電池無軌膠輪車狀態的實時數據監測系統研究

喬偉偉

（山西霍州煤電呂梁山公司木瓜煤礦，山西 呂梁033000）

引言

眾所周知，煤礦運輸系統是煤礦開采過程中重要的組成系統之一，其輔助運輸系統更是整個系統的重中之重。在現有的科學體系中輔助運輸主要包括有軌和無軌兩種情況[1-2]。無軌運輸由于其速度快和靈活度高、可節省鋪軌等特點被廣泛應用。特別是電池無軌膠輪車由于其無污染、低故障等良好的性能特點，成為輔助運輸理想的選擇[3-7]。但是在實際工程中，需要對電池無軌膠輪車的過程參數進行監測，以保障其各部件和系統的穩定運行，因此，設計一種電池無軌膠輪車狀態的實時數據監測系統。

1 數據監控系統的結構

煤礦無軌膠輪車數據監測系統結構如圖1所示。TMS320F2812 DSP芯片處理器是本系統的核心部件，也是本系統的控制主機，使用一個溫度傳感器來監測巷道溫度，使用一個氣體濃度傳感器來監測瓦斯濃度，使用一系列傳感器檢測無軌膠輪車運行狀態數據，具體地包括：使用聲光報警來實現煤礦無軌膠輪車聲光報警。最后使用MS12864液晶模塊來顯示狀態參數（使用標準的PS2鍵盤鍵）。

2 數據監控系統的硬件設計

圖1 煤礦無軌膠輪車數據監測系統組態圖

綜合煤礦無軌膠輪車安全要素和相關規定，實際工作中，本文實時數據檢測系統需要監測的數據范圍如表1所示。

表1 煤礦無軌膠輪車監控監測項目表

煤礦無軌膠輪車實時數據監測系統其主要的工作原理是，利用傳感器收集和采集車輛當前的運行狀態信息以及工作環境的溫度等，收集到的信息會被歸一化為一個數值，并將此數值與設定好的安全值進行實時的比對，而車輛則根據比對結果來做出相應的決策。因此，煤礦無軌膠輪車實時數據監測系統應包含數據采集，數據處理和相關函數響應三大功能。

其中，數據采集功能主要是利用傳感器檢測技術來實現的。在實際運行過程中，道路內氣體體積濃度是一項重要環節指標，利用裝載在其車體內部的氣體傳感器來檢測，而其他部分，例如電池部分，則采用溫度傳感器檢測電池溫度，采用霍爾傳感器檢測橡膠輪胎車輛車輪速度、電機部分的溫度，傳感器檢測電機溫度，在電機處采集電機輸出的電流和電壓信號，在電池處采集電池輸出的電流、電壓和SOC信號。

TMS320F2812 DSP芯片處理器作為控制主機接受到車體傳感器的相關輸入信號后，便開始進行歸一化計算，輸出計算結果顯示在LCD上（MS12864液晶模塊），為相關操作人員提供參考。同時由控制主機將煤礦無軌膠輪車實時數據數字量與預先設定好的值進行比對，如果在安全范圍內，則控制主機維持橡煤礦無軌膠輪車的正常運行。如果數據超出安全設置范圍，MS320F2812 DSP芯片處理器將驅動聲光報警裝置。

1）傳感器模塊。硬件層面，傳感器和調理電路是該模塊的主要組成部分。使用一個溫度傳感器來監測巷道溫度，使用一個氣體濃度傳感器來監測瓦斯濃度，使用一系列傳感器檢測無軌膠輪車運行狀態數據，傳感器輸出的模擬信號通過AD轉換為數字信號。

2）電源模塊。系統需要穩壓的直流電壓為5 V、

3.3 V、1.25 V，傳感器還需要外接電源。

3）內存模塊。包括存儲器和閃存，是程序和數據的存儲，系統軟件和傳感器驅動程序存儲在存儲器中。嵌入式微處理器與存儲器交換數據，并在閃存中執行程序。

4）通信模塊。在修改安全數據或者初始程序值時才會用到該模塊，一般地運行情況下，該模塊不被使用和啟動，總之，該模塊可以通過通訊或者USB來實現與主機的聯通。

5）密鑰模塊。驅動程序與系統的人機交互模塊是該模塊的重要組成。駕駛員通過按鍵可以觀察到不同的監控值，當系統出現異常時，駕駛員可以通過按鍵重啟保護系統。

6）報警模塊與液晶顯示模塊。實時監測包括速度、電流、電壓、煤礦無軌膠輪車的剩余功率和環境的氣體濃度和溫度。由控制主機將煤礦無軌膠輪車實時數據數字量與預先設定好的值進行比對，如果在安全范圍內，則控制主機維持橡煤礦無軌膠輪車的正常運行。如果數據超出安全設置范圍，MS320F2812 DSP芯片處理器將驅動聲光報警裝置。

3 數據監控系統軟件設計方案

3.1 總體方案設計思路

1）初始化系統，配電系統時鐘和看門狗電路處理。

2）CPU初始化定時器0模塊、伊娃模塊和SCI模塊。

3）初始化MS12864液晶模塊。

4）掃描和判定的關鍵地址和在液晶屏幕上顯示相應的內容。

3.2 設計過程

1）定義所有變量：鍵盤掃描值和按鑰匙的數量。

2）定義中斷函數：讀取鍵值并與標準PS2鍵盤值進行比較，如果值相同，則顯示相應的內容。

3）初始化系統：用于項目外設時鐘啟用；初始化每個模塊，如MS12864液晶模塊初始化。

4）讀取鍵值與鍵盤地址的比較：主要包括從數據寄存器中讀取的鍵地址與標準PS2鍵盤按鍵區鍵地址值的比較，觀察兩個鍵地址值是否相同。

5）顯示相應關鍵字的內容。

4 結語

電池使用DSP芯片TMS320F2812作為核心控制單元，并利用軟件編程來執行實現關鍵判斷和屏幕顯示的人機交互，實現實時數據監測煤礦井下無軌膠輪車和完整DSP-based煤礦無軌膠輪車實時數據監控系統的設計。該系統不僅可有效地提升了輔助運輸的效率，也是工業4.0背景下煤礦智能化發展的重要一環。