1 引 言

目前的工业生产中带式输送机作为一种连续高效的运输设备被广泛的应用到各种物料及产品的运输当中。尤其是在煤炭、化工、食品等基础生产中并且发挥着极其重要的作用在我国的经济发展中[1]。但是由于目前的带式输送机故障频发，给企业和工人造成了巨大的经济和生命财产的损失。尤其是在煤矿井下一旦发生事故将会造成巨大影响。目前矿井使用的带式输送机普遍遇到的问题有打滑、跑偏、撕裂等[2]。由于目前煤矿井下用到的带式输送机控制器大多是采用PLC作为主控制器，再搭配外围的驱动电路。整个控制器体积庞大，造价高，维修不够方便。所以本文设计了基于ARM7的单片机集成电路方案，以单片机作为主控制器，配合外围的驱动电路以及各种传感器来达到测量控制效果。

甘薯黑痣病菌的生物学特性研究…………………………………………… 赵永强，徐 振，杨冬静，孙厚俊，谢逸萍，张成玲（89）

2 系统整体设计

基于ARM7的带式输送机保护系统主要包括CPU和外围的存储、I/O模块、通用设备接口等。其中存储模块包括SDRAM和FLISH。前者负责存储程序后者负责存储数据。I/O模块主要收集带式输送机沿线的传感器信息，包括数字量和模拟量。其中控制主站和分站主要是通过RS485串口实现通信，而与沿线急停模块的通信主要是通过CAN总线通信来实现。其主要原因是CAN总线通信抗干扰能力强，能够挂载的子设备多，沿线的各个子设备都可以占用总线来发布信息。键盘主要是采用PS2通信，PS2是目前比较成熟的通信协议，通过键盘实现界面的操作和参数的输。存储器主要有2个功能：一是CPU自带的内存不够需要扩展处理器的内存，另一方面是用来存放程序和数据的FLASH存储器，以及用于存储各种参数等的EEPROM等。此外下载接口采用10针的JTAG接口，能够实现程序的在线调试，电源模块提供5V的直流电源供设备使用。TFT显示屏主要实现人机界面交互，用来实现系统控制、参数输入、以及显示故障信息等。

（1）桥梁布孔。从标准中对于长度预制桥梁结构受力的分析情况可以发现，梁体长度一般需要确认为标准尺寸的98%～102%，此时不需要改变任何结构，尺寸和配筋都不需要改变，只是将桥梁跨中直段部分的长度进行适当地调整，可以使桥梁的结构满足工程的要求。桥梁设计阶段，应该结合曲线半径和桥梁跨径来进行设计，此时应该将桥梁预制长度控制在标准尺寸的98% ～ 102%即为合格[3]；

  

图1 系统总体结构

3 系统硬件选型

3.1 处理器部分

主芯片是采用意法半导公司推出的STM32F103系列芯片[3]。该芯片是基于Cortex-M3的32位微控制器，内部的高速存储器Flash有256kB和512kB两种，这里选择512kB的。64 kB SRAM和4 kB EEPROM。工作主频能够达到72MHz。采用LFBGA100封装能够尽可能的减小主控板面积，支持CAN、USB、UART、以太网等多种通信接口。其中CAN有4路，UART和USB各2路，以太网1路。片上还有8路12位ADC，能够满足大部分情况下的A/D转化精度要求。这款芯片最大的优点就是能够支持外接显示器，芯片内部集成TFT控制器。目前这款芯片广泛的应用到国防、医疗、电子等产业中。

3.2 存储部分

其中R1将输入的电流信号转变为电压信号，输入到运放的正向输入端，经过运放的放大处理以及反馈输出单片机能够识别的电压信号。其中C1负责滤除谐波，R6用来控制零点漂移。

4 电路设计

JTAG是国际上定义的一种标准化协议[5]，其主要目的就是对嵌入式芯片进行调试仿真。如图5所示，这是一种简化的JTAG接口连接形式，从电路图可以看出主要的连接线路有6条，其中1条是复杂数据传输的，而TCK是时钟线实现时钟同步。而TRST为复位信号，只有在调试时有用。

  

图2 电源电路

本系统中带式输送机沿线传输的信号包括数字量、模拟量。其中模拟量包括电压模拟量和电流模拟量，电压为0～4V，电流为4～20mA。这些量CPU是不能够直接使用的，或者是由于模拟量抗干扰能力比较弱所以不适合长距离传输，必须将他们转化为适合较远距离传输的数字量或者是频率量。这就需要一个能够实现这种转换的硬件电路。将这些量转化为能够适合传输的量。如图3所示：

二是进行服务意识和技能的培训。为病人提供护理服务是心血管内科护理人员工作的重要组成部分，在工作中只有具备以患者为本，为患者服务的服务意识，掌握与患者进行沟通的服务技巧，护理工作才能收获更好的成效。因此，必须将服务的知识纳入到培训的内容当中。

4.1 信号调理电路

本设计中采用的电压转换芯片为LM1117，输入直流5V电压经过2个电容滤波后输入到LM1117经过内部电路调理后输出3.3V电压。因为本系统的设计功率小，而且线性直流电源具有负载曲线稳定和输出精确度高的优点，所以这里选用了线性电源。还有一方面就是频率变化小对电路不会形成干扰。

