井下小水仓自动排水辅助设备的设计

电路信号传输的过程中电压信号会随着传输距离的 增加而变弱，采用电流传输可以避免信号的变弱。本 模块用于电流信号传输末端，将信号转换成电压信 号供单片机检测。
这款单片机是 32 位芯片，计算速度高，最高主 频可达到 168 M，对网络支持性好，运行可靠，有丰富 的外设可供选择。相比 51 单片机，stm32 单排程序都 是模块化的，接口相对简单，功能多。具有摄像头接 口，速度可达 54 M/s，可以轻松支持摄像头的接入， 为监控水仓提供视频支持。
N
判断水位是 否达到启泵
水位
Y N 驱动继电器启泵
Y
判断水位是 否达到停泵
水位
Y
N
驱动继电器停泵
参数调节程序
屏幕显示程序
图 2 软件设计流程图
设备初始后采集水仓的水位信号，然后判断水 位是否达到启泵条件或者停泵条件，从而判断是否 要启泵或者停泵。
系统主循环的部分代码如下： while(1)
{ adcx=Get_Adc_Average(ADC_Channel_5,20);// 获 取 ADC 的值 temp=(float)adcx*(3.3f/4096);// 转换为电源值 shw=(float)(temp)*(5.0f/3.3f);// 转换为水位 if (GPIO_ReadOutputDataBit (GPIOD,GPIO_Pin_8) ==0) { if(shw>ps_sw)// 判断是否达到启泵条件
通过网络模块把小水仓的实时情况及时上传给 上位机，为上位机控制提供接口。
负责把单片机的运算结果输出到水泵开关，进 而实现水泵的启停控制。本模块采用两路光耦隔离 继电器，分别控制开关的启动和停止，通过改变接线 方式适应不同的开关。通过单片机输出高电平控制 继电器的启停。
这两个模块一个为输出模块，一个为输入模块。 显示模块、按键输入模块能够在现场实现装置参数 的调整。
网络传输模块
图 1 硬件设计构架框图
水位传感器的电流信号经电流转电压信号转化 模块转化成 stm32F407 所能采集的电压信号，经单片 机内部 AD 转化后经芯片处理，达到自动排水的目的。 2 系统硬件构成详细介绍
选用了投入式液位变送器，能快速压力响应，具 有高稳定性、温度自补偿等优点。
选用了可调量程的转换模块，大大提高了硬件的 可匹配性，为以后的液位仪型号选型提供选择方向。
该电流转电压模块可以将 0~20 mA 电流信号 转换成 0~3.3 V/0~5 V/0~10 V/0~15 V 电压信号；在
收稿日期：2019-07-12 作 者 简 介 ：张 小 强（1984—），男 ，工 程 硕 士 ，毕 业 于 中 国 矿 业 大学，机电工程师，主要从事智能化设备研究工作。
井下小水仓自动排水辅助设备硬件组成部分： 水位传感器、电流信号转电压信号转化模块， stm32F407 核心板、网络模块、电源模块、继电器模 块、OLED 显示模块、按键输入模块，其硬件设计构 架框图如图 1 所示。
液位计
OLED 屏显示 继电器输出模块
电流转电压模块 stm32F407 核心板
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
按键输入模块
OLED 屏相比 TFT 屏和 LCD 屏，无需背光即可 使用，能够显著地节省耗电量，满足节能的要求。
单片机和 OLED 屏通讯采用了 IIC 总线，只需两 根数据线和两根电源线，共计 4 根线按键输入模块： 设计三个按键，分别为功能键、位键、调值键，满足系 统参数的修改要求。 3 软件的设计
单片机和上位机的通讯选用了 modbus 通讯协 议，该协议标准、开放，无需交纳许可证费，也不会侵
中图分类号：TD744；TD636
文献标识码：A
文章编号：1003-773X（2019）09-0232-03
引言 阳煤集团新元矿所采煤层为 3 号煤，随着矿井的
不断延伸，在掘进和回采的过程中，不断地遭受着井 下水的干扰。井下小水仓分布比较多，投入的排水设 备数量逐年增加，自动排水装置的需求量不断增大。 1 设备的硬件构架
// 显示当前水位： ....... // 显示启泵水位 ........ // 显示停泵水位： ....... } else if(pmcode==1)// 调节启泵水位值显示 { // 显示启泵水位 ...... } else if(pmcode==2)// 调节停泵水位值显示 { // 显示停泵水位： ...... } } else if(pmcode==3)// 显示当前芯片温度 { // 显示当前芯片温度： ...... } LED0=!LED0; // 运行指示灯 delay_ms(100);// 延时 }
张小强
（山西新元煤炭有限责任公司， 山西 晋中 045400）
摘 要：从硬件构架和软件设计两方面分析了小水仓自动排水辅助设备，并介绍了该设备在自动排水系统的
应用。研究认为，井下小水仓自动排水辅助设备能够使传统的开关变成智能的开关，可减少外购自动排水开关
的数量，节约成本。
关键词：排水装置 辅助设备 硬件 软件
{ GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_8); delay_ms(200); GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_8); GPIO_SetBits(GPIOD,GPIO_Pin_8); } } else { if(shw<low_sw) // 判断是否达到停泵条件 {
GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_9); delay_ms(200);
GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_9); GPIO_ResetBits(GPIOD,GPIO_Pin_8);// 指示灯 } } // 得到芯片温度值 tempwd=Get_Temprate(); // 得到芯片温度值 // 参数调节代码 key=KEY_Scan(0); // 得到键值 if(key) { ....... } //oLed 显示代码 if(pmcode==0)// 主屏幕显示 {
总第 197 期 2019 年第9 期
自动化技术与设计
机械管理开发 MECHANICAL MANAGEMENT AND DEVELOPMENT
Total 197 No.9，2019
DOI:10.16525/j.cnki.cn14-1134/th.2019.09.099
井下小水仓自动排水辅助设备的设计
2019 年第 9 期
张小强：井下小水仓自动排水辅助设备的设计
·233·
犯知识产权；帧格式简单、紧凑，通俗易懂。 由于本设备集成了网络模块，故采用了
modbus-tcp 协议，相比于 modbus-rtu 协议减少了 CRC 校验，使程序更简洁，大大降低了设备成本。
开始
系统初始化
判断水泵是 否启动？