煤堆温度多点无线监测系统设计
蔡可健
(江苏食品职业技术学院机电系,江苏淮安 223001)
摘要:针对煤炭露天存放可能发生自燃的情况,讨论了可行的温度监测新途径,设计出了一种一拖十多点多路无线测温系统。通过该测温系统,工作人员在一个地方就能够监测到多处异地的煤堆温度,监测范围大于80m,常温测量误差小于±0.5℃。,省时省力,测量方便,并易于和其它装置连接,从而实现了系统的自动控制。
关键词:煤堆;温度传感器;多点测温;无线电
引言
按时间的先后顺序一一发射所测到的温度。各发射机除测温发射时间段设定得不同之外,其它各参数全部相同。公用接收机在不同的时间段内接收到的是不同的发射机发送来的信号,在同一时间段内的不同时间接收到的则是同一发射机发送的不同测温点的温度信号。例如,在每天的Δt11时间段内接收机依次显示的是1号发射机测量到的10个点的温度,在Δt21时间段内接收机依次显示的是2号发射机测量到的10个点的温度。
如果能对煤堆内部的温度实施监控,就可以避免内燃事故的发生。针对该问题,并考虑到煤炭转运时发射机回收的方便及其系统成本,笔者设计了一种一拖十多点多路无线测温系统。该系统由多个定时发射机和1个公用接收机组成,每个定时发射机拖动10个测温点。在堆煤的时候把发射机插到煤堆内的各个不同位置,发射机按照预先设定的时间段把所测定的温度每天按时发送给接收机,因而工作人员在工作室内就可以观测到每个煤堆内各测试点的温度,并实施控制。系统电路还设有警戒温度自动闪烁报警功能。经过试用实践,证明效果良好。1 多点多路无线测温实现方案一拖十多点测温发射,是在1条空心细直杆上均匀地设置10个测温点,杆的顶端安装1个定时发射机。10个测温点的感温电路与发射机有线连接。测温方案如图1所示。该方案与单路测温发射的根本区别在于每个发射机都含有定时自动测温发射功能,在不需要测温发射的时间段处于关闭状态,到了测温发射时间段就自动开启发射。 综合考虑设备成本和抗干扰性能,采用频率信号作为系统的无线传送信号。所以,每个发射机在其工作的时间段要把测到的温度信号转换成对应的频率并调制载波,而后发射到空中。接收机则把接收下来的信号解调后:一路要把频率转换成对应的电压去驱动显示电路;另一路直接送给报警电路,由报警电路根据预先设定的警戒温度(频率)决定是否需要发出警报。
图1 一拖十多路无线测温系统示意图
2 系统电路设计2.1 一拖十定时发射电路
CD4017的Y1端(2脚)输出高电平,其余输出端为
一拖十定时发射电路框图如图2所示。温度/电压转换电路把测量到的温度信号转换成电压信号,经十路时序选择开关传送给电压/频率转换电路,由它再转换成对应的频率,然后传给调制发射电路去调制载波。时间控制电路按照预先设定的时间控制发射电路的工作及十路时序选择开关,实现在发射机工作时间段内不同的时间点其电压/频率转换电路能和不同测温点的温度/电压转换电路接通。
图2
与Y1相接的三极管饱和导通,对应的继电器得电工作,*个LM45C集成温度传感器和电压/频率转换电路接通,其余9个LM45C集成温度传感器不通。到了单片机输出低电平时,继电器也断电停止工作,10个LM45C集成温度传感器与电压/频率转换电路之间全部断开。其余依次类推。CD4017是循环计数,所以投入工作前可以不清零[3]。
电压/频率转换电路采用由微功耗集成电路CD4046。它输出的方波脉。它的9脚输入电[2]。由于它的输入电压LM45C的输出电压,所以,该压f也正比于温度传感器测量到的温度T,即, 4低功耗单片机。它内含中央处理器、算术逻辑单元、6个输入输出口、8KB只读存储器、256B读写存储器、锁存器和电压鉴别器。4EC8700单片机仅仅处理与时间有关的数据,它可以根据预先设定的时间程序输出高、低电平[4]
