煤矿电网在线监测数据存储系统设计

冯立国

【摘要】 为了解决煤矿电网监测过程中数据存储量大，方便监测系统与上位机之间的数据传输，以DSP 2812和SD卡为核心设计数据存储系统。采用CH376文件管理芯片进行SD卡与DSP的SPI模块直接的数据通讯，设计通讯系统硬件电路和软件程序。系统能够实现煤矿电网运行数据的长期保存，并可以将数据传送给上位机，为煤矿电网状态监测提供原始数据。

【关键词】 煤矿 DSP SD卡 数据存储

煤矿电网是井下输变电设备和供电线路的总称，对其运行情况在线监测可以及时发现事故隐患，避免安全生产事故发生，保证井下安全生产工作的顺利开展。在监测过程中积累的大量煤矿电网运行数据，对该数据进行存储可以为井下电网状态评估提供原始数据，提高状态评估的准确性。现阶段大部分煤矿电网在线监测数据存储时采用非易失性的Flash为媒介，存储器根据先进先出的原则保存最近时间段的运行数据，当新的数据存入时上一时刻的运行数据将被擦除，只能反映最近时间段的煤矿电网状态。因此，为了更全面的掌握煤矿电网的运行信息，保证井下电力系统运行的安全性，急需改用具有较大存储空间的存储介质记录井下电网的运行数据。

一、监测数据存储系统设计

根据煤矿电网的运行特征，对电网的电压、电流、功率因数等变量进行实时监测与存储，监测数据存储系统包括传感器、信号处理单元、DSP 2812、显示单元、电源模块、SD存储卡和上位机。该系统即可以实现对煤矿电网的运行状态在线监测，并显示运行状态信息，同时也可以对运行参数进行存储。系统自带蓄电池模块可以输出DC3.3V和DC5V，为DSP处理器和各个模块供电，方便系统的应用。图1为系统的结构简图，其中传感器负责采集煤矿电网的运行信息；信号处理单元用于将传感器的输出信号转换成DSP可以识别的信号，同时具有信号的隔离功能；显示单元用于将煤矿电网的运行参数显示出来；SD存储卡用于存储煤矿电网的运行数据，然后通过接口电路传送给上位机。

二、存储系统设计

2.1 存储器选择

根据数据存储方式的不同，存储器分为半导体存储器、光盘存储器和磁存储器。半导体存储器具有电路简单、存储速率快、数据掉电不丢失等特点，在嵌入式系统中具有广泛应用。闪速存储器Flash是半导体存储器中技术最先进的，它可以实现在不带电的情况下长期保存数据。由于煤矿电网在线监测存储系统中的数据经常存储和传输数据，所以闪速存储器Flash是其的合理选择。

传统的监测存储系统的数据存储Flash一般焊接在电路板上，这一类Flash芯片的容量一般不超过8M。大容量的Flash价格较高，焊接在电路板上后便不能取下，增加了监测存储系统的成本。针对煤矿电网监测数据量大、安全特性要求高等特点，采用可插拔式的存储卡是较好的选择。可插拔的存储卡有CF卡和SD卡，CF卡体积较大，且不能与上位机进行直接通讯，不适合煤矿电网在线监测存储系统的预期要求。SD卡具有体较小、容量大及传输速度快等特点，属于煤矿电网在线监测存储系统的理想选择。

2.2硬件电路设计

根据SD卡内文件系统的分配方式和SD卡的工作模式特点，设计DSP与SD卡之间的接口电路，如图2所示。该电路实现了SD卡与DSP的SPI模式通信，并且将SD卡内的物理扇区组织为FAT16文件系统。DSP处理器只需要发送文件管理和文件读写指令，即可通过CH376操作SD卡存取数据。CH376是专业文件管理控制芯片，用于单片机系统读写SD卡或U盘中的文件。CH376内置了SD卡的通讯接口固件和FAT16文件系统的管理固件，支持常用的USB存储设备和SD卡的数据读取和写入。

三、软件程序设计

为了保证系统正常工作，在设备启动时需要首先确认SD卡与CH376已经连接正常，并且进行配备设备的工作模式。

读写SD卡的操作由CH376控制，一次完整的字节写操作通常由一个CMD-BYTE-WRITE命令启动操作，并由若干次中断通知、数据写入和CAD-BYTE-WR-GO命令组成，SD卡写程序流程如图3所示。SD卡读取数据的操作与写入数据的操作流程相似。

四、结束语

通过分析现阶段数据存储技术，将大容量SD运用到煤矿电网在线监测数据存储系统中，保证了监测数据的长期记录和可靠存储。

基于DSP2812和SD卡设计数据存储系统硬件电路和SD卡写数据的软件程序，不但解决时传统数据存储系统存数空间小的问题，还可以为煤矿电网的状态评估提供最原始的数据，对于及时排除井下电力系统事故隐患，保证井下安全生产和人民生命财产安全具有重要的意义。

参 考 文 献

[1] 国家能源局.关于规范煤制油、煤制天然气产业科学有序发展的通知.〔2014〕339号.

[2] 丁文俊.高压断路器状态监测系统的研究与开发[D].浙江大学，2006.

[3] 徐愛钧.基于SD卡的电能耗用记录仪设计与实现[J].电子技术应用，2010，（10）；73-75.