1、引 言
隨著計算機控制技術的快速發展，應用于工業控制系統的智能化測控儀表成為主要的發展趨勢。由于單片機具有成本低、可靠性高、應用靈活等特點，因而基于單片機的智能儀表也成為相關行業研究的重點。
目前皮帶輸送機保護技術不太成熟，通常靠不斷檢修來減少斷帶、柱銷等事故，但檢修不能完全避免皮帶斷帶下滑而造成的惡性事故的發生。如何提前預警皮帶機組的故障，盡量把故障控制在萌芽狀態、對皮帶進行實時保護尤其重要。基于九江石化目前皮帶輸送機的狀況，我們設計了一種包括采集、分析和處理電機的多種運行參數的智能儀表，成功實現了對皮帶牽引電機的有效保護與控制。
2、智能儀表硬件構成
智能儀表由主控制板、鍵盤顯示板和接口板三部分構成。主控制板的核心是采用TI公司的MSP430單片機，完成信號的采集、處理與記錄等功能；鍵盤顯示板完成人機交互功能；接口板采集輸入信號，控制信號輸出和數據通信等功能。儀表硬件結構如圖1所示：
3、智能儀表的特點
3.1 采用性能優良的微控制器MSP430F149
MSP430系列單片機是美國德州儀器(TI)1996年開始推向市場的一種16位超低功耗的混合信號處理器( Mixed Signal Processor)Ell。MSP430F-149的電源電壓采用1.8-3 6V低電壓，RAM數據保持方式下耗電僅0.1A；16位RISC結構，120ns指令周期；有豐富的外圍資源，具有12位200Ksps的A/D轉換器，3個捕獲／比較寄存器的16位定時器Timer—A，Timer_B，兩通道串行通信接口可用于異步或同步( UARTISPI)模式，6個8位并行端口，且2個8位端口有中斷能力；有多達60KB FLASH ROM和2KB RAM，具有串行在線編程和保密熔絲的程序代碼保護功能，修改程序十分方便。
3.2具有強大的數據采集、處理等功能
(1)數據采集子系統：主要由電壓傳感器、電流傳感器、溫度傳感器、振動傳感器和速度傳感器等組成。在皮帶電機的運行過程中，實時測量并采集電機的三相電流、三相線電壓、前軸溫度、后軸溫度、轉速和不同位置的振動強度，把非電量的運行參數轉換為標準的電壓、電流信號，通過MSP430F149自帶的A/D采樣通道，轉換為對應的電機參數并且在屏幕上進行動態顯示。
(2)1/0子系統：主要由各種容量的輸出、輸入繼電器組成。負責執行CPU所發出的控制指令，并驅動對應的執行機構進行動作。也通過輸入繼電器，接受其它設備發出的控制信號。根據電機故障類型（過載、過流、欠流、堵轉、三相不平衡、斷相、過壓、欠壓、短路），發出聲光報警信號并實現電機的連鎖保護控制，提醒操作人員處理；為儀表設計了6路DI和7路DO，如此豐富的開關量輸入輸出接口不僅能滿足在皮帶機組保護系統中的應用，在其它場合的應用中也可以滿足其要求，擴展功能十分強大。所有的輸入信號都要通過光耦隔離，起到保護單片機和抗干擾的作用，所有的輸出信號都由三極管驅動繼電器的線圈，控制繼電器的常開、常閉。
3.3具有豐富的顯示、調節參數功能
鍵盤輸入和顯示子系統主要由小鍵盤、多組LED組成。進行顯示各種運行參數和狀態量，采用小鍵盤可以對儀器運行參數進行設置和修改。儀表顯示部分采用靜態顯示，為了節約單片機資源，采用了帶選通功能的串轉并芯片4094作為顯示驅動器件，這樣10位數碼管顯示只占用了3根單片機I/O線資源。通過小鍵盤的設定可以輪流或固定顯示采集到的電壓、電流、速度等，具有設置電壓上下限、電流上下限、速度上下限、低速度報警持續時間、低電流持續時間報警輸出、高電流持續時間報警輸出、報警記錄查詢等45項功能。顯示部分的原理如圖2所示。
3.4與上位機通訊方便、數據傳輸可靠
人機交互功能通訊子系統主要由SCI接口構成，軟件采用移植ADAM5000的通訊協議，通過RS485總線實現了上位機與智能儀表的AD、DI、DO的參數傳輸和遙控功能。MSP430F149有兩個SCI串行通信口，它們是采用雙線通信的異步串行通信接口，即通常所說的UART口。利用其中的一個UART串行通信口實現與上位機的通信，通信采用標準RS - 485接口。RS - 485總線具有技術成熟、傳輸速率高、傳輸距離遠、可靠性高、成本低的特點，但是RS - 485不能直接與計算機接口，需要采用一個接口芯片將TTL電平轉換為RS485接口電平，在實際應用中采用的是MAX485
芯片來實現接口。具體接口電路如圖3所示。
4、智能儀表軟件設計
軟件分為初始化模塊，定時器中斷模塊，信號采樣模塊，按鍵顯示模塊，數據處理模塊，輸出控制模塊，參數讀寫模塊，通信模塊。系統軟件的流程圖如圖4．
5、結束語
本文利用MSP430單片機功能強大、功耗低的優點，設計了一種包括采集、分析和處理電機的多種運行參數的智能儀表，實現了對牽引皮帶輸送機的有效保護。該智能儀表已成功應用于九江石化燃運輸煤皮帶控制系統的改造項目中，運行性能良好。如果對儀表稍加擴充就可以應用于別的控制系統中，具有較高的推廣價值。
三門峽富通新能源銷售皮帶輸送機、刮板式輸送機、顆粒機、木屑顆粒機等機械設備。
