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技術文章

一種基于MSP430單片機的數(shù)據(jù)采集智能儀表的設計

閱讀:930發(fā)布時間:2014-5-12

一種基于MSP430單片機的數(shù)據(jù)采集智能儀表的設計

1、引 

    隨著計算機控制技術的快速發(fā)展,應用于工業(yè)控制系統(tǒng)的智能化測控儀表成為主要的發(fā)展趨勢。由于單片機具有成本低、可靠性高、應用靈活等特點,因而基于單片機的智能儀表也成為相關行業(yè)研究的重點。皮帶輸送機http://www.ftxny.com/shusong/131.html帶式輸送機

刮板輸送機http://www.ftxny.com/shusong/69.html膠帶輸送機

斗式提升機http://www.ftxny.com/shusong/134.html螺旋輸送機

螺旋輸送機http://www.ftxny.com/shusong/543.html皮帶輸送機

    目前皮帶輸送機保護技術不太成熟,通常靠不斷檢修來減少斷帶、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。如何提前預警皮帶機組的故障,盡量把故障控制在萌芽狀態(tài)、對皮帶進行實時保護尤其重要。基于九江石化目前皮帶輸送機的狀況,我們設計了一種包括采集、分析和處理電機的多種運行參數(shù)的智能儀表,成功實現(xiàn)了對皮帶牽引電機的有效保護與控制。

2、智能儀表硬件構成

    智能儀表由主控制板、鍵盤顯示板和接口板三部分構成。主控制板的核心是采用TI公司的MSP430單片機,完成信號的采集、處理與記錄等功能;鍵盤顯示板完成人機交互功能;接口板采集輸入信號,控制信號輸出和數(shù)據(jù)通信等功能。儀表硬件結構如圖1所示:

 皮帶輸送機顆粒機

3、智能儀表的特點

3.1  采用性能優(yōu)良的微控制器MSP430F149

    MSP430系列單片機是美國德州儀器(TI)1996年開始推向市場的一種16位超低功耗的混合信號處理器( 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;16RISC結構,120ns指令周期;有豐富的外圍資源,具有12200KspsA/D轉換器,3個捕獲/比較寄存器的16位定時器TimerA,Timer_B,兩通道串行通信接口可用于異步或同步( UARTISPI)模式,68位并行端口,且28位端口有中斷能力;有多達60KB FLASH ROM2KB RAM,具有串行在線編程和保密熔絲的程序代碼保護功能,修改程序十分方便。

3.2具有強大的數(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、振動傳感器和速度傳感器等組成。在皮帶電機的運行過程中,實時測量并采集電機的三相電流、三相線電壓、前軸溫度、后軸溫度、轉速和不同位置的振動強度,把非電量的運行參數(shù)轉換為標準的電壓、電流信號,通過MSP430F149自帶的A/D采樣通道,轉換為對應的電機參數(shù)并且在屏幕上進行動態(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。負責執(zhí)行CPU所發(fā)出的控制指令,并驅動對應的執(zhí)行機構進行動作。也通過輸入繼電器,接受其它設備發(fā)出的控制信號。根據(jù)電機故障類型(過載、過流、欠流、堵轉、三相不平衡、斷相、過壓、欠壓、短路),發(fā)出聲光報警信號并實現(xiàn)電機的連鎖保護控制,提醒操作人員處理;為儀表設計了6DI7DO,如此豐富的開關量輸入輸出接口不僅能滿足在皮帶機組保護系統(tǒng)中的應用,在其它場合的應用中也可以滿足其要求,擴展功能十分強大。所有的輸入信號都要通過光耦隔離,起到保護單片機和抗干擾的作用,所有的輸出信號都由三極管驅動繼電器的線圈,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。進行顯示各種運行參數(shù)和狀態(tài)量,采用小鍵盤可以對儀器運行參數(shù)進行設置和修改。儀表顯示部分采用靜態(tài)顯示,為了節(jié)約單片機資源,采用了帶選通功能的串轉并芯片4094作為顯示驅動器件,這樣10位數(shù)碼管顯示只占用了3根單片機I/O線資源。通過小鍵盤的設定可以輪流或固定顯示采集到的電壓、電流、速度等,具有設置電壓上下限、電流上下限、速度上下限、低速度報警持續(xù)時間、低電流持續(xù)時間報警輸出、高電流持續(xù)時間報警輸出、報警記錄查詢等45項功能。顯示部分的原理如圖2所示。

 皮帶輸送機顆粒機

3.4與上位機通訊方便、數(shù)據(jù)傳輸可靠

    人機交互功能通訊子系統(tǒng)主要由SCI接口構成,軟件采用移植ADAM5000的通訊協(xié)議,通過RS485總線實現(xiàn)了上位機與智能儀表的AD、DI、DO的參數(shù)傳輸和遙控功能。MSP430F149有兩個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UART串行通信口實現(xiàn)與上位機的通信,通信采用標準RS - 485接口。RS - 485總線具有技術成熟、傳輸速率高、傳輸距離遠、可靠性高、成本低的特點,但是RS - 485不能直接與計算機接口,需要采用一個接口芯片將TTL電平轉換為RS485接口電平,在實際應用中采用的是MAX485

芯片來實現(xiàn)接口。具體接口電路如圖3所示。

4、智能儀表軟件設計

    軟件分為初始化模塊,定時器中斷模塊,信號采樣模塊,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

 皮帶輸送機顆粒機皮帶輸送機顆粒機

5、結束語

     本文利用MSP430單片機功能強大、功耗低的優(yōu)點,設計了一種包括采集、分析和處理電機的多種運行參數(shù)的智能儀表,實現(xiàn)了對牽引皮帶輸送機的有效保護。該智能儀表已成功應用于九江石化燃運輸煤皮帶控制系統(tǒng)的改造項目中,運行性能良好。如果對儀表稍加擴充就可以應用于別的控制系統(tǒng)中,具有較高的推廣價值。

     三門峽富通新能源銷售皮帶輸送機、刮板式輸送機、顆粒機、木屑顆粒機等機械設備。


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