專利名稱：一種礦用電機安全監(jiān)控終端裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種礦用電機安全監(jiān)控終端裝置，屬于監(jiān)控領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
礦井的工作環(huán)境非常惡劣，電氣設(shè)備的損壞比例較高，而且，礦井環(huán)境中的監(jiān)控室和工作現(xiàn)場之間也都存在一定的距離，而現(xiàn)有的礦用電機保護監(jiān)控系統(tǒng)均采用有線傳輸采集的數(shù)據(jù)，這種設(shè)置方式導(dǎo)致了數(shù)據(jù)通信的實時性和抗干擾能力低下，并且現(xiàn)有礦井中使用的電機保護系統(tǒng)大多數(shù)是安裝在隔爆真空磁力啟動器內(nèi)的JDB系列保護器，該系列綜合保護器多為獨立元件，模擬電路精度差，故障率高。并且只能將數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)控室的PC機中，不能第一時間傳送給相關(guān)的領(lǐng)導(dǎo)或技術(shù)人員以作出判斷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是為了解決現(xiàn)有采用有線傳輸?shù)牡V井用電機保護系統(tǒng)無法第一時間將采集的數(shù)據(jù)傳送給相關(guān)的領(lǐng)導(dǎo)或技術(shù)人員以作出判斷的問題。提供了一種礦用電機安全監(jiān)控終端裝置。本發(fā)明所述一種礦用電機安全監(jiān)控終端裝置，它包括單片機處理模塊、現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集模塊、故障執(zhí)行模塊、通訊處理模塊、人機交互模塊和1 接口外圍模塊；通訊處理模塊包括無線通信模塊和485通信模塊，人機交互模塊包括鍵盤接口電路和液晶顯示電路，1 接口外圍模塊包括系統(tǒng)日歷電路和外擴存儲電路；現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集模塊采集電機的三相交流電壓信號、三相交流電流信號和頻率信號，現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集模塊的信號輸出端與單片機處理模塊的采集信號輸入端相連，單片機處理模塊的數(shù)據(jù)輸入輸出端與485通信模塊的數(shù)據(jù)輸入輸出端相連，485通信模塊采用 RS-485總線將該終端裝置采集到的電機的數(shù)據(jù)發(fā)送給監(jiān)控中心的PC機，485通信模塊接收 PC機的命令和數(shù)據(jù)；單片機處理模塊的短信輸出端與無線通信模塊的短信輸入端相連，無線通信模塊通過GSM網(wǎng)絡(luò)將短信發(fā)送給監(jiān)控中心的手機用戶；單片機處理模塊的參數(shù)設(shè)置輸入端與鍵盤接口電路的輸出端相連；單片機處理模塊的數(shù)據(jù)顯示輸出端與液晶顯示電路的輸入端相連；單片機處理模塊的時間設(shè)置輸出端與系統(tǒng)日歷電路的輸入端相連；單片機處理模塊的存儲輸出端與外擴存儲電路的輸入端相連；單片機處理模塊的故障處理信號輸出端與故障執(zhí)行模塊的輸入端相連，故障執(zhí)行模塊的輸出端與控制電機運行的接觸器的控制端相連。本發(fā)明的優(yōu)點本發(fā)明所述的低功耗智能型礦用電機安全監(jiān)控裝置，它采用數(shù)字化、模塊化和無線傳輸技術(shù)，不僅能準確、可靠的反應(yīng)電動機故障和異常運行狀態(tài)，根據(jù)實際情況對不同程度的故障采取快速跳間或報警等措施，并且可將現(xiàn)場情況上傳監(jiān)控中心還能通過短信方式及時報告給監(jiān)控人員，防止事故進一步擴大，從而避免惡性事故和不必要的停機造成的經(jīng)濟損失，保證生產(chǎn)安全運行。不但功能齊全、監(jiān)控準確、抗干擾能力強、還利用網(wǎng)絡(luò)，便于擴展，移植性好。本發(fā)明可以應(yīng)用到環(huán)境復(fù)雜的礦用電機監(jiān)控或其他工業(yè)領(lǐng)域的電機監(jiān)控。


圖1為本發(fā)明所述礦用電機安全監(jiān)控終端裝置的框圖結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是單片機處理模塊的具體電路圖；圖3是現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集模塊的具體電路圖；圖4是故障執(zhí)行模塊的具體電路圖；圖5是通訊處理模塊的具體電路圖；圖6是人機交互模塊的具體電路圖；圖7是1 接口外圍模塊的具體電路圖；圖8是所述礦用電機安全監(jiān)控終端裝置的工作流程圖。