  

图3 电平调理电路

由于主芯片内部自有的存储器容量不够维持系统软件的存储，为了满足存储条件需要增加额外的Flash芯片，这里选用三星公司生产的K9F1G08U0E型号的NANDFlash，能够提供128M*8bit的容量。每字节的数据读取周期为25ns。I/O引脚充当端口。电平等级为：2.7～3.6V。采用TSOP1封装。

4.2 信号隔离电路

煤矿是一个生产环境极其复杂的地方，在这种环境下最要考虑的问题就是电子期间的抗干扰性。一个控制器是否具有良好的抗干扰性直接关系到能否安全稳定的在井下长期工作。在硬件设计阶段我们也对电路做了抗干扰设计，如图4所示：传感器信号传输过来后输入到LM321的反向输入端，由于运放被设计为射极跟随器所以是没有信号放大作用的，由于有信号输入[4]，所以模拟量隔离模块内部会将信号以光电转化的方式将CPU于外部传感器电路隔离开来，以达到信号隔离的目的。

STM32F103芯片本身自带了JTAG程序下载接口，利用这个接口可以实现程序的下载以及在线调试。这在程序开发中是相当有用的，通过在线调试能够捕捉到程序的问题所在，能更高的提高开发效率。

  

图4 信号隔离电路

4.3 程序下载接口电路

任务教学法，从字面意思上理解，就是学习者通过完成教师布置的各项语言任务而达到学习语言知识的一种教学方式。这种教学方式打破了“教师在上面讲，学生在下面听”这种传统落后的教学模式。任务教学法是在20世纪后期出现的一种新型的教学方式，是交际教学法的延伸，也被越来越多的英语教育者所认识。这种通过完成任务而达到学习目的的新型教学模式，比起传统的单调乏味的教学模式，更加能够增强知识运用的实用性，激发学生学习英语的积极性。学生“以任务为中心”，通过各种语言活动来完成教师布置的特定的交际活动，从而达到提高自己的英语水平，这就是任务教学法的精髓。

对于整个控制系统来说，硬件电路设计是最重要的部分。而对于硬件电路设计来说电源又是最核心的部分。在电源电路设计中需要考虑各方面因素，比如说滤波、电压控制、功率等；还有就是电源输出时的纹波的多少，有些芯片对于纹波特别敏感。经过仔细的分析研究和借鉴以前的设计案例最终得出如图2所示的电源电路。

  

图5 程序下载接口电路

5 程序设计

5.1 控制模式

根据矿井下实际生产要求目前的操作模式包括：就地、远程、集控、检修4种模式。其中就地模式是在井下控制器上控制皮带的启停；当选择远程模式时在地面的监控中心就能够控制井下的带式输送机启停；当选择集控模式时会将带式输送机与工作面的其他设备连锁起来实行连锁控制；而检修模式时为了方便设备检修时单点启停设置的。

当带式输送机启动时首先执行的是设备自检，当所有的设备自检完并且没有故障上报时发出启动信号，信号提示一定时间后开始按预定的流程依次启动设备直到设备完全启动。

5.2 故障处理

煤矿井下带式输送机包括八大保护，他们分别是跑偏、断带、打滑、超速、欠速、超温、撕裂、烟雾、堆煤等保护[6]。其中由于篇幅的限制本文只介绍一下超温保护的工作流程。当滚筒温度超出安全限制后温度传感器会给PLC一个超温信号，当PLC收到信号后首先确认是否真的发生超温，如果确认后就立即开启滚筒上方的水阀洒水降温，同时声光报警提示工作人员皮带超温，预防着火。当延时30s后温度还是没有降下来时，就需要启动停机子程序，实现强制停机，以达到保护作用[6]。程序流程如图6所示：

  

图6 超温中断子程序

6 总结

本系统在完成带式输送机最基本的控制功能的基础上，很好的实现了监测保护包含的各项功能。在实际的测试中能够长时间稳定的运行，当有事故发生时也能够及时准确的做出处理及发出声光报警信息，并且操作简单，能够通过键盘和屏幕实现所有的操作。例如：参数修改、设备启停、故障显示等，同时又能将故障信息及时的上传到上位机或中央集控室，使地面人员能够及时的了解井下情况以便于做出快速的事故相应，极大的避免了生命财产的损失，在矿井生产中起到了无法替代的作用。

参考文献：

[1]张旭，朱宏.浅谈变频调速装置在大型带式输送机驱动系统中的应用}Jl.物料搬运与分离技术，2004带式输送机新技术研讨会专辑，32-38.

[2]黄民，潘虎生，胡成等.钢绳芯带式输送机实时综合监测与保护系统}J].徐州:中国矿业大学学报.2006（9）：673-678.

[3]STM32数据参考手册。

[4]土庆标.试论带式输送机的现状与发展趋势[J].中小企业管理与技.2009（3）：237-238.

[5]张旭.大功率长距离带式输送机智能控制方法研究[M].硕士论文.沈阳:沈阳工业大学.2007

[6]邵国良,张西新.基于PLC的主运输皮带智能控制系统的研究与应用[J].中国矿业，2012（8）.