煤堆溫度多點無線監測系統設計

蔡可健

(江蘇食品職業技術學院機電系,江蘇淮安　223001)

　　摘要:針對煤炭露天存放可能發生自燃的情況,討論了可行的溫度監測新途徑,設計出了一種一拖十多點多路無線測溫系統。通過該測溫系統,工作人員在一個地方就能夠監測到多處異地的煤堆溫度,監測范圍大于80m,常溫測量誤差小于±0.5℃。,省時省力,測量方便,并易于和其它裝置連接,從而實現了系統的自動控制。

關鍵詞:煤堆;溫度傳感器;多點測溫;無線電　　

引言

按時間的先后順序一一發射所測到的溫度。各發射機除測溫發射時間段設定得不同之外,其它各參數全部相同。公用接收機在不同的時間段內接收到的是不同的發射機發送來的信號,在同一時間段內的不同時間接收到的則是同一發射機發送的不同測溫點的溫度信號。例如,在每天的Δt11時間段內接收機依次顯示的是1號發射機測量到的10個點的溫度,在Δt21時間段內接收機依次顯示的是2號發射機測量到的10個點的溫度。

如果能對煤堆內部的溫度實施監控,就可以避免內燃事故的發生。針對該問題,并考慮到煤炭轉運時發射機回收的方便及其系統成本,筆者設計了一種一拖十多點多路無線測溫系統。該系統由多個定時發射機和1個公用接收機組成,每個定時發射機拖動10個測溫點。在堆煤的時候把發射機插到煤堆內的各個不同位置,發射機按照預先設定的時間段把所測定的溫度每天按時發送給接收機,因而工作人員在工作室內就可以觀測到每個煤堆內各測試點的溫度,并實施控制。系統電路還設有警戒溫度自動閃爍報警功能。經過試用實踐,證明效果良好。1　多點多路無線測溫實現方案一拖十多點測溫發射,是在1條空心細直桿上均勻地設置10個測溫點,桿的頂端安裝1個定時發射機。10個測溫點的感溫電路與發射機有線連接。測溫方案如圖1所示。該方案與單路測溫發射的根本區別在于每個發射機都含有定時自動測溫發射功能,在不需要測溫發射的時間段處于關閉狀態,到了測溫發射時間段就自動開啟發射。　　              綜合考慮設備成本和抗干擾性能,采用頻率信號作為系統的無線傳送信號。所以,每個發射機在其工作的時間段要把測到的溫度信號轉換成對應的頻率并調制載波,而后發射到空中。接收機則把接收下來的信號解調后:一路要把頻率轉換成對應的電壓去驅動顯示電路;另一路直接送給報警電路,由報警電路根據預先設定的警戒溫度(頻率)決定是否需要發出警報。

圖1　一拖十多路無線測溫系統示意圖

2　系統電路設計2.1　一拖十定時發射電路

CD4017的Y1端(2腳)輸出高電平,其余輸出端為

一拖十定時發射電路框圖如圖2所示。溫度/電壓轉換電路把測量到的溫度信號轉換成電壓信號,經十路時序選擇開關傳送給電壓/頻率轉換電路,由它再轉換成對應的頻率,然后傳給調制發射電路去調制載波。時間控制電路按照預先設定的時間控制發射電路的工作及十路時序選擇開關,實現在發射機工作時間段內不同的時間點其電壓/頻率轉換電路能和不同測溫點的溫度/電壓轉換電路接通。

圖2

與Y1相接的三極管飽和導通,對應的繼電器得電工作,*個LM45C集成溫度傳感器和電壓/頻率轉換電路接通,其余9個LM45C集成溫度傳感器不通。到了單片機輸出低電平時,繼電器也斷電停止工作,10個LM45C集成溫度傳感器與電壓/頻率轉換電路之間全部斷開。其余依次類推。CD4017是循環計數,所以投入工作前可以不清零[3]。