具體實施例方式具體實施方式
一下面結(jié)合圖1至圖8說明本實施方式，實施方式一種礦用電機安全監(jiān)控終端裝置，它包括單片機處理模塊1、現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集模塊2、故障執(zhí)行模塊3、通訊處理模塊4、人機交互模塊5和1 接口外圍模塊6 ；通訊處理模塊4包括無線通信模塊4-1和485通信模塊4_2，人機交互模塊5包括鍵盤接口電路5-1和液晶顯示電路5-2，1 接口外圍模塊6包括系統(tǒng)日歷電路6-1和外擴存儲電路6-2 ；現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集模塊2采集電機的三相交流電壓信號、三相交流電流信號和頻率信號，現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集模塊2的信號輸出端與單片機處理模塊1的采集信號輸入端相連，單片機處理模塊1的數(shù)據(jù)輸入輸出端與485通信模塊4-2的數(shù)據(jù)輸入輸出端相連，485通信模塊 4-2采用RS-485總線將該終端裝置采集到的電機的數(shù)據(jù)發(fā)送給監(jiān)控中心的PC機，485通信模塊4-2接收PC機的命令和數(shù)據(jù)；單片機處理模塊1的短信輸出端與無線通信模塊4-1的短信輸入端相連，無線通信模塊4-1通過GSM網(wǎng)絡(luò)將短信發(fā)送給監(jiān)控中心的手機用戶；單片機處理模塊1的參數(shù)設(shè)置輸入端與鍵盤接口電路5-1的輸出端相連；單片機處理模塊1的數(shù)據(jù)顯示輸出端與液晶顯示電路5-2的輸入端相連；單片機處理模塊1的時間設(shè)置輸出端與系統(tǒng)日歷電路6-1的輸入端相連；單片機處理模塊1的存儲輸出端與外擴存儲電路6-2的輸入端相連；單片機處理模塊1的故障處理信號輸出端與故障執(zhí)行模塊3的輸入端相連，故障執(zhí)行模塊3的輸出端與控制電機運行的接觸器的控制端相連。所述單片機處理模塊1包括保證系統(tǒng)正常工作的復(fù)位電路、時鐘電路及為低功耗單片機提供在線編程的JTAG電路。單片機處理模塊1中的單片機選用型號為MSP430F449 的單片機。無線通信模塊4-1采用GSM模塊_TC35i模塊電路。485通信模塊4-2為RS-485半雙工串行通信接口芯片。
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所述的現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集模塊2包括對電機A、B、C三相交流電壓以及電流有效值、實時頻率的測量、間接計算出有功功率、無功功率以及功率因數(shù)等參數(shù)。所述故障執(zhí)行模塊3 可根據(jù)對實際采集數(shù)據(jù)的情況對不同程度的故障采取快速跳間及聲光報警措施。通訊處理模塊4包括兩部分1) RS-485半雙工串行通信接口，用于多臺電機保護裝置和主控PC機形成RS-485 總線的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。完成與監(jiān)控PC機包括向上位機傳遞電動機實時和歷史運行參數(shù)以及故障記錄信息；接受上位機發(fā)送的各種控制命令和數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)保護裝置保護參數(shù)的遠程設(shè)置以及電動機運行參數(shù)在線監(jiān)測。2)無線通信模塊4-1采用GSM模塊_TC35i模塊電路完成無線數(shù)據(jù)傳送方式。利用GSM系統(tǒng)中短信息業(yè)務(wù)，當電機故障發(fā)生時，可通過手機短信第一時間通知給技術(shù)人員或相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)，以做到事故的及時處理減少損失。所述的人機交互模塊5包括用于現(xiàn)場參數(shù)設(shè)定的鍵盤接口電路5-1和現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)、保護類別顯示的液晶顯示接口電路5-2。所述1 接口外圍模塊6包括本裝置所需時間和日期信息的系統(tǒng)時間日歷接口電路6-1和存儲數(shù)據(jù)的外擴存儲電路6-2，均采用1 接口方式。