基于无线带式输送机温度检测装置设计

范 文

（山西新元煤炭有限责任公司，山西 晋中 030600）

由于带式输送机的连续性好，运输能力强大，在矿井生产中承担着煤炭运输任务。根据煤矿安全生产相关规定，带式输送机必须具备八大保护来判别和预防故障的功能，同时还要有相关的故障处理措施。带式输送机的运行是通过滚筒和胶带之间的相互摩擦提供动力的，摩擦会导致温度的升高，如果温度持续升高就会有发生火灾的风险，所以对带式输送机滚筒温度进行实时检测是很有必要的。

目前工业上对温度的检测方法主要有两种，分别是接触式检测方法和非接触式检测方法。其中非接触式检测方法可以方便地放置安装检测设备，但是在精确度方面比较低，定位不够准确。接触式温度检测装置的优点是检测和定位比较准确，但是由于滚筒不断运动的特性在传感器安装方面比较困难。目前矿井下普遍采用的温度检测设备主要以非接触式为主，而在非接触式传感器中主要是利用红外线原理对温度进行检测。由于红外线固有的特点导致检测结果很容易受到环境的影响，例如温度的变化或者是空气中粉尘的浓度等，同时温度探头长时间运行后很容易堆积灰尘，导致检测的精确度下降。文献中提出了一种将接触式传感器和无线通讯结合的方法，能够有效地避免布线的困扰，但由于设计不太合理导致体积偏大，实际应用效果不太理想，同时在功耗方面优化也不太合理导致频繁地更换电池，非常不利于现场的维护。鉴于此，本文提出了一种利用高度集成芯片将温度传感器和数据采集处理模块集合一体的设计方案，能够有效地减小体积和降低功耗，巧妙地将接触式温度传感器和非接触式温度传感器的优点结合起来，合理地避免了缺点[1]。

1 装置工作原理

如图1所示为本文设计的带式输送机滚筒温度检测装置。从图中可以看出本装置主要由两部分组成，分别是数据检测终端和数据接收终端。其中检测终端主要安装在滚筒内侧靠近胶带的位置，由于金属良好的热传导效应，在内侧就能够检测到外侧的温度，同时将检测到的温度通过内置的射频芯片处理后以广播的形式发送出去，考虑到距离和传输速度以及信号强度等各方面的因素，本系统将通讯频率定为420MHz。信号的接收端固定在离滚筒较近的机架上，内部有射频信号接收装置，将广播的信号接收下来，并通过内部的信号处理芯片将信号大包为现场总线格式的信号，并将其传输到控制器或信号中继站，从而完成整个系统流程。

图1 温度检测装置工作原理图

2 检测装置硬件设计

2.1 检测终端硬件设计

本系统采用的温度射频集成芯片是由英飞凌公司设计生产的高集成度、多功能工业现场芯片，型号为SP370。该芯片内置8051系列处理器，能够完成一定量的逻辑处理功能，只需外加启动晶振，供给电源和信号发射用的天线就可以正常工作。

由于带式输送机工作时间比较长，所以本系统选用锂电池容量为600mA/h的18650电池为系统供电。为了信号能够更好地广播出去，本系统选用射频天线型号为AN1603的贴片型天线，既能够缩小体积，又具有很高的信号强度。

2.2 接收终端硬件设计

如图2所示为本装置信号接收终端结构图。接收装置主要由三部分组成，分别是CPU、CAN收发芯片、射频接收芯片。其中CPU使用的是NXP公司生产的ARM系列芯片，型号为LPC11C04，射频接收芯片为英飞凌公司设计的芯片，型号为TDA5235。CAN接收芯片型号为PCA82C250。当射频芯片接收到信号后利用SPI总线将信号传输到CPU，CPU将信号处理后通过CAN接收器转化为CAN总线信号发送到CAN总线上。

3 检测装置软件设计

3.1 检测终端软件设计

如图3所示为检测终端的软件流程图。装置通电后首先进行的是射频发射装置的初始化，主要是配置相关的参数，本射频芯片的发射参数包括以下几项，分别是工作、调试模式以及数据的编码方式等。然后是晶振的初始化，其中晶振主要分为高低两种频率的工作模式。初始化后便可以进行温度检测，其中无线芯片内部提供了API函数接口，能够通过相应的接口函数实现温度的检测和数据的发送等操作。当数据发送后是系统进入到休眠模式，这样能够最大限度地节能。当内部定时器时间到时再次唤醒系统进行温度检测，依次循环。其中内部定时器的定时时间可以通过API函数进行调节[2]。

图2 接收终端硬件结构图

图3 检测终端软件运行流程

3.2 接收终端软件设计

如图4所示为接收终端的软件流程图。系统上电后首先进行晶振即系统时钟的初始化，然后是CAN总线初始化、SPI总线的初始化以及射频芯片的初始化。这其中主要包括LPC11C14、TDA5235和PCA82C250的初始化及参数配置。

其中CAN总线配置涉及到数据格式、波特率以及位时序等。SPI总线的参数包括工作模式、数据模式及大小等。初始化完毕后配置CPU的看门狗复位功能，这项功能能够有效地避免方式程序卡死等现象的发生。然后CPU通过SPI总线TDA5235读取数据，其中数据的读取间隙时间可以通过程序调节。CPU将数据进行一定程度的处理，将处理后的信息通过CAN收发器发送到CAN总线上。每隔30s循环一次数据读取功能[3-4]。

图4 接收终端软件流程

4 试验验证

表1 温度测试结果

为了验证无线温度传感器的检测精度，在实验室条件下设计了一个温度对比试验，使用红外温度检测装置和无线传感器放置于同一温度条件下，通过读取两个器件的温度值来比较精度。具体的检测结果如表1所示。

通过对比两组结果，根据红外温度检测装置的误差得出无线传感器的误差在可接受范围内，符合工业应用标准。

5 结语

本文设计的带式输送机滚筒温度检测装置通过矿井下实际试验后验证了其功能的完整性和工作的稳定性。在连续使用情况下发送装置能够持续工作半个月，通过后期的节能优化还能够进一步提升使用时间。该设备完全具备井下使用条件，为矿井下同类型设备的设计提供了经验。