3 8 煤矿机 电2 0 1 5 年第4 期 陈电星 刘春晖 朱述川 肖克坚 郑丰隆 基于微处理器的摩擦式提升机滚筒绳槽参数测量仪的设计 J 煤矿机电 2 0 1 5 4 3 8 4 0 d o i 1 0 1 6 5 4 5 j cn k i cm e t 2 0 1 5 0 4 0 1 1 基于微处理器的摩擦式提升机滚筒 绳槽参数测量仪的设计 陈电星1 刘春晖2 朱述川1 肖克坚2 郑丰隆2 1 兖矿集团股份有限公司东滩煤矿 山东邹城2 7 3 5 1 2 2 山东科技大学 山东青岛2 6 6 5 9 0 摘要 摩擦式提升机使用多绳代替单根钢丝绳 为避免事故发生 要求绳槽直径一致 对此提出 一种基于单片机的专用摩擦式提升机滚筒绳槽参数检测系统 该系统通过轴编码器和测距位移传 感器分别测得绳槽的周长和半径 然后通过A D 转换将传感器测得的模拟信号转化成单片机能处 理的数字信号 单片机读取并经过相关的数据处理后 由数码管实时显示测量结果 以便操作人员 及时了解情况 保障生产安全 关键词 摩擦式提升机 滚筒绳槽 测量 微处理器 M C U 中图分类号 T D 5 3 4 3 T P 3 6 8文献标识码 B文章编号 1 0 0 1 0 8 7 4 2 0 1 5 0 4 0 0 3 8 0 3 D e s ig no fD r u mG r o o v eP a r a m e t e r sM e a s u r in g M e t e ro fF r ict io nH o is tB a s e do nM C U C h e nD ia n x in 9 1 L iuC h u n h u i2 Z h uS h u ch u a n l X ia oK e j ia n 2 Z h e n gF e n g l o n 9 2 1 D o n g t a nM in e Y a n k u a n gG r o u pC o L t d Z o u ch e n g2 7 3 5 1 2 C h in a 2 S h a n d o n gU n iv e r s it yo f S cie n cea n dT e ch n o l o g y Q in g d a o2 6 6 5 9 0 C h in a A b s t r a ct T h ef r ict io nh o is tu s e st h em u l t i r o p e sin s t e a do ft h es in g l ew ir er o p e I no r d e rt oa v o idt h ea ccid e n t s a l lo ft h ed ia m e t e r so ft h eg r o o v e ss h o u l db et h es a m e T h ed e s ig ns ch e m ep u t sf o r w a r dak in do fs p e cia lp a r a m e t e r s d e t e ct io ns y s t e mo fd r u mr o p eg r o o v eb a s e do ns in g l ech ipm icr o co m p u t e r T h ep e r im e t e ra n dt h er a d iu so ft h e s y s t e mw e r em e a s u r e db yr o p eg r o o v es h a f te n co d e ra n dr a n g in gd is p l a ce m e n ts e n s o r a n dt h e nt h r o u g ht h eA D co n v e r t st h a tt a k e st h e a n a l o gs ig n a lin t o t h ed ig it a ls ig n a lw h ichM C Uco u l dh a n d l e A f t e rd a t ar e a d in ga n d p r o ce s s in g t h em e a s u r e dr e s u l t sa r es h o w e dO f ft h ed ig it a lt u b e co n v e n ie n t l yf o rt h eo p e r a t o r st ok n o wint im e w h iche n s u r e ss a f e t yinp r o d u ct io n K e y w o r d s f r ict io nh o is t d r u mg r o o v e m e a s u r e m icr o p r o ce s s o r M C U 0 引言 摩擦式提升机主要担负着矿井的煤炭 矸石 人 员等各种材料和设备的提升和运输任务 是矿井生 产中极为重要的一个环节 它使用多根钢丝绳 由 于各种因素的影响 如各绳槽的磨损程度往往不同 易造成每根绳受力不均 使用寿命不一致 为了避免 事故发生 要求绳槽深度尽量一致 通常采用标记 法测量绳槽的周长误差 其测量方法费时费力 精度 差 为消除安全隐患 本文设计了一种基于 A T 8 9 S 5 2 的专用测量装置 即装置上的摩擦滚轮与 绳槽接触 通过接收滚轮的转角脉动信号来测量绳 槽的周长 并通过测量摩擦滚轮的径向移动来测量 滚筒绳槽各点的半径 这种测量方法与标记法相 比 精度高且省时省力 1 测量仪的结构和原理 测量仪的安装示意图如图1 所示 主要由摩擦 2 0 1 5 年第4 期煤矿机 电 3 9 滚轮 