煤礦電網(wǎng)在線監(jiān)測數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)設(shè)計

馮立國

【摘要】 為了解決煤礦電網(wǎng)監(jiān)測過程中數(shù)據(jù)存儲量大，方便監(jiān)測系統(tǒng)與上位機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸，以DSP 2812和SD卡為核心設(shè)計數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)。采用CH376文件管理芯片進(jìn)行SD卡與DSP的SPI模塊直接的數(shù)據(jù)通訊，設(shè)計通訊系統(tǒng)硬件電路和軟件程序。系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)煤礦電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的長期保存，并可以將數(shù)據(jù)傳送給上位機(jī)，為煤礦電網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測提供原始數(shù)據(jù)。

【關(guān)鍵詞】 煤礦 DSP SD卡 數(shù)據(jù)存儲

煤礦電網(wǎng)是井下輸變電設(shè)備和供電線路的總稱，對其運(yùn)行情況在線監(jiān)測可以及時發(fā)現(xiàn)事故隱患，避免安全生產(chǎn)事故發(fā)生，保證井下安全生產(chǎn)工作的順利開展。在監(jiān)測過程中積累的大量煤礦電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，對該數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲可以為井下電網(wǎng)狀態(tài)評估提供原始數(shù)據(jù)，提高狀態(tài)評估的準(zhǔn)確性。現(xiàn)階段大部分煤礦電網(wǎng)在線監(jiān)測數(shù)據(jù)存儲時采用非易失性的Flash為媒介，存儲器根據(jù)先進(jìn)先出的原則保存最近時間段的運(yùn)行數(shù)據(jù)，當(dāng)新的數(shù)據(jù)存入時上一時刻的運(yùn)行數(shù)據(jù)將被擦除，只能反映最近時間段的煤礦電網(wǎng)狀態(tài)。因此，為了更全面的掌握煤礦電網(wǎng)的運(yùn)行信息，保證井下電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性，急需改用具有較大存儲空間的存儲介質(zhì)記錄井下電網(wǎng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)。

一、監(jiān)測數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)設(shè)計

根據(jù)煤礦電網(wǎng)的運(yùn)行特征，對電網(wǎng)的電壓、電流、功率因數(shù)等變量進(jìn)行實時監(jiān)測與存儲，監(jiān)測數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)包括傳感器、信號處理單元、DSP 2812、顯示單元、電源模塊、SD存儲卡和上位機(jī)。該系統(tǒng)即可以實現(xiàn)對煤礦電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測，并顯示運(yùn)行狀態(tài)信息，同時也可以對運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行存儲。系統(tǒng)自帶蓄電池模塊可以輸出DC3.3V和DC5V，為DSP處理器和各個模塊供電，方便系統(tǒng)的應(yīng)用。圖1為系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡圖，其中傳感器負(fù)責(zé)采集煤礦電網(wǎng)的運(yùn)行信息；信號處理單元用于將傳感器的輸出信號轉(zhuǎn)換成DSP可以識別的信號，同時具有信號的隔離功能；顯示單元用于將煤礦電網(wǎng)的運(yùn)行參數(shù)顯示出來；SD存儲卡用于存儲煤礦電網(wǎng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，然后通過接口電路傳送給上位機(jī)。

二、存儲系統(tǒng)設(shè)計

2.1 存儲器選擇

根據(jù)數(shù)據(jù)存儲方式的不同，存儲器分為半導(dǎo)體存儲器、光盤存儲器和磁存儲器。半導(dǎo)體存儲器具有電路簡單、存儲速率快、數(shù)據(jù)掉電不丟失等特點，在嵌入式系統(tǒng)中具有廣泛應(yīng)用。閃速存儲器Flash是半導(dǎo)體存儲器中技術(shù)最先進(jìn)的，它可以實現(xiàn)在不帶電的情況下長期保存數(shù)據(jù)。由于煤礦電網(wǎng)在線監(jiān)測存儲系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)經(jīng)常存儲和傳輸數(shù)據(jù)，所以閃速存儲器Flash是其的合理選擇。

傳統(tǒng)的監(jiān)測存儲系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲Flash一般焊接在電路板上，這一類Flash芯片的容量一般不超過8M。大容量的Flash價格較高，焊接在電路板上后便不能取下，增加了監(jiān)測存儲系統(tǒng)的成本。針對煤礦電網(wǎng)監(jiān)測數(shù)據(jù)量大、安全特性要求高等特點，采用可插拔式的存儲卡是較好的選擇。可插拔的存儲卡有CF卡和SD卡，CF卡體積較大，且不能與上位機(jī)進(jìn)行直接通訊，不適合煤礦電網(wǎng)在線監(jiān)測存儲系統(tǒng)的預(yù)期要求。SD卡具有體較小、容量大及傳輸速度快等特點，屬于煤礦電網(wǎng)在線監(jiān)測存儲系統(tǒng)的理想選擇。

2.2硬件電路設(shè)計

根據(jù)SD卡內(nèi)文件系統(tǒng)的分配方式和SD卡的工作模式特點，設(shè)計DSP與SD卡之間的接口電路，如圖2所示。該電路實現(xiàn)了SD卡與DSP的SPI模式通信，并且將SD卡內(nèi)的物理扇區(qū)組織為FAT16文件系統(tǒng)。DSP處理器只需要發(fā)送文件管理和文件讀寫指令，即可通過CH376操作SD卡存取數(shù)據(jù)。CH376是專業(yè)文件管理控制芯片，用于單片機(jī)系統(tǒng)讀寫SD卡或U盤中的文件。CH376內(nèi)置了SD卡的通訊接口固件和FAT16文件系統(tǒng)的管理固件，支持常用的USB存儲設(shè)備和SD卡的數(shù)據(jù)讀取和寫入。

三、軟件程序設(shè)計

為了保證系統(tǒng)正常工作，在設(shè)備啟動時需要首先確認(rèn)SD卡與CH376已經(jīng)連接正常，并且進(jìn)行配備設(shè)備的工作模式。

讀寫SD卡的操作由CH376控制，一次完整的字節(jié)寫操作通常由一個CMD-BYTE-WRITE命令啟動操作，并由若干次中斷通知、數(shù)據(jù)寫入和CAD-BYTE-WR-GO命令組成，SD卡寫程序流程如圖3所示。SD卡讀取數(shù)據(jù)的操作與寫入數(shù)據(jù)的操作流程相似。

四、結(jié)束語

通過分析現(xiàn)階段數(shù)據(jù)存儲技術(shù)，將大容量SD運(yùn)用到煤礦電網(wǎng)在線監(jiān)測數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)中，保證了監(jiān)測數(shù)據(jù)的長期記錄和可靠存儲。

基于DSP2812和SD卡設(shè)計數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)硬件電路和SD卡寫數(shù)據(jù)的軟件程序，不但解決時傳統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)存數(shù)空間小的問題，還可以為煤礦電網(wǎng)的狀態(tài)評估提供最原始的數(shù)據(jù)，對于及時排除井下電力系統(tǒng)事故隱患，保證井下安全生產(chǎn)和人民生命財產(chǎn)安全具有重要的意義。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 國家能源局.關(guān)于規(guī)范煤制油、煤制天然氣產(chǎn)業(yè)科學(xué)有序發(fā)展的通知.〔2014〕339號.

[2] 丁文俊.高壓斷路器狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的研究與開發(fā)[D].浙江大學(xué)，2006.

[3] 徐愛鈞.基于SD卡的電能耗用記錄儀設(shè)計與實現(xiàn)[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2010，（10）；73-75.