煤矿交变湿热试验箱温度监测系统设计

韩英 党伟 徐洋

【摘要】 为了提高煤矿交变湿热试验箱的性能，更好地完成矿用设备的检验需求，在分析煤矿安全生产形势基础上，以数字信号处理器（DSP）为核心设计煤矿交变湿热试验箱温度监测系统。详细设计监测系统的整体结构、DSP和AD7665转换器接口电路及系统软件程序，系统具有测量精度高、稳定性好和实时性强，是煤矿交变湿热试验箱温度监测的理想选择。

【关键词】 煤矿 交变湿热 试验箱 温度监测 通讯

现阶段，我国煤矿安全生产形势整体较好，但也存在一些突出问题和薄弱环节，井下安全生产事故总量和百万吨死亡率仍然偏高，尤其是重特大事故时有发生。煤矿井下最大的安全隐患就是瓦斯事故，很多重大瓦斯爆炸都是由井下配线系统不稳定、电气设备产生的火花所致。改善煤矿配电系统现状、提高矿用电气设备性能，避免设备短路、过载、漏电等引起的火花，是杜绝安全隐患预防瓦斯事故的有效措施之一。

矿用电气设备的绝缘电阻和随温度和湿度的增加而降低，所以使用环境中的湿度和温度变化对设备的绝缘结构和工作性能影响较大。采用人工模拟煤矿井下恶劣环境，考察矿用电气设备在交变湿热的条件下的性能对于保证设备的性能、提高煤矿电网的安全性，避免安全生产事故发生具有重要的意义。

一、温度监测系统设计

1.1 监测系统整体结构

煤矿交变湿热试验箱温度监测系统采用外部直流电源供电，主要由DSP单元、温度传感器单元、AD转换单元、电平转换单元、通讯单元、SD卡存储单元和工业计算机组成，监测系统框图如图1所示。

温度传感器单元采集的0-5V的模拟量信号送入AD转换单元，AD转换后的数字信号电压高于DSP可接受的电压，信号经过电平转换电路转换成0-3.3V信号输入到DSP的信号输入引脚。DSP处理后的信号经过RS485通讯单元发送给工业计算机，在专业开发的温度监测显示界面中显示出来。同时，DSP通过串行外设接口（SPI）模块将监测的数据发送给SD卡存储单元，形成煤矿交变湿热试验箱温度状况数据库，为以后故障和状态分析提供数据。

1.2 模数转换器选择

温度传感器信号的精确采集是监测系统的核心，所以模数转换器的选择尤为重要。对比ADC0809CCN、ADS1298和AD7665等模数转换器的性能，结合监测系统的需求，选择AD7665作为监测系统模数转换器。AD7665是一款基于Pulsar内核的16位、电荷再分配SAR型模数转换器（ADC），采用5 V单电源供电。

该转换器内置一个16位高速采样ADC、一个电阻器输入标量（允许多种输入范围）、一个内部转换时钟、纠错电路，以及串行和并行系统接口。AD7665具有极高采样速率、正常和低功耗3种转换模式。器件内部包含了一个适用于不同输入范围的电阻电路，一个用于控制转换的内部时钟，一个纠错电路。输出方式既可以是串行接口也可以是并行接口，以便于和各种微机接口。

1.3 DSP与AD转换器接口电路

AD7665与DSP之间通过I/O口和数据接口相连接，接口电路如图2所示。AD7665的控制方式简洁，由于监测系统一直处于工作状态，所以片选端口直接与DSP相连接，由DSP控制选通时间。DSP通过控制AD7665的CONVST管脚启动AD7665转换器，进行数据采样。DSP的外部中断XINT1引脚与AD7665的BUSY引脚相连接，当BUSY输出低电平，表示AD转换已经完成，触发外部中断。

二、软件设计

软件程序主要包括初始化程序和主循环程序，初始化是指监测系统初始化、PIE控制寄存器的初始化、PIE参数表初始化、ADC初始化、I/0口设置初始化、SPI各寄存器的初始化等；主循环包括开启中断数据采集、关中断和数据发送等。程序首先进行初始化，内部定时器开始计数，进入中断服务程序启动数据采集子程序。当AD转换完毕后，进入中断子程序，开始读取温度数据，并进行数据处理，在达到采集数据点M时，系统进入定时器中断服务子程序，并向工业计算机发送数据，从而实现煤矿交变湿热试验箱温度监测系统的数据采集、处理和传输。

三、结束语

将结合数字信号处理器（DSP）与高精度模数转换器AD7665开发温度监测系统，能够满足对煤矿交变湿热试验箱温度监测的要求。通过RS485实现监测系统与工业计算机之间的通讯，将采集的温度数据在显示界面上显示出来。监测系统具有精度高、实时性好和处理能力强等优点，为煤矿交变湿热试验箱的状态监测和故障分析提供数据支撑。

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] 刘卢杰， 机械自动化在煤矿中的应用[J].煤炭技术，2014，（3）106-108.

[3] 苏岳龙.基于VC++6.0的高速串口通信数据采集系统[J].微计算机信息2005，21（5）：147-148.