電壓/頻率轉換電路采用由微功耗集成電路CD4046。它輸出的方波脈。它的9腳輸入電[2]。由于它的輸入電壓LM45C的輸出電壓,所以,該壓f也正比于溫度傳感器測量到的溫度T,即,　　4低功耗單片機。它內含中央處理器、算術邏輯單元、6個輸入輸出口、8KB只讀存儲器、256B讀寫存儲器、鎖存器和電壓鑒別器。4EC8700單片機僅僅處理與時間有關的數據,它可以根據預先設定的時間程序輸出高、低電平[4]

f=kT

式中:k由電路的參數決定,對于給定的電路它是一個定值。

調制發射電路采用TWH630無線發射模塊。它的工作電流小于4mA,射頻輸出約為10mW。內置天線,能穿透建筑物的阻隔,有效發射。

10個溫度/電壓轉換電路都采用LM45C集成溫度傳感器。它的輸出電壓與攝氏溫度成正比,測量范圍為2.5～100℃,靈敏度為10mV/℃,無需調整和標定[1]。其輸出電壓U0(V)與測量溫度)的關系:U0=10T(℃-2距離大于80m,發射頻率為265MHz[3]。4EC8700單片機輸出高電平時,發射電路得電而開始工作,把測到的溫度發送出去。單片機輸出低電平時,發射電路斷電而停止工作。單片機輸出與十路時序選擇開關同步,其連續控制發射電路依次發射10次后才長時間停下來。

2.2　一拖十無線接收電路一拖十無線接收電路框圖如圖3所示。接收解調電路把接收的信號解調后,一路傳送給頻率/電壓轉換電路,另一路傳送給單頻率檢測電路。頻率/電壓轉換電路把頻率轉換成對應的電壓,再傳送給顯示電路。顯示電路根據不同的電壓顯示出對應的溫度。單頻率檢測電路檢測到輸入的信號頻率與其壓控振蕩頻率一致時,就向報警電路傳送信號。報警電路開始工作,發出報警信號。單頻率檢測電路的壓控振蕩頻率可根據需要報警的溫度預先設定T。

圖3　一拖十無線接收電路框圖

每個LM45C集成溫度傳感器的輸出端都經過1個受時間控制的開關KM(繼電器的常開觸點)接到電壓/頻率轉換電路的輸入端。10個KM開關在單片機輸出高電平的時間內,只有1個閉合;在單片機輸出低電平的時間內則全部斷開。

十路時序選擇開關電路主要由集成電路CD4017、繼電器KM0～KM9及其10個驅動三極

管構成。CD4017為單端輸入十進制計數、分配輸出集成電路。計數狀態由CD4017的10個譯碼輸出端Y0～Y9顯示。每個輸出狀態都與輸入計數器的時鐘脈沖的個數相對應。時鐘脈沖由4EC8700單片機提供,從CD4017的CP端(14腳)輸入,采用脈沖的上升沿計數。CD4017的輸出端Y0～Y9分別接繼電器的驅動三極管的基極,驅動三極管的集電極接繼電器工作線圈。單片機輸出*個高電平時,CD4017的14腳也得到*個脈沖。于是,接收及解調電路采用和TWH630相對應的無線接收模塊TWH631。它接收到發射機發送來的射頻信號后,其輸出端輸出解調后的方波脈沖。頻率/電壓轉換電路采用由集成電路NE555構成的一個單穩態振蕩器。設它輸出的方波脈沖峰值為Up、脈沖寬度為tw,則可計算出它輸出的直流電壓為UD=Uptwf式中:f為振蕩頻率,等于輸入的觸發脈沖頻率。由于Up和tw是固定的(由電路的參數決定),所以該電壓與頻率成正比。因此,通過適當選擇電路的各參數,就能使表頭直接顯示出對應的溫度。

單頻率檢測電路采用具有鎖相環路的音頻譯碼器LM567。它能對送入的方波脈沖進行頻率解碼。當送入的方波脈沖頻率與它的壓控振蕩頻率一致時,LM567可靠解碼,警戒溫度(頻率)成電路M5232L。蕩器和穩壓電路、1腳輸出穩定的4V電壓[1]。7腳輸入電壓低于內部基準電壓時,6腳輸出低電平,驅動壓電蜂鳴器發出報警聲,同時,內部振蕩器開始振蕩,由3腳驅動發光二極管閃爍發光。

