矿用胶轮车安全监测装置控制模式及信号处理研究

矿用胶轮车安全监测装置控制模式及信号处理研究

李峰

中国煤炭科工集团太原研究院有限公司 山西太原市 030006

摘要：在煤矿运输过程中，防爆无轨胶轮车是一种主要的辅助运输设备，该设备运行环境危险系数高，因此需重视安全监测装置的安装。从国内现状下使用的安全监测装置来看，投入到矿用胶轮车当中应用，还需对其控制模式进行优化，明确信号处理方法，对有效的算法对采集的数据进行处理，使总线占用率降低，进一步使系统的稳定性及安全性得到有效提高。因此，本文在分析矿用胶轮车安全监测系统总体方案及系统模块方案，进一步分析其通信算法及系统测试方法，希望以此促进矿用胶轮车安全监测装置应用质量及安全性的协同提升。

关键词：矿用胶轮车；安全监测装置；控制模式；信号处理，系统测试方法

近年来，在社会经济问题发展的背景下，我国煤矿事业呈现了较为快速的发展态势。而从煤矿生产的质量及安全性提升角度考虑，少不了机械设备的支持。其中，对于矿用胶轮车来说，属于煤矿运输过程中的一种主要辅助设备，面对复杂多变、高风险运行环境，为了提高该设备运行的安全性，需加强安全监测^[1]。由此可见，安全监测装置的设置、应用便显得尤为重要。而使用工况与环境不同，安全监测装置所需的控制模式、信号处理方式方法也有所不同。因此，从矿用胶轮车安全监测装置的有效性层面分析，本文围绕“矿用胶轮车安全监测装置控制模式及信号处理”进行分析研究价值意义显著。

1.矿用胶轮车安全监测系统总体方案及系统模块方案分析

从国内现状煤矿井下作业层面分析，矿用防爆无轨胶轮车是一大主要的辅助运输设备，因在矿用安全方面具备特殊的要求，因此矿用防爆无轨胶轮车需进行安全监测装置的安装^[2]。通常情况下，将微处理器作为其安全监控装置，采取CAN总线、IIC总线、单总线以及串口直连方式，与传感器保持连接，使车辆废气排放、发动机表面温度等安全参数实现有效监测。值得注意的是，以CAN总线为基础的矿用防爆无轨车安全监测装置的应用效果较好，为了验证其应用效果，下面对其系统总体方案、系统模块方案进行分析，具体为：

1.1系统总体方案

在胶轮车安全监测系统模块，涉及的功能诸多，具体有：①信号收集功能；②信号处理功能；③数据传输功能；④数据显示功能；⑤数据存储功能等。

在整体系统当中，采集模块在传感器的支持下，使信号收集功能有效实现，然后在AD转换、滤波、异常数据剔除的基础上，传输到CAN总线当中。各大分析模块，针对传输数据实行二次分析之后，通过整理运算传输到CAN总线当中。数据储存、显示、无线通信模块接收到相关信息之后，对数据进行储存、显示出来，进一步对数据以无线的形式传输到PC端，最终数据的综合分析处理由专家系统执行完成。

1.2系统模块方案

系统模块中采集模块、分析模块以及其他模块的作用显著，需了解系统模块内容要点，具体包括：

1. 系统采集模块。考虑到对矿用胶轮车行驶过程进行有效的安全监控，所需传感器种类较多，且需在整车遍布完整。同时，需以行业相关标准，对传感器进行规范设置，以柴油机为例，主要监测冷却水温、冷却水位、体表温度、燃油压力以及柴油机转速等信息；底盘主要监测车速、加速度、离地间隙、变矩器温度及压力等信息；制动设备主要监测主动液位、制动主缸油压、轮速等信息；驾驶室主要监测安全带、刹车状态、瓦斯浓度等信息。采集模块需进行单一化处理，在每个采集模块当中，配置1个传感器，然后对1种信息进行采集，以此使分系统可靠性得到有效提升，使数据频繁组合及拆解得到有效避免。并且，在采集模块采取CAN总线通信方式，可以使布线、防爆难度有效降低，并使后期扩展便利性提升，使系统需要全面更新处理的问题避免发生。对于电路硬件，在选取方面需确保成本有效控制，电路体积足够小，可靠性及稳定性高，还需要具备很强的抗干扰能力。比如，单片机可选用STC12C5A60S2型号单片机，抗干扰能力强，且芯片体积小，IO资源丰富；蓝牙芯片可选用HC-05型号蓝牙芯片，具备良好的兼容性，且稳定性高，能降低丢包率；CAN控制芯片型号为SJA1000，属于PCA82C200升级产品，对CAN20A与CAN20B两种协议均支持；CAN驱动芯片型号为TJA1050，具备很强的抗电磁干扰能力，且能够对总线引脚提供抗瞬态保护，可与110个节点之间保持有效连接，传输速率每秒高达11MB，能够使系统的可靠性得到有效提升^[3]。此外，基于传感器模拟信号，主要经串口输入采集模块当中，然后由单片机完成模数的转换，并对滤波、数据进行去噪处理，对不合理数据进行滤除之后，使总线资源得到有效节约；对于经过转换的数据，则经串口或者蓝牙芯片，传输到CAN总线控制器、驱动器电路当中，进一步把数据通过报文的方式，传输至CAN总线当中；若需对监测参数进行增减，只需要对相对应的采集模块进行增减处理，以此使采集模块工作任务高效完成。