本實施方式裝置的具體工作過程現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集模塊2將電機工作時的A、B、C三相交流電壓以及電流采集后，通過單片機處理模塊1中的A/D端口進入，經(jīng)過計算算出電壓、電流的有效值以及實時頻率的計算。再利用公式間接計算出電機工作時的有功功率、無功功率以及功率因數(shù)等參數(shù)以備用于判斷電機工作是否正常的理論依據(jù)。當電機正常工作時，將數(shù)據(jù)通過通訊處理模塊4中的RS-485半雙工串行通信接口上傳監(jiān)控中心的PC機，同時通過人機交互模塊5中的液晶顯示接口電路5-2進行數(shù)據(jù)顯示。當電機出現(xiàn)故障時，單片機處理模塊1可根據(jù)對實際采集數(shù)據(jù)的情況對不同程度的故障通過故障執(zhí)行模塊3采取快速跳間切斷電源及聲光報警措施。將故障信息通過通訊處理模塊4中的RS-485半雙工串行通信接口上傳監(jiān)控中心PC機的同時通過通訊處理模塊4中的GSM模塊-TC35i模塊電路，利用GSM系統(tǒng)中短信息業(yè)務(wù)，通過手機短信第一時間通知給技術(shù)人員或相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)，以做到事故的及時處理減少損失。在現(xiàn)場還可通過人機交互模塊5液晶顯示接口電路5-2顯示現(xiàn)場采取的保護類別。人機交互模塊5中的鍵盤接口電路5-1用于現(xiàn)場參數(shù)設(shè)定。1 接口外圍模塊6中的系統(tǒng)時間日歷接口電路6-1完成本裝置所需時間和日期的信息，外擴存儲電路6-2用于存儲現(xiàn)場數(shù)據(jù)并具有防掉電保護措施，以防數(shù)據(jù)在掉電時發(fā)生丟失。結(jié)合圖2至圖7說明此發(fā)明的硬件執(zhí)行過程。硬件電路共由六部分組成，分別和圖1各部分相互對應(yīng)。包括Partl為單片機處理模塊1的具體電路，具體參見圖2 ；Part2 為現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集模塊2的具體電路，具體參見圖3 ；Part3為故障執(zhí)行模塊3的具體電路，具體參見圖4 ；Part4為通訊處理模塊4的具體電路，具體參見圖5 ；Part5為人機交互模塊5 的具體電路，具體參見圖6 ；Parte為1 接口外圍模塊6的具體電路，具體參見圖7。Partl 單片機處理模塊1的具體電路，采用低功耗單片機MSP430F449作為系統(tǒng)的控制核心，單片機采用兩個時鐘輸入，既一個32KHz的時鐘信號Y1，一個8MHz的時鐘信號 Y2。C13、C14、C17、C18為電源濾波電容，該四個電源濾波電容分別與單片機的電源管腳1、 100、10相接，用于減小給單片機供電的電源的輸入紋波干擾。U13為JTAG接口芯片，分別與單片機的90 93管腳相接進而實現(xiàn)提供單片機在線調(diào)試程序接口，其中Jl和J2作為
7電源接口不能同時連接，當JTAG使用外部電源時，將Jl的兩個管腳短路連接，當外部電源不足時，這時可以用JTAG提供的電源，這時將J2的兩個管腳短路連接。Part2 現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集模塊2的具體電路，包括三相電壓、電流采集和頻率的實時采集。三相電壓采集電路Va-in、Vb-in、VC-in分別為電機三相電壓的輸入端，以A相電壓Va-in為例說明具體電路結(jié)構(gòu)T1為電壓互感器，輸出信號為0 100V的交流電壓，該電壓互感器輸出的電壓信號經(jīng)過電阻Rl、R2的分壓后作為放大器UlA的輸入信號，該放大器UlA采用射級跟隨方式提高電路的輸入阻抗，該放大器UlA將輸入的信號整形之后輸出給由放大器UlB組成的反相器，該反相器的放大倍數(shù)通過可調(diào)電位器R20進行調(diào)節(jié)，放大器 U4組成的加法器將由放大器U4組成的反相器輸出的信號和1. 5V基準電壓REF進行反相求和，獲得0 3V的輸出信號，該輸出信號發(fā)送給Partl中單片機MSP430F449的內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換器的一個模擬信號輸入端口 P6. 0進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。同樣，B相C相電壓經(jīng)過轉(zhuǎn)換后分別進入單片機MSP430F449的內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換器的模擬信號輸入端口 P6. 