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閱讀：931發(fā)布時(shí)間：2014-5-12
一種基于MSP430單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集智能儀表的設(shè)計(jì)
1、引 言
隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的快速發(fā)展，應(yīng)用于工業(yè)控制系統(tǒng)的智能化測(cè)控儀表成為主要的發(fā)展趨勢(shì)。由于單片機(jī)具有成本低、可靠性高、應(yīng)用靈活等特點(diǎn)，因而基于單片機(jī)的智能儀表也成為相關(guān)行業(yè)研究的重點(diǎn)。皮帶輸送機(jī)http://www.ftxny.com/shusong/131.html帶式輸送機(jī)
刮板輸送機(jī)http://www.ftxny.com/shusong/69.html膠帶輸送機(jī)
斗式提升機(jī)http://www.ftxny.com/shusong/134.html螺旋輸送機(jī)
螺旋輸送機(jī)http://www.ftxny.com/shusong/543.html皮帶輸送機(jī)
目前皮帶輸送機(jī)保護(hù)技術(shù)不太成熟，通?？坎粩鄼z修來減少斷帶、柱銷等事故，但檢修不能*避免皮帶斷帶下滑而造成的惡性事故的發(fā)生。如何提前預(yù)警皮帶機(jī)組的故障，盡量把故障控制在萌芽狀態(tài)、對(duì)皮帶進(jìn)行實(shí)時(shí)保護(hù)尤其重要。基于九江石化目前皮帶輸送機(jī)的狀況，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種包括采集、分析和處理電機(jī)的多種運(yùn)行參數(shù)的智能儀表，成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)皮帶牽引電機(jī)的有效保護(hù)與控制。
2、智能儀表硬件構(gòu)成
智能儀表由主控制板、鍵盤顯示板和接口板三部分構(gòu)成。主控制板的核心是采用TI公司的MSP430單片機(jī)，完成信號(hào)的采集、處理與記錄等功能；鍵盤顯示板完成人機(jī)交互功能；接口板采集輸入信號(hào)，控制信號(hào)輸出和數(shù)據(jù)通信等功能。儀表硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示：
皮帶輸送機(jī)顆粒機(jī)
3、智能儀表的特點(diǎn)
3.1 采用性能優(yōu)良的微控制器MSP430F149
MSP430系列單片機(jī)是美國(guó)德州儀器(TI)1996年開始推向市場(chǎng)的一種16位超低功耗的混合信號(hào)處理器( Mixed Signal Processor)Ell。MSP430F-149的電源電壓采用1.8-3 6V低電壓，RAM數(shù)據(jù)保持方式下耗電僅0.1A；16位RISC結(jié)構(gòu)，120ns指令周期；有豐富的外圍資源，具有12位200Ksps的A/D轉(zhuǎn)換器，3個(gè)捕獲／比較寄存器的16位定時(shí)器Timer—A，Timer_B，兩通道串行通信接口可用于異步或同步( UARTISPI)模式，6個(gè)8位并行端口，且2個(gè)8位端口有中斷能力；有多達(dá)60KB FLASH ROM和2KB RAM，具有串行在線編程和保密熔絲的程序代碼保護(hù)功能，修改程序十分方便。
3.2具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集、處理等功能
(1)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)：主要由電壓傳感器、電流傳感器、溫度傳感器、振動(dòng)傳感器和速度傳感器等組成。在皮帶電機(jī)的運(yùn)行過程中，實(shí)時(shí)測(cè)量并采集電機(jī)的三相電流、三相線電壓、前軸溫度、后軸溫度、轉(zhuǎn)速和不同位置的振動(dòng)強(qiáng)度，把非電量的運(yùn)行參數(shù)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的電壓、電流信號(hào)，通過MSP430F149自帶的A/D采樣通道，轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的電機(jī)參數(shù)并且在屏幕上進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示。