f=kT
式中:k由电路的参数决定,对于给定的电路它是一个定值。
调制发射电路采用TWH630无线发射模块。它的工作电流小于4mA,射频输出约为10mW。内置天线,能穿透建筑物的阻隔,有效发射。
10个温度/电压转换电路都采用LM45C集成温度传感器。它的输出电压与摄氏温度成正比,测量范围为2.5～100℃,灵敏度为10mV/℃,无需调整和标定[1]。其输出电压U0(V)与测量温度)的关系:U0=10T(℃-2距离大于80m,发射频率为265MHz[3]。4EC8700单片机输出高电平时,发射电路得电而开始工作,把测到的温度发送出去。单片机输出低电平时,发射电路断电而停止工作。单片机输出与十路时序选择开关同步,其连续控制发射电路依次发射10次后才长时间停下来。
2.2 一拖十无线接收电路一拖十无线接收电路框图如图3所示。接收解调电路把接收的信号解调后,一路传送给频率/电压转换电路,另一路传送给单频率检测电路。频率/电压转换电路把频率转换成对应的电压,再传送给显示电路。显示电路根据不同的电压显示出对应的温度。单频率检测电路检测到输入的信号频率与其压控振荡频率一致时,就向报警电路传送信号。报警电路开始工作,发出报警信号。单频率检测电路的压控振荡频率可根据需要报警的温度预先设定T。
图3 一拖十无线接收电路框图
每个LM45C集成温度传感器的输出端都经过1个受时间控制的开关KM(继电器的常开触点)接到电压/频率转换电路的输入端。10个KM开关在单片机输出高电平的时间内,只有1个闭合;在单片机输出低电平的时间内则全部断开。
十路时序选择开关电路主要由集成电路CD4017、继电器KM0～KM9及其10个驱动三极
管构成。CD4017为单端输入十进制计数、分配输出集成电路。计数状态由CD4017的10个译码输出端Y0～Y9显示。每个输出状态都与输入计数器的时钟脉冲的个数相对应。时钟脉冲由4EC8700单片机提供,从CD4017的CP端(14脚)输入,采用脉冲的上升沿计数。CD4017的输出端Y0～Y9分别接继电器的驱动三极管的基极,驱动三极管的集电极接继电器工作线圈。单片机输出*个高电平时,CD4017的14脚也得到*个脉冲。于是,接收及解调电路采用和TWH630相对应的无线接收模块TWH631。它接收到发射机发送来的射频信号后,其输出端输出解调后的方波脉冲。频率/电压转换电路采用由集成电路NE555构成的一个单稳态振荡器。设它输出的方波脉冲峰值为Up、脉冲宽度为tw,则可计算出它输出的直流电压为UD=Uptwf式中:f为振荡频率,等于输入的触发脉冲频率。由于Up和tw是固定的(由电路的参数决定),所以该电压与频率成正比。因此,通过适当选择电路的各参数,就能使表头直接显示出对应的温度。
单频率检测电路采用具有锁相环路的音频译码器LM567。它能对送入的方波脉冲进行频率解码。当送入的方波脉冲频率与它的压控振荡频率一致时,LM567可靠解码,警戒温度(频率)成电路M5232L。荡器和稳压电路、1脚输出稳定的4V电压[1]。7脚输入电压低于内部基准电压时,6脚输出低电平,驱动压电蜂鸣器发出报警声,同时,内部振荡器开始振荡,由3脚驱动发光二极管闪烁发光。
3 时间设定
4EC8700单片机的时间程序写入及写入时的控制形式。调校完毕后,按1次“校时”键,显示屏恢复正常的显示走时状态。按“控制选择”键,可把按设定时间的自动控制转换为手动控制。
4 测试验证保持被测试点的温度不变,不同的接收距离接收到的温度如图4所示。图4中曲线表明,在有效距离内其接收温度与接收距离没有关系。接收距离固定在60m时,被测试点的实际温度与接收到的温度如图5所示。从图5中的曲线可知,在20～50℃。,对25℃及40℃20℃及高于50℃的区。其误差主要来源,测试的结果都在允许的误差范围内。