1和P6. 2。三相電流采集電路Ia-in、Ib-in, Ic-in分別為電機三相電流的輸入端，以A相電流Ia-in為例說明具體電路結(jié)構(gòu)T4為電流互感器，輸出信號為0 5Α的交流電流，R23 為采樣電阻，將所述交流電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，C7為濾波電容，放大器U2C組成電壓跟隨器，所述電壓信號經(jīng)該電壓跟隨器轉(zhuǎn)換提高輸入阻抗后輸出給由放大器U2D組成的反相放大器，該反相放大器輸出的信號后輸出給由放大器U8組成的加法器的同相端，并與電壓基準信號REF進行反相求和，獲得0 3V的輸出信號，該輸出信號輸入至Partl中單片機 MSP430F449的內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換器的模擬信號輸入端口 Ρ6. 3進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。同樣，B相C相電流經(jīng)過轉(zhuǎn)換后分別進入單片機MSP430F449的內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換器的模擬信號輸入端口 Ρ6. 4和 Ρ6. 5。頻率的實時采集采用測頻電路實現(xiàn)，該測頻電路的作用在交流采樣時，為保證數(shù)據(jù)準確，可通過實時跟蹤頻率的變化調(diào)整采樣周期。本發(fā)明的測頻電路由濾波電路、過零比較電路、光電隔離器件等部分組成。該測頻電路的輸入信號是來自電動機出口電壓互感器的正弦波信號fe-out，該正弦波信號fe-out經(jīng)過由R36、ClO和R38、Cll組成的兩級低通濾波電路濾波，濾除其中的高頻干擾信號后輸出給由放大器UllA組成的過零比較器，該過零比較器完成同步電壓的過零點檢測，將輸入的正弦波信號整形為同頻率的方波信號，形成同步方波信號，該方波信號輸出給光電隔離器件U12，經(jīng)該光電隔離器件U12隔離后輸出的方波信號輸出給與單片機的CAO 口 Pl. 6用于測量信號頻率。Part3 故障執(zhí)行模塊3的具體電路。當電機出現(xiàn)故障時采用報警電路實現(xiàn)報警， 同時采用電機控制電路斷開電機工作電源，停止電機工作。其中，報警電路采用蜂鳴器U7 實現(xiàn)聲音報警，該蜂鳴器U7由PNP型三極管Ql進行驅(qū)動。電機控制電路采用光電隔離電路D14和繼電器JDQl實現(xiàn)，光電隔離電路D14的輸入端接收輸入的報警信號，該光電隔離電路D14的隔離輸出端的6輸出信號驅(qū)動NPN型三極管Q2，該三極管Q2驅(qū)動繼電器JDQl 的線圈工作，該繼電器JDQl的一個開關(guān)兩個觸點6腳和7腳通過接口 J9串聯(lián)在電機的供電電源回路中，用于控制電機的工作電源的通斷。Part4 通訊處理模塊4的具體電路。負責將數(shù)據(jù)實時上傳的RS-485半雙工串行通信接口芯片U17的1腳、4腳分別與單片機MSP430F449的62腳和63腳相接，U17的2、3
8腳作為控制端同時與MSP430F449的51腳P4. 2相接。利用GSM系統(tǒng)中短信息業(yè)務(wù)，當電機出現(xiàn)故障時通過手機短信第一時間通知給技術(shù)人員或相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)的TC35i模塊電路外部通過40管腳的ZIF連接器Jl對TC35i模塊進行控制。Jl的1 5腳為電池供電電源BATT+，接VCC-5V，本發(fā)明中VCC-5V為5V電源，發(fā)送短信所需2A電流，所以芯片U15為TC35i模塊提供2A電流的電源VCC-5V。Jl的6 10腳為數(shù)字電路工作電源的電源地。TC35i模塊的SIM卡座采用的是8腳Molex座J2。Jl的洲腳、四腳分別與J2的1、4腳相接，為SIM卡J2提供工作電源Jl的M腳與J2的8腳相接用于檢測SIM卡是否已經(jīng)安裝Jl的25腳與J2的2腳相接用于系統(tǒng)復(fù)位Jl的沈腳、27 腳分別與J2的6腳、3腳相接用于SIM卡與TC35i模塊間數(shù)據(jù)的傳送。單片機MSP430F449 的73腳輸出的信號經(jīng)過三極管Q3驅(qū)動后輸出給Jl的15腳；單片機MSP430F449的74腳、 75腳分別與Jl的18腳、19腳相接用于單片機與TC35i模塊間數(shù)據(jù)的傳送。Jl的32腳指示TC35i的工作狀態(tài)。當D31熄滅時，表明TC35i處于關(guān)閉或睡眠狀態(tài)；當D31為600ms亮、 熄交替時，表明SIM卡沒有插入或TC35i正在進行網(wǎng)絡(luò)登錄；當D31為75ms亮_3s熄循環(huán)交替時，表明TC35i登錄，處于待機狀態(tài)。