位移传感器 轴编码器和其他固定支撑等部分 组成 摩擦滚轮与绳槽接触 位移传感器通过测量 摩擦滚轮的径向移动来测量绳槽各点的半径 该半 径能反映绳槽各点的磨损情况 滚轮转动时 轴编码 器产生脉冲信号 通过对微处理器编程记录脉冲数 来测量绳槽的周长 传感器测得的模拟信号经由 A D 转换转化为微处理器可以处理的数字信号后交 由单片机进行处理 数据经R S 4 8 5 通信传输到P c 机 再通过上位机软件把各绳槽周长和半径的变形 情况形象的显示出来 1 1 一滚轮 2 一轴编码器 3 一固定螺母 4 一套筒 5 一位移传感器 6 一槽钢 图1 测量仪安装示意图 2 硬件设计与选型 绳槽参数检测系统的硬件主要有位移传感器 轴编码器 稳压电源 存储器 I O 口扩展及拨码开 关电路 显示电路 R S 4 8 5 通信电路等部分 其总体 框图如图2 所示 位移传感器电路H 卜 叫 存储电路 堕 望笪皇堕HA T 8 9 s 5 2 叫墼堡笪里重皇堕 兰曼呈芝壁卺H 卜 1 丽丽磊丽 拨码开关电路l L 竺2 2 L 稳压电源电路 图2 硬件总体框图 2 1 微*** 本测量仪需要处理的数据是时刻变化的滚筒绳 槽半径和滚筒绳槽周长 由于滚筒绳槽周长的测量 是通过滚轮 轴编码器滚过一周 便会发送几千个脉 冲信号给单片机进行处理 所选单片机应具有较强 的处理中断的功能 其次 本仪器需要用多组数码 管显示 要求单片机管脚数目要足够使用 并能支持 管脚的扩展功能 单片机是本仪器的控制核心 选择A T 8 9 S 5 2 单 片机是由美国A T M E L 公司生产的一种高性能 低 功耗的C M O S8 位微*** 兼容8 0 C 5 1 产品指令 和引脚 片上F l a s h 允许程序存储器在系统可编 程 亦适于常规编程器 2 2 传感器 使用轴编码器来测量绳槽的周长 设置轴编码 器每转动一圈输出12 0 0 个正向的脉冲信号 将其 输出端与A T 8 9 S 5 2 的P 3 2 外部中断0 输入 口相 连接 使用中断来计数 通过计数的个数来计算绳槽 的周长 位移传感器采用高精度直线位移传感器 其输出信号为0 5V 这种传感器具有体积小 安 装简单 无需调零 密封性好 测量精度高等优点 将传感器测得的数据经由A D 转换芯片T L C l 5 4 3 转化成单片机可以处理的数字信号后交由单片机进 行处理 具体电路图见图3 IJ 1 1 2V 骱 擎 A T 8 9 S 5 2 单片机 图3 传感器电路图 2 3 电源 测量仪采用电池供电 高精度位移传感器可直 接由1 2V 的可充电电池供电 选用了L M 2 5 7 6 构 建降压电路 使用该器件时只需外接少量器件便可 构成输出稳定的电源电路 电源电路如图4 所示 2 4I O 口扩展及拨码开关 测量仪在测量之前需要通过拨码开关设置测量 初始值 拨码开关采用并行接口的B C D 8 4 2 1 拨码 卜 一m一眦 面 一 C n l 吼 一陀一旧一 器眦园懈 4 0 煤矿机电2 0 1 5 年第4 期 图4 电源电路图 盘 一个拨码开关就需要占用4 根数据线 本系统共 需要6 个拨码开关 也就需要占用2 4 根数据线 这 就超出了所使用单片机剩余的I 0 口数量 故采用 外设接口芯片8 2 5 5 A 来进行解决 其并行接口芯片 是一个可编程的外部接口部件 通常作为一个控制 组件的计算机系统总线 外围设备接口使用 通过软 件编程的方式可控制8 2 5 5 A 的工作方式 2 5 数码管显示 为提高测量仪的集成性和测量时的实时观察 性 系统选用了三组数码管来显示实时测量数据 第 一组为2 位 用来显示当前绳槽半径 第二组为2 位 用来显示绳槽半径的变化量 第三组为3 位 用 来显示当前绳槽的周长 本系统选用H D 7 2 7 9 A 作 为数码管的驱动芯片 它是一款串行接口器件可直 接驱动8 位共***极式数码管 其特点为外围电路简 单 占用单片机资源少 该器件还拥有多种控制指 令 控制显示的方式极为灵活 2 6 R S 4 8 5 通信电路 为了实现上位机对滚筒绳槽各点磨损情况的监 测 需要具备相应的数据通信接口 本仪器选择了 差分平衡收发芯片M A X 4 8 5 与A T 8 9 S 5 2 连接时只 需将R O 和D 1 分别与单片机的R X D 和T X D 相连即 可 3 软件编写设计 软件设计包括测量仪软件设计和上位机软件设 计两个部分 3 1 测量仪软件设计 图5 所示为主程序流程图 即首先通过8 2 5 5 A 的 I 0 扩展读取拨码开关设置的各个初始值 将初始值 通过数码管显示出来 启动测量开关后由传感器输出 测量的模拟信号数据 然后通过A D 转换成单片机 能处理的数字信号 由微***读取 再经过相关的 数据处理发送给H D 7 2 7 9 A 数码管显示芯片 控制数 码管实时显示测量数据 通过外部中断模式采集绳槽 参数 由微***将数据存储于存储芯片中 串口定时器设置中断 初始化各模块核心器件 读取拨码开关数值并 于数码管显示 L 1 1 读取A D 做相应处理 数码管实时显示测量数据 匦圈 仝N 图5 主程序流程图 3 2 上位机软件设计 上位机由一台计算机组成 监测软件可采用可 视化高级语言D e l p h i编程 做出十分直观的人机界 面 并通过串行口接收智能采集器上传的绳槽参数 信息 绘制绳槽参数曲线 将控制命令传给智能采集 器系统 可以在上位机监测软件实现传感器的调零 操作 4 结语 基于单片机的摩擦提升绞车滚筒绳槽参数检测 系统设计 可以准确 方便地对绳槽参数进行测量 并可从电脑上直观的观察绳槽参数曲线变化情况 准确
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