(2)1/0子系統(tǒng)：主要由各種容量的輸出、輸入繼電器組成。負(fù)責(zé)執(zhí)行CPU所發(fā)出的控制指令，并驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)作。也通過輸入繼電器，接受其它設(shè)備發(fā)出的控制信號(hào)。根據(jù)電機(jī)故障類型（過載、過流、欠流、堵轉(zhuǎn)、三相不平衡、斷相、過壓、欠壓、短路），發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)并實(shí)現(xiàn)電機(jī)的連鎖保護(hù)控制，提醒操作人員處理；為儀表設(shè)計(jì)了6路DI和7路DO，如此豐富的開關(guān)量輸入輸出接口不僅能滿足在皮帶機(jī)組保護(hù)系統(tǒng)中的應(yīng)用，在其它場(chǎng)合的應(yīng)用中也可以滿足其要求，擴(kuò)展功能十分強(qiáng)大。所有的輸入信號(hào)都要通過光耦隔離，起到保護(hù)單片機(jī)和抗干擾的作用，所有的輸出信號(hào)都由三極管驅(qū)動(dòng)繼電器的線圈，控制繼電器的常開、常閉。
3.3具有豐富的顯示、調(diào)節(jié)參數(shù)功能
鍵盤輸入和顯示子系統(tǒng)主要由小鍵盤、多組LED組成。進(jìn)行顯示各種運(yùn)行參數(shù)和狀態(tài)量，采用小鍵盤可以對(duì)儀器運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行設(shè)置和修改。儀表顯示部分采用靜態(tài)顯示，為了節(jié)約單片機(jī)資源，采用了帶選通功能的串轉(zhuǎn)并芯片4094作為顯示驅(qū)動(dòng)器件，這樣10位數(shù)碼管顯示只占用了3根單片機(jī)I/O線資源。通過小鍵盤的設(shè)定可以輪流或固定顯示采集到的電壓、電流、速度等，具有設(shè)置電壓上下限、電流上下限、速度上下限、低速度報(bào)警持續(xù)時(shí)間、低電流持續(xù)時(shí)間報(bào)警輸出、高電流持續(xù)時(shí)間報(bào)警輸出、報(bào)警記錄查詢等45項(xiàng)功能。顯示部分的原理如圖2所示。
皮帶輸送機(jī)顆粒機(jī)
3.4與上位機(jī)通訊方便、數(shù)據(jù)傳輸可靠
人機(jī)交互功能通訊子系統(tǒng)主要由SCI接口構(gòu)成，軟件采用移植ADAM5000的通訊協(xié)議，通過RS485總線實(shí)現(xiàn)了上位機(jī)與智能儀表的AD、DI、DO的參數(shù)傳輸和遙控功能。MSP430F149有兩個(gè)SCI串行通信口，它們是采用雙線通信的異步串行通信接口，即通常所說的UART口。利用其中的一個(gè)UART串行通信口實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的通信，通信采用標(biāo)準(zhǔn)RS - 485接口。RS - 485總線具有技術(shù)成熟、傳輸速率高、傳輸距離遠(yuǎn)、可靠性高、成本低的特點(diǎn)，但是RS - 485不能直接與計(jì)算機(jī)接口，需要采用一個(gè)接口芯片將TTL電平轉(zhuǎn)換為RS485接口電平，在實(shí)際應(yīng)用中采用的是MAX485
芯片來實(shí)現(xiàn)接口。具體接口電路如圖3所示。
4、智能儀表軟件設(shè)計(jì)
軟件分為初始化模塊，定時(shí)器中斷模塊，信號(hào)采樣模塊，按鍵顯示模塊，數(shù)據(jù)處理模塊，輸出控制模塊，參數(shù)讀寫模塊，通信模塊。系統(tǒng)軟件的流程圖如圖4．
皮帶輸送機(jī)顆粒機(jī)皮帶輸送機(jī)顆粒機(jī)
5、結(jié)束語(yǔ)
本文利用MSP430單片機(jī)功能強(qiáng)大、功耗低的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種包括采集、分析和處理電機(jī)的多種運(yùn)行參數(shù)的智能儀表，實(shí)現(xiàn)了對(duì)牽引皮帶輸送機(jī)的有效保護(hù)。該智能儀表已成功應(yīng)用于九江石化燃運(yùn)輸煤皮帶控制系統(tǒng)的改造項(xiàng)目中，運(yùn)行性能良好。如果對(duì)儀表稍加擴(kuò)充就可以應(yīng)用于別的控制系統(tǒng)中，具有較高的推廣價(jià)值。
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