Part5 人機交互模塊5的具體電路，該電路由鍵盤和液晶顯示接口組成，其中鍵盤是4X 4矩陣鍵盤，該矩陣鍵盤Sl S16的4根行線分別與單片機MSP430F449的22腳 25腳相接，該矩陣鍵盤的4根列線分別與單片機MSP430F449的沈腳 四腳相接。U16為液晶顯示接口，U16的1腳接電源地，2腳接電源，4腳 6腳分別與單片機MSP430F449的用于顯示控制的50腳、49腳和48腳相接，7腳 14腳作為并行顯示數(shù)據(jù)與單片機MSP430F449 的顯示數(shù)據(jù)輸出端30腳 37腳相接，15腳接電源表示采用并行傳送。Part6 :1 接口外圍模塊6的具體電路。U18為時鐘模塊，采用了低功耗的具有工 1 接口的CMOS實時時鐘/日歷芯片，主要用來給系統(tǒng)提供準確的時間。U18的5腳、6腳分別與單片機MSP430F449的66腳和67腳相接。U19存儲模塊采用的也是具有1 接口的芯片，其5腳、6腳分別與單片機MSP430F449的64腳和65腳相接，完成數(shù)據(jù)的傳送。參見圖8說明本實施方式裝置的軟件執(zhí)行過程。系統(tǒng)開機后，系統(tǒng)進行初始化。初始化包括標志位和變量的賦初值、啟動定時器、開中斷、串行通信設(shè)置、液晶顯示初始化設(shè)置、讀取系統(tǒng)工作參數(shù)、設(shè)置各接口芯片的工作方式，RAM區(qū)所有運行時要使用的軟件計數(shù)器及各種輸入輸出口的置位與復(fù)位等。一般來說系統(tǒng)初始化程序只需要執(zhí)行一次就可以。自檢就是對系統(tǒng)硬件及其運行狀態(tài)進行全面檢查。自檢包括RAM讀寫檢查、定值自檢、EPROM自檢及其輸出通道(出口跳閘回路)自檢。自檢是系統(tǒng)保護可靠性、安全性得到根本保證的關(guān)鍵性技術(shù)措施，通過自檢可以迅速發(fā)現(xiàn)保護裝置的軟、硬件故障，如果自檢正常，則主程序繼續(xù)向下執(zhí)行；否則，裝置告警并閉鎖保護，等待專業(yè)人員檢查。開數(shù)據(jù)采樣中斷，執(zhí)行數(shù)據(jù)的初始化及采集，即對各個標志字、計數(shù)器清零，對采樣數(shù)據(jù)緩存區(qū)進行地址分配。然后判斷是否有鍵按下，若有鍵按下則去執(zhí)行按鍵服務(wù)程序， 根據(jù)鍵值執(zhí)行參數(shù)設(shè)定等相應(yīng)的程序，接下來判斷通信時間是否到達，如通信時間到則執(zhí)行通信程序，完成數(shù)據(jù)上傳功能。程序完成后，返回主程序，如果檢測到繼電保護啟動標志為1，則進入繼電保護處理程序；若檢測到繼電保護啟動標志為0，則返回主程序。若檢測到故障診斷啟動標志為1，則進入故障診斷程序，若檢測到啟動標志為0，則返回主程序。繼電保護處理程序主要是完成數(shù)據(jù)計算、各種保護的算法計算和保護判別，跳閘邏輯判斷，告警與出口跳閘功能及事件報告、故障報告的整理等功能。其中，保護的算法計算是完成保護功能的核心模塊，主要內(nèi)容有故障特征量計算、保護的動作判據(jù)計算，故障類型判斷?？筛鶕?jù)從A/D采樣中斷程序中讀入實時計算數(shù)值，根據(jù)保護判據(jù)，把計算數(shù)值與設(shè)定值進行比較，從而判斷是否有故障。若沒有故障，則返回到主循環(huán)；若有故障，則根據(jù)具體情況，決定報警或是跳間，同時，通過啟動手機報警處理程序，將故障類型通過手機短信第一時間通知給技術(shù)人員或相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)，以做到事故的及時處理減少損失。手機報警處理程序，通過向TC35i寫入不同的AT指令，完成網(wǎng)絡(luò)登錄后、單片機讀取SIM卡上電話號碼、將故障類型上傳到號碼中。當然，裝置也可接收SMS消息，單片機通過 TC35i接收命令時，首先要密鑰，如果符合要求，就會傳出數(shù)據(jù)，如果不符合，則刪除信息。設(shè)置短消息采用PDU編碼中的UCS2編碼，用于發(fā)送Unicode編碼。手機報警處理程序發(fā)送完成保護、跳間等故障處理任務(wù)后，執(zhí)行整組復(fù)歸操作，清零所有標志、和操作命令，保裝置返回到故障前的狀態(tài)，為下一次保護動作做好準備?；氐街餮h(huán)后判斷防掉電標志是否為1，時間每到1分鐘時，防掉電標志為1將數(shù)據(jù)存儲一次，以防止由于臨時系統(tǒng)斷電造成丟失數(shù)據(jù)的情況，執(zhí)行后返回主循環(huán)起始位置循環(huán)執(zhí)行。本發(fā)明的礦用電機安全監(jiān)控終端裝置功耗低，并且能夠通過短信方式第一時間通知相關(guān)人員，移植性好、安裝方便。
