综采支架压力数据采集器的设计

2011-08-29刘新红

科技传播 2011年24期

刘新红

烟台南山学院，山东烟台 265713

液压支架作为煤矿井下安全支护的主要设备，已经成为煤矿安全生产的重要环节。随着高产高效综采技术的发展，对液压支架的动态特性和可靠性的要求越来越迫切。综采设备的应用，对于提高效率、改善安全状况起到很好的作用，但发展不平衡，有的开机率较低。影响开机率的一个主要因素是支架对工作面的顶板控制的好坏，因此，对综采工作面进行矿压监测与控制是很有必要的[1]。

1 系统结构与工作原理

仪器结构如图1所示。地面部分主要由计算机、通信接口组成，井下部分由检测主机、通信分机、电源、振弦式压力传感器等组成[2]。

图1 综采支架压力检测系统结构图

其工作原理是：

先由主机通过传感器对综采支架进行压力的检测，并记录相关参数，即压力值、时间，然后将这些相关参数保存在一只大容量掉电不丢失数据存储器中。当工作人员用手持式数据采集分机向主机发出数据采集信号时，主机将存储的数据传输给采集分机，采集分机将这些数据存储到存储器中，回到地面后，通过通信接口，将数据传输给计算机。

2 数据采集器硬件设计

该数据采集器为本安型设计并经防爆和性能测试，由无线通信电路、数字显示电路、自动复位电路、大容量存储电路、电源管理电路和时钟电路组成。

2.1 无线通信电路

该电路采用FC-201SP微功率无线数传模块，该模块具有无需申请频点、高抗干扰能力与低误码率、传输性能优良、低功耗、高可靠性，体积小，重量轻等特点。该电路实现了与井下压力检测主机、地面通信接口之间的数据传输，并通过数据通信指示灯指示数据传输是否正在进行。

2.2 数字显示电路

四位数码管显示采集器的工作状态，指示数据传输过程中是否有错误数据。

2.3 自动复位电路

防止单片机死机或跑飞问题，提高数据采集器工作的可靠性和稳定性。

2.4 大容量存储电路

该电路采用大容量存储器M25P16实现数据存储，在该存储器中可存储2天的压力数据。M25P16是一个16Mbit（2M×8）的串行Flash存储器，有先进的写保护机制，通过高速SPI兼容总线进行读取。可以用页编程指令进行页写操作，一次可写1～256字节。M25P16由32个段组成，每段包括256页，每页有256字节。这样，整个存储器可以被看成由8192页或2097152字节构成。可以用片擦除指令擦除整个存储器，或者用段擦除指令进行段擦除，一次只擦除一段。

2.5 电源管理电路

该数据采集器由锂电池供电，在使用过程中要不断检测电池的电量，以及时充电。该电路实现了电量的检测与状态指示。

2.6 时钟电路

该电路采用时钟芯片PCF8563来实现时钟功能，用于记录数据采集的时间信息。PCF8563是低功耗的CMOS实时时钟日历芯片，它提供一个可编程时钟输出，一个中断输出和掉电检测器，所有的地址和数据通过 I2C 总线接口串行传递，最大总线速度为400Kbits/s，每次读写数据后，内嵌的字地址寄存器会自动产生增量。

3 软件设计

本数据采集器程序完成从井下检测主机采集压力数据、给井下检测主机校验时间、传感器调零、设置分站号、设置总站号、设置时间间隔等功能，以及向井上监控主机传送压力数据和接受监控主机传给本采集器的校验时间等功能。

3.1 通信协议

为了实现本数据采集器与井下检测主机以及井上监控主机之间的准确和可靠的通信，需要统一制定通信协议。通信是以十六进制码形式传送，其波特率为9600。每次通信数据采集器都会发送通信请求命令，收到检测主机或者监控主机的响应命令后，才会进行数据传输。数据传输的每帧数据由开始符（0xdd）、数据段、校验码和结束符（0xee）组成。数据段包括时间（年、月、日、时、分、秒）信息六个字节、压力（3个传感器）信息六个字节，校验码为数据段所有数据求和后取最低字节数据。

3.2 程序流程

数据采集器按下相应按键发送通信请求命令后，等待接收监控主机或者检测主机传回的响应命令，同时显示数据采集器状态，根据响应命令确定下一步的任务，包括接收存储压力数据、给检测主机校正时间、给传感器调零、设置时间间隔、设置总站号、设置分站号、向监控主机发送压力数据和接受监控主机的时间校正信息等，任务结束后，等待接收结束命令，收到接收命令结束程序。流程图如图2所示。