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煤矿温度和瓦斯浓度无线监测系统的设计
来源:本站整理  作者:佚名  2009-06-17 14:56:32



每次瓦斯浓度测量之前,断开开关K,延时50 ms,以采集峰值。用50 ms进行A/D转换并且将数据存储,定时到时合上开关K,放电。同样。每回发送数据之前进行10次数据采集并取平均。如果得到的结果大于设定的电压,下位机报警,现场发光二极管闪烁。


3 系统工作流程
    本系统是无线监测系统,下位机电路采用锂电池供电,要求连续工作1年以上,因此在设计系统流程时首先要考虑能耗问题。由于瓦斯和温度的变化是一个比较缓慢的过程,只要15分钟进行一次数据收发即可,因此可让传感器电路在绝大多数时间内处于睡眠状态,以节约能耗。无线收发芯片CCl000的工作电流约为10 mA,而在睡眠状态下仅有1μA;射频功放在发送数据时耗电约为70 mA。
    MSP430F135单片机的工作电流为300μA,在睡眠状态下不到2μA。
    为了节约能耗,将15分钟分成90个时隙。上位机每隔lO s发一次时隙代码Tc,Tc=0x00~0x59,每次发完后转到接收状态。上位机发送的数据帧包括4个字节的前导码,1个字节的开始界定符0xF3,1个字节时隙代码TC,并加上一个字节的CRC校验码提高无线传输的可靠性,因此一个数据帧共有7个字节,约需要12 ms。(CCl000的传信率设置为4.8 kbps)
    下位机要发送的数据包括4个字节的前导码,1个字节的开始界定符0xF2,1个字节的地址码,1个字节的温度值数据。1个字节的瓦斯浓度数据,加上1个字节的CRC校验码。因此一个数据帧共有9个字节。这样发送数据需要15 ms。
    在此基础上,设计了无线监测系统流程,给每台下位机分配20 ms的发送时间,240台下位机(序号从0x01到0xF0)完成一次通信共需要4.8 s。
    下位机流程如下:
    (1)下位机初始化后转到接收状态;收到时隙代码Tc后计算睡眠时间t,进入睡眠。t=lO×(90一Tc)一1.5 s.
    同时将定时器t2清零并开始定时。
    (2)定时器t2结束时,t2清零,开始执行信号采集子程序。
    (3)当t2=1 s时,断开信号采集电路,并转到接收状态。
    (4)当t2=1.5 s时,接收同步信号0x00,并根据本机地址码n计算发送数据的时刻
    t1=(n一1)×20 ms.
    同时将定时器t1、t2清零,开始定时,下位机进入睡眠状态。
    (5)第n个下位机在tl=(n一1)×20 ms时被唤醒并发送数据,发送完后再次进入睡眠状态,转到步骤(2)。上位机的流程较为简单,下面只给出下位机工作的流程图,如图3所示。

4 结束语
    本系统有效地采集了煤矿井下多个测点的温度和瓦斯浓度;低功耗工作延长了系统的工作寿命;无线传输降低了系统的复杂度和布线费用。系统具有很高的可靠性和性价比。

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