具體實施方式
二 本實施方式對實施方式作進一步說明，它還包括故障指示報警模塊7，故障指示報警模塊7的故障信號輸入端與單片機處理模塊1的故障信號輸出端相連。
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權(quán)利要求
1.一種礦用電機安全監(jiān)控終端裝置，其特征在于，它包括單片機處理模塊(1)、現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集模塊O)、故障執(zhí)行模塊(3)、通訊處理模塊G)、人機交互模塊( 和1 接口外圍模塊(6)；通訊處理模塊(4)包括無線通信模塊(4-1)和485通信模塊G-2)，人機交互模塊(5) 包括鍵盤接口電路(5-1)和液晶顯示電路(5- ，1 接口外圍模塊(6)包括系統(tǒng)日歷電路 (6-1)和外擴存儲電路(6-2)；現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集模塊( 采集電機的三相交流電壓信號、三相交流電流信號和頻率信號，現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集模塊( 的信號輸出端與單片機處理模塊(1)的采集信號輸入端相連，單片機處理模塊(1)的數(shù)據(jù)輸入輸出端與485通信模塊G-2)的數(shù)據(jù)輸入輸出端相連，485 通信模塊(4-2)采用RS-485總線將該終端裝置采集到的電機的數(shù)據(jù)發(fā)送給監(jiān)控中心的PC 機，485通信模塊(4- 接收PC機的命令和數(shù)據(jù)；單片機處理模塊(1)的短信輸出端與無線通信模塊的短信輸入端相連，無線通信模塊(4-1)通過GSM網(wǎng)絡(luò)將短信發(fā)送給監(jiān)控中心的手機用戶；單片機處理模塊(1)的參數(shù)設(shè)置輸入端與鍵盤接口電路(5-1)的輸出端相連； 單片機處理模塊(1)的數(shù)據(jù)顯示輸出端與液晶顯示電路(5-2)的輸入端相連； 單片機處理模塊(1)的時間設(shè)置輸出端與系統(tǒng)日歷電路(6-1)的輸入端相連； 單片機處理模塊(1)的存儲輸出端與外擴存儲電路(6-2)的輸入端相連； 單片機處理模塊(1)的故障處理信號輸出端與故障執(zhí)行模塊(3)的輸入端相連，故障執(zhí)行模塊(3)的輸出端與控制電機運行的接觸器的控制端相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種礦用電機安全監(jiān)控終端裝置，其特征在于，它還包括故障指示報警模塊(7)，故障指示報警模塊(7)的故障信號輸入端與單片機處理模塊(1)的故障信號輸出端相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種礦用電機安全監(jiān)控終端裝置，其特征在于，單片機處理模塊(1)中的單片機選用型號為MSP430F449的單片機；485通信模塊(4_2)為RS-485半雙工串行通信接口芯片；無線通信模塊(4-1)為GSM模塊-TC35i模塊電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種礦用電機安全監(jiān)控終端裝置，其特征在于，現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集模塊( 采集電機的三相交流電壓信號的過程為Va-in,Vb-in,Vc-in分別為電機三相電壓的輸入端，A相交流電壓Va-in的采集過程 Tl為電壓互感器，輸出信號為0 100V的交流電壓，該電壓互感器輸出的電壓信號經(jīng)過電阻Rl、R2的分壓后作為放大器UlA的輸入信號，該放大器UlA采用射級跟隨方式提高電路的輸入阻抗，該放大器UlA將輸入的信號整形之后輸出給由放大器UlB組成的反相器，該反相器的放大倍數(shù)通過可調(diào)電位器R20進行調(diào)節(jié)，放大器U4組成的加法器將由放大器U4組成的反相器輸出的信號和1. 5V基準電壓REF進行反相求和，獲得0 3V的輸出信號，該輸出信號發(fā)送給單片機處理模塊(1)中單片機MSP430F449的內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換器的一個模擬信號輸入端口 P6. 0進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，進而獲取A相交流電壓Va-in ；同理，B相電壓經(jīng)過轉(zhuǎn)換后分別進入單片機MSP430F449的內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換器的模擬信號輸入端口 P6. 