盘式液压制动器是采煤机上一个重要部件，在坡度小于15°时制动器的负载不是很高，但坡度大时由于要频繁使用，所以造成的摩擦升温问题相对要严重，对摩擦片的损伤较大，而且温升引起的漏油也通常导致压力不够。另一方面，如果摩擦片的磨损量过大，也会引起制动性能的减弱。目前对磨损量的测量主要是通过采煤机后盖的孔利用深度尺来测量，这样造成的人为因素较大，如果摩擦片更换的早，将会造成成本上的浪费，如没有及时更换摩擦片，会存在着很大的安全隐患，所以有必要设计一个制动器的智能监测系统，对制动时的温度和磨损量进行实时监测。

1、制动器的工作原理

    盘式液压制动器的结构如图1。制动器装在采煤机的牵引电机主轴的端面，是由采煤机的调高系统控制供油回路，液压油经进油口3到制动器的缸体8内，由电磁阀控制液压油的通断。当关掉电磁阀时油路被切断，在弹簧弹力的作用下推动活塞压紧制动盘和摩擦片，从而产生摩擦力矩使采煤机制动。

1—摩擦片 2—制动盘 3—进油口 4—螺孔 5—后盖 6—弹簧 7—活塞 8—缸体

图1  盘式液压制动器的结构

2 系统总体设计

    盘式液压制动器的监测系统由温度检测电路、位移检测电路、显示电路和报警电路等部分组成。通过多路模拟开关选择热电偶，将测量的温度信号经MAX6675将模拟信号转换成数字信号，再到单片机C8051F02O的输入端；通过涡流传感器检测的位移信号到C8051F020的A/D转换的输入端，将电压信号转换成数字信号；通过单片机的处理用液晶显示，当温度和磨损量超标时报警电路发出声光报警，使工作人员可以及时更换摩擦片，图2为该系统的工作原理图。

图2  系统工作原理图

3 系统硬件设计

3.1、微处理器的选择

    C8051F020微处理器具有高速、流水结构8051兼容的CIP-51内核。12位8通道ADC，两个12位DAC，具有可编程数据更新方式；64 K字节可在系统编程的FLASH存储器，4352字节的片内RAM 可寻址；64 K字节地址空间的外部数据存储器接口；硬件实现的SPI、SMBus/I2C和两个UART串行接口；5个通用的16位定时器；具有5个捕捉/比较模块的可编程计数器/定时器阵列片内“看门狗”定时器、VDD监视器等。

3.2、温度测量电路

    温度传感器选用K型热电偶，K型热电偶具有测温范围宽、性能稳定、热电动势与温度近似成线性关系等特点。系统中采用MAX6675对K 型热电偶的非线性进行了内部修正。同时，在MAX6675内部具有集成的冷端补偿电路、非线性校正电路和断线检测电路，使K型热电偶的应用非常方便。  MAX6675将温度信号转换成12位的数字信号，分辨率可达0.25℃，可以满足系统的要求。MAX6675单片机的接口采用的是SPI总线方式，其测温电路如图3所示。

图3  测温电路

3.3、位移测量电路

    对于磨损量的测量选用涡流传感器，将被测金属相对于传感器探头之间距离的变化转化为电压或电流变化，从而测出磨损量的多少。传感器量程为12 mm，采用24 V 供电，输出电流为0～20mA，需加采样电阻到C8051F020的A/D输入端。

4 系统软件设计

4.1、温度检测程序的设计

    由于MAX6675采用标准的SPI接口，在进行温度采集时用SPI时序读取MAX6675里边的温度值。SPI初始化程序主要设置SPI移位寄存器移人的数据的位数和设置SPI时序的工作时钟频率。其SPI初始化程序和温度采集程序如下。

void SPI0_Init(void)

{

SPI0CFG=0x87；数据移人8位

SPI0CN=0x03；主方式启动SPI

SPI0CKR=SYSCLK/2/200000；SCK 时钟频率200KH z

}

void SPI0_collect(void)

{

CS= 1：

CS= 0；

m =0：

for(k=0；k< 2；k+ + )

{

SPIEN=1；启动SPI

SPIF= 0；

SP10DAT=0x00：

do{}while(SPIF==0)；寄存器接收8位数据

SPIF=0;

wendu[m++]=SPI0DAT；把寄存器数据存人数组

}

CS= 1；

}

4．2 A/D转换程序

    C8O51F020的ADC0系统包括可编程模拟多路选择器、可编程增益放大器和逐次逼近寄存器型ADC。用软件控制特殊功能寄存器来选择输入通道、基准电压、放大倍数和启动方式。只有当ADC0控制寄存器中的ADOEN位被置‘1’时ADC0系统才被允许工作。当ADOEN位为‘0’时，ADC0系统处于低功耗关断方式。其初始化程序如下：

void ADC_init(void)

{

REFOCN=0x03；选择内部基准电压为ADC0参考电压

AMX0CF=0x00；配置输人为单端输入方式

AMX0SL_0x00；选择第0通道

ADC0CF_0x20；设置转换时钟和放大倍数

ADC0CN_0x00；设置ADC0为低功耗停机

状态

}

通过向AD0BUSY 写‘1’启动数据转换，查询AD0INT位确定转换何时结束，其步骤如下：．

1．写‘0’到AD0INT；

2．向AD0BUSY 写‘1’；

． 3．查询并等待AD0INT变‘1’；

4．处理ADC0数据。

void ADC_collect(void)

{

unsigned char n=0：

ADOEN=1；启动ADC0

ADOIN T=0：

ADOBUSY=1；启动数据转换

do{;}while(AD0INT= =0)；

weiyi[n++]=ADC0H；

weiyi[n++]=ADC0L；

AD0EN=0：

AD0INT=0：

5 结语

    该监测系统采用单片机对制动器制动时的温度和磨损量进行了实施监测，并具有报警功能。提高了制动器的安全性能，具有一定的实用价值。