用可进行Modbus协议数据通信的RS485接口，提高了设备与设备之间拥有良好地数据通信兼容性，使得数据传输准确稳定。

3 软件设计

软件设计的主程序主要包括系统初始化，按键扫描开关机，数据采集和处理，数据通信，系统故障诊断，控制程序和显示程序。如图2。

4 结束语

本系统采用结构简单、资源丰富、可靠性高、抗干扰强的MSP430作为煤矿瓦斯抽放监控系统采集模块的核心控制器件。通过软硬件的合理设计使得监控系统运行更稳定、功耗低、精度高。为煤矿瓦斯的安全抽放提供了新的思路和解决方案。

参考文献

[1]陈瑞阳，席巍，宋柏青.西门子工业自动化项目设计实践[M].北京：机械工程出版社，2009.

[2]吕卫阳，徐昌荣主编.PLC工程应用实例解析[M].中国电力出版社，2007.

[3]常斗南.PLC运动控制实例及解析[M].北京：机械工业出版社，2009.

[4]李明河.可编程控制原理与应用[M].合肥：合肥工业大学出版社，2008.

[5]陈伯时.电力拖动自动控制系统：运动控制系统[M].北京：机械工业出版社，2008.

[6]胡寿松.自动控制原理简明教程[M].北京：科学出版社，2008.

[7]SIEMENS AG.SIMATIC S7-200 Programmable Controller System Manual，2004.

作者简介

朱江（1986-），江苏泗洪人，安徽理工大学电气与信息工程学院研究生，研究方向：控制理论与控制工程。endprint