1，來獲取B相交流電壓Vb-in ；C相電壓經(jīng)過轉(zhuǎn)換后分別進入單片機MSP430F449的內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換器的模擬信號輸入端口 P6. 2，來獲取C相交流電壓Vc-in。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種礦用電機安全監(jiān)控終端裝置，其特征在于，現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集模塊( 采集電機的三相交流電流信號的采集過程為Ia-in、Ib-in, Ic_in分別為電機三相電流的輸入端，A相交流電流Ia-in的獲取過程為T4為電流互感器，輸出信號為0 5Α的交流電流，R23為采樣電阻，將所述交流電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，C7為濾波電容，放大器U2C組成電壓跟隨器，所述電壓信號經(jīng)該電壓跟隨器轉(zhuǎn)換提高輸入阻抗后輸出給由放大器U2D組成的反相放大器，該反相放大器輸出的信號后輸出給由放大器U8組成的加法器的同相端，并與電壓基準信號REF進行反相求和，獲得0 3V的輸出信號，該輸出信號輸入至單片機處理模塊(1)中單片機MSP430F449的內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換器的模擬信號輸入端口 Ρ6. 3進行模數(shù)轉(zhuǎn)換進而獲取A相交流電壓Va-in ；同理， B相電流經(jīng)過轉(zhuǎn)換后分別進入單片機MSP430F449的內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換器的模擬信號輸入端口 P6. 3，來獲取B相交流電流rt-in ；C相電流經(jīng)過轉(zhuǎn)換后分別進入單片機MSP430F449的內(nèi)部 A/D轉(zhuǎn)換器的模擬信號輸入端口 P6. 4，來獲取C相交流電流Ic-in。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種礦用電機安全監(jiān)控終端裝置，其特征在于，現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集模塊(2)采集電機的頻率信號的過程為在交流采樣時利用測頻電路實時跟蹤頻率的變化調(diào)整采樣周期，所述測頻電路由濾波電路、過零比較電路、光電隔離器件等部分組成，該測頻電路的輸入信號是來自電動機出口電壓互感器的正弦波信號Ua-out，該正弦波信號fe-out經(jīng)過由R36、C10和R38、C11組成的兩級低通濾波電路濾波，濾除其中的高頻干擾信號后輸出給由放大器UllA組成的過零比較器，該過零比較器完成同步電壓的過零點檢測，將輸入的正弦波信號整形為同頻率的方波信號，形成同步方波信號，該方波信號輸出給光電隔離器件U12，經(jīng)該光電隔離器件U12 隔離后輸出的方波信號輸出給與單片機處理模塊(1)中的單片機的CAO 口 Pl. 6，來實時測量頻率信號。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種礦用電機安全監(jiān)控終端裝置，其特征在于，故障執(zhí)行模塊(3)實現(xiàn)故障報警的過程為當電機出現(xiàn)故障時采用報警電路實現(xiàn)報警，同時采用電機控制電路斷開電機工作電源，停止電機工作；報警電路采用蜂鳴器U7實現(xiàn)聲音報警，該蜂鳴器U7由PNP型三極管Ql進行驅(qū)動，電機控制電路采用光電隔離電路D14和繼電器JDQl實現(xiàn)，光電隔離電路D14的輸入端接收輸入的報警信號，該光電隔離電路D14的隔離輸出端的6輸出信號驅(qū)動NPN型三極管Q2，該三極管Q2驅(qū)動繼電器JDQl的線圈工作，該繼電器JDQl的一個開關(guān)兩個觸點6腳和7腳通過接口 J9串聯(lián)在電機的供電電源回路中，用于控制電機的工作電源的通斷。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種礦用電機安全監(jiān)控終端裝置，其特征在于，通訊處理模塊的具體工作過程為負責將數(shù)據(jù)實時上傳的RS-485半雙工串行通信接口芯片U17的1腳、4腳分別與單片機處理模塊(1)單片機MSP430F449的62腳和63腳相接，U17的2、3腳作為控制端同時與 MSP430F449 的 51 腳 P4. 