图4不同接收距离的温度曲线
显示通过电子键盘SB1-7及液晶显示屏LCD完成。单片机的M1脚分别与P2～P4脚键连接,实现“控制选择”及“定时”、“校时”。M2脚分别与P1～P4脚键连接,实现“复位”及“分”“、时”“、周”。
(1)时间调校。正常情况下,液晶显示屏LCD显示的是正常走时状态。按住“校时”键,同时分别按“周”键,调校星期;按“时”键,调校小时;按“分”键,调校分钟。
(2)定时调校。按1次“定时”键,液晶显示屏LCD开始显示定时状态。这时可设定每只发射机
图5 60m接收距离时的温度曲线
每天的每次测温开始时间“ON”和结束时间“OFF”(即输出高电平的开始时间和结束时间)。连续按“时”键,调校小时;连续按“分”键,调校分钟。当调校完*次测温的开始时间“1ON”后,再按1次“定时”键,依照相同的方法调校*次测温的结束时间“1OFF”。4EC8700单片机所设定时间按每天24h循环工作,能提供多达16对可设定的开关时间。若只用其中的几对开关时间,其余不用的时间段按“复位”键将它们冻结起来。连续按“周”键,调校每周的
5 结论
本文设计的一拖十多点无线测温系统不仅克服
了有线测温的种种不便及传输导线给温度测量带来的影响,而且实现了多点循环测量。测量精度能够达到煤炭存储的要求,并可在因温度超限需要报警时,进行正确的报警控制。该系统有效地提升了煤炭存储日常管理的技术水平。
工矿自动化
图1 工业以太环网构成示意图
1 万利一矿的工业以太环网简介
,以及综合自动化系统在煤矿中减员、增效的现实意义,国内很多的大型现代化矿井装备了全矿井综合自动化系统,神华万利分公司万利一矿也不例外。
万利一矿的综合自动化系统分为3层结构:信息层、控制层、设备层。信息层由原有局域网构成,采用硬件和软件防火墙隔离控制层和设备层,提供矿井综合自动化控制系统的Web浏览功能。控制层采用工业以太环网,设备包括冗余服务器、核心交换机和井下一般型矿用工业交换机、防爆型工业交换机等。设备层采用AB公司的controlNET、DE2VICENET总线及RS485总线。
万利一矿全矿井综合自动化系统中的工业以太环网采用单环网形式,从副井和主井经过工作面各敷设1条光纤,在设备控制集中地点及监测系统分站集中地点设置交换机,如图1所示。具体的交换机配置:调度室配置性能较高的核心交换机(Hir2schmannMACH3005);地面新通风机房(Hir2schmannMS3124)、洗煤厂(HirschmannMS3124)、通风机房(HirschmannMS3124)分别设置交换机;井下采用本安型交换机,如KJJ58本安型交换机,该交换机的核心为Hirschmann交换机,可与Hir2schmann交换机无缝连接,可布置在中央变电所、采区中央变电所胶带中部、井底变电所等场所。
万利一矿的安全监测系统采用天地科技股份有限公司常州自动化分公司的KJ95型煤矿安全监测系统,其主传输为RS485总线方式。本文主要介绍KJ95型煤矿安全监测系统作为全矿井综合自动化系统的子系统,通过工业以太环网接入全矿井综合自动化系统的方法。
参考文献:
[1] 何希才.新型集成电路及其应用实例[M].北京:科学科学技术出版社,1997:76～124.
[3] 陈尔绍.电子控制电路实例[M].北京:电子工业出版社,2004:236～313.
[4] 蔡可健.节电器智能电路设计[J].电工技术,2005(2):60～61.出版社,2003:128～380.
[2] 张长清.CMOS集成电路应用800例[M].福州:福建
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