3　時間設定

4EC8700單片機的時間程序寫入及寫入時的控制形式。調校完畢后,按1次“校時”鍵,顯示屏恢復正常的顯示走時狀態。按“控制選擇”鍵,可把按設定時間的自動控制轉換為手動控制。

4　測試驗證保持被測試點的溫度不變,不同的接收距離接收到的溫度如圖4所示。圖4中曲線表明,在有效距離內其接收溫度與接收距離沒有關系。接收距離固定在60m時,被測試點的實際溫度與接收到的溫度如圖5所示。從圖5中的曲線可知,在20～50℃。,對25℃及40℃20℃及高于50℃的區。其誤差主要來源,測試的結果都在允許的誤差范圍內。

圖4不同接收距離的溫度曲線

顯示通過電子鍵盤SB1-7及液晶顯示屏LCD完成。單片機的M1腳分別與P2～P4腳鍵連接,實現“控制選擇”及“定時”、“校時”。M2腳分別與P1～P4腳鍵連接,實現“復位”及“分”“、時”“、周”。

(1)時間調校。正常情況下,液晶顯示屏LCD顯示的是正常走時狀態。按住“校時”鍵,同時分別按“周”鍵,調校星期;按“時”鍵,調校小時;按“分”鍵,調校分鐘。

(2)定時調校。按1次“定時”鍵,液晶顯示屏LCD開始顯示定時狀態。這時可設定每只發射機　

圖5　60m接收距離時的溫度曲線

每天的每次測溫開始時間“ON”和結束時間“OFF”(即輸出高電平的開始時間和結束時間)。連續按“時”鍵,調校小時;連續按“分”鍵,調校分鐘。當調校完*次測溫的開始時間“1ON”后,再按1次“定時”鍵,依照相同的方法調校*次測溫的結束時間“1OFF”。4EC8700單片機所設定時間按每天24h循環工作,能提供多達16對可設定的開關時間。若只用其中的幾對開關時間,其余不用的時間段按“復位”鍵將它們凍結起來。連續按“周”鍵,調校每周的　

5　結論

本文設計的一拖十多點無線測溫系統不僅克服

了有線測溫的種種不便及傳輸導線給溫度測量帶來的影響,而且實現了多點循環測量。測量精度能夠達到煤炭存儲的要求,并可在因溫度超限需要報警時,進行正確的報警控制。該系統有效地提升了煤炭存儲日常管理的技術水平。

工礦自動化　

圖1　工業以太環網構成示意圖

1　萬利一礦的工業以太環網簡介

,以及綜合自動化系統在煤礦中減員、增效的現實意義,國內很多的大型現代化礦井裝備了全礦井綜合自動化系統,神華萬利分公司萬利一礦也不例外。

萬利一礦的綜合自動化系統分為3層結構:信息層、控制層、設備層。信息層由原有局域網構成,采用硬件和軟件防火墻隔離控制層和設備層,提供礦井綜合自動化控制系統的Web瀏覽功能。控制層采用工業以太環網,設備包括冗余服務器、核心交換機和井下一般型礦用工業交換機、防爆型工業交換機等。設備層采用AB公司的controlNET、DE2VICENET總線及RS485總線。

萬利一礦全礦井綜合自動化系統中的工業以太環網采用單環網形式,從副井和主井經過工作面各敷設1條光纖,在設備控制集中地點及監測系統分站集中地點設置交換機,如圖1所示。具體的交換機配置:調度室配置性能較高的核心交換機(Hir2schmannMACH3005);地面新通風機房(Hir2schmannMS3124)、洗煤廠(HirschmannMS3124)、通風機房(HirschmannMS3124)分別設置交換機;井下采用本安型交換機,如KJJ58本安型交換機,該交換機的核心為Hirschmann交換機,可與Hir2schmann交換機無縫連接,可布置在中央變電所、采區中央變電所膠帶中部、井底變電所等場所。

萬利一礦的安全監測系統采用天地科技股份有限公司常州自動化分公司的KJ95型煤礦安全監測系統,其主傳輸為RS485總線方式。本文主要介紹KJ95型煤礦安全監測系統作為全礦井綜合自動化系統的子系統,通過工業以太環網接入全礦井綜合自動化系統的方法。

參考文獻:

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[2]　張長清.CMOS集成電路應用800例[M].福州:福建

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