2 相接，利用GSM系統(tǒng)中短信息業(yè)務(wù)，當電機出現(xiàn)故障時通過手機短信第一時間通知給技術(shù)人員或相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)的TC35i模塊電路外部通過40管腳的ZIF連接器Jl對TC35i模塊進行控制， Jl的1 5腳為電池供電電源BATT+，接VCC-5V，所述VCC-5V為5V電源，發(fā)送短信所需2A 電流，所以芯片U15為TC35i模塊提供2A電流的電源VCC-5V，Jl的6 10腳為數(shù)字電路工作電源的電源地，TC35i模塊的SIM卡座采用的是8腳Molex座J2，Jl的觀腳、四腳分別與J2的1、4腳相接，為SIM卡J2提供工作電源Jl的M腳與J2的8腳相接用于檢測 SIM卡是否已經(jīng)安裝Jl的25腳與J2的2腳相接用于系統(tǒng)復(fù)位Jl的沈腳、27腳分別與 J2的6腳、3腳相接用于SIM卡與TC35i模塊間數(shù)據(jù)的傳送，單片機MSP430F449的73腳輸出的信號經(jīng)過三極管Q3驅(qū)動后輸出給Jl的15腳；單片機MSP430F449的74腳、75腳分別與Jl的18腳、19腳相接用于單片機與TC35i模塊間數(shù)據(jù)的傳送，Jl的32腳指示TC35i的工作狀態(tài)，當D31熄滅時，表明TC35i處于關(guān)閉或睡眠狀態(tài)；當D31為600ms亮、熄交替時， 表明SIM卡沒有插入或TC35i正在進行網(wǎng)絡(luò)登錄；當D31為75ms亮-3s熄循環(huán)交替時，表明TC35i登錄，處于待機狀態(tài)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種礦用電機安全監(jiān)控終端裝置，其特征在于，人機交互模塊(5)的具體工作過程為人機交互模塊(5)的電路由鍵盤和液晶顯示接口組成，其中鍵盤是4X4矩陣鍵盤，該矩陣鍵盤Sl S16的4根行線分別與單片機處理模塊(1)中的單片機MSP430F449的22 腳 25腳相接，該矩陣鍵盤的4根列線分別與單片機MSP430F449的沈腳 四腳相接，U16 為液晶顯示接口，U16的1腳接電源地，2腳接電源，4腳 6腳分別與單片機MSP430F449 的用于顯示控制的50腳、49腳和48腳相接，7腳 14腳作為并行顯示數(shù)據(jù)與單片機 MSP430F449的顯示數(shù)據(jù)輸出端30腳 37腳相接，15腳接電源表示采用并行傳送。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種礦用電機安全監(jiān)控終端裝置，其特征在于，1 接口外圍模塊(6)采用U18為時鐘模塊，采用了低功耗的具有工I2C接口的CMOS實時時鐘/日歷芯片，主要用來給系統(tǒng)提供準確的時間，U18的5腳、6腳分別與單片機MSP430F449的66 腳和67腳相接，U19存儲模塊采用的也是具有1 接口的芯片，其5腳、6腳分別與單片機 MSP430F449的64腳和65腳相接，完成數(shù)據(jù)的傳送。
全文摘要
一種礦用電機安全監(jiān)控終端裝置，屬于監(jiān)控領(lǐng)域，本發(fā)明為解決現(xiàn)有礦用電機監(jiān)控無法第一時間將采集的數(shù)據(jù)傳送給技術(shù)人員的問題。本發(fā)明包括單片機處理模塊、現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集模塊、故障執(zhí)行模塊、通訊處理模塊、人機交互模塊和I2C接口外圍模塊；通訊處理模塊包括無線通信模塊和485通信模塊，人機交互模塊包括鍵盤接口電路和液晶顯示電路，I2C接口外圍模塊包括系統(tǒng)日歷電路和外擴存儲電路；現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集模塊采集電機的三相交流電壓、交流和頻率給單片機處理模塊，采集的數(shù)據(jù)通過485通信模塊發(fā)送給監(jiān)控中心的PC機；無線通信模塊通過GSM網(wǎng)絡(luò)將短信發(fā)送給監(jiān)控中心的手機用戶；故障執(zhí)行模塊的輸出端與控制電機運行的接觸器的控制端相連。
文檔編號E21F17/18GK102251808SQ20111009822
公開日2011年11月23日 申請日期2011年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月19日
發(fā)明者劉付剛, 張秀, 王國新, 鄭爽, 陳國民, 韓龍 申請人:黑龍江科技學(xué)院