2. 系统分析模块及其他模块。首先，由于监测数据的种类繁多，因此有必要对矿用胶轮车车体分成若干部分，包括：其一，柴油机部分；其二，制动部分；其三，底盘部分；其四，尾气部分；其五，驾驶室部分。不同部分，设置不同的分析模块，使各个部件均具备属于自身部分的判断标准，并且后续如果需要对监测参数进行增减，那么只需要对采集模块相对应的分析模块进行适当修改便可。其次，在分析模块，针对各个采集模块传输的数据实施二次分析，然后初步判断数据之后，如果数据值正常，则对数据进行加密、打包处理，整合成数据包之后，把数据包发送到CAN总线当中，由储存、显示模块进行接收。如果数据异常，则需紧急占用CAN总线，然后发出相应的报警信号，同时对其他分析模块发出命令。在此情况下，矿用胶轮车当中的全部监测数据以打包的方式传输到无线传输模块、数据储存模块当中。无线传输模块则把数据传输到PC端当中^[4]。此外，对于专家系统模块来说，则可以结合车辆异常数据，对故障原因进行快速定位，进一步把分析结果通过无线传输模块向驾驶员反馈、显示、报警，等待驾驶员确认；储存模块进一步对相关数据进行储存，为后续决策提供有效数据信息支持。

2.通信算法及系统测试方法分析

2.1通信算法

在通信算法方面，首先需明确CAN协议，根据接口、控制芯片对CAN协议规范加以明确，在矿用胶轮车安全监测系统当中，只需自定义应用层协议，可使紧急数据及时得到有效处理。为了优化算法设计，需针对采集获取的异常数据进行剔除处理，进一步对相关数据进行整合分析，确保采集模块发送的数据准确性得到有效保证，使异常问题导致系统扰动的发生得到有效避免，进一步提高系统监测的稳定性及检测精度，使总线资源得到有效节省。

2.2系统测试方法

在系统构建完成之后，需采取模拟检测方法，对冷却水箱水位、冷却水温进行模拟，然后对系统有无在环境发生变化的情况下作出相应进行检验^[5]。在测试过程中，水位传感器采取模拟量输出方式，温度传感器则采取数字量输出方式。若已加入的传感器测试有效，则代表其他物理量监测方案具备可行性。

3.结语

针对在矿用胶轮车安全监测装置，需优化系统总体方案，明确系统模块方案，确保采集模块、分析模块以及其他模块的功能有效发挥出来，然后掌握通信算法及系统测试方法，若系统能够迅速启动，且传感器能够对环境变化作出及时的响应；传感器能够将稳定可靠的数据采集得到，且系统受到的干扰程度低；系统对数据处理方法可行性高，且处理之后的数据与预期要求相符等，则代表矿用胶轮车安全监测装置控制效果理想，值得推广及应用。

参考文献：

[1]吴晓峰.无轨胶轮车路试制动安全性能检测分析[J].机械管理开发,2021,36(03):130-131+137.

[2]成中华.矿用防爆无轨胶轮车安全保护监控系统设计[J].机电工程技术,2021,50(02):135-137.

[3]李冬梅.矿用无轨胶轮车在线安全监测平台的设计[J].自动化应用,2020(10):114-116.

[4]尹文强.矿用防爆胶轮车安全监测系统的设计[J].机械管理开发,2020,35(01):219-220.

[5]韦建龙.矿用胶轮车全液压制动系统故障解析[J].煤矿机械,2018,39(08):161-162.

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