煤礦溫度和瓦斯濃度無線監測系統的設計
每次瓦斯濃度測量之前,斷開開關K,延時50 ms,以采集峰值。用50 ms進行A/D轉換并且將數據存儲,定時到時合上開關K,放電。同樣。每回發送數據之前進行10次數據采集并取平均。如果得到的結果大于設定的電壓,下位機報警,現場發光二極管閃爍。
3 系統工作流程
本系統是無線監測系統,下位機電路采用鋰電池供電,要求連續工作1年以上,因此在設計系統流程時首先要考慮能耗問題。由于瓦斯和溫度的變化是一個比較緩慢的過程,只要15分鐘進行一次數據收發即可,因此可讓傳感器電路在絕大多數時間內處于睡眠狀態,以節約能耗。無線收發芯片CCl000的工作電流約為10 mA,而在睡眠狀態下僅有1μA;射頻功放在發送數據時耗電約為70 mA。
MSP430F135單片機的工作電流為300μA,在睡眠狀態下不到2μA。
為了節約能耗,將15分鐘分成90個時隙。上位機每隔lO s發一次時隙代碼Tc,Tc=0x00~0x59,每次發完后轉到接收狀態。上位機發送的數據幀包括4個字節的前導碼,1個字節的開始界定符0xF3,1個字節時隙代碼TC,并加上一個字節的CRC校驗碼提高無線傳輸的可靠性,因此一個數據幀共有7個字節,約需要12 ms。(CCl000的傳信率設置為4.8 kbps)
下位機要發送的數據包括4個字節的前導碼,1個字節的開始界定符0xF2,1個字節的地址碼,1個字節的溫度值數據。1個字節的瓦斯濃度數據,加上1個字節的CRC校驗碼。因此一個數據幀共有9個字節。這樣發送數據需要15 ms。
在此基礎上,設計了無線監測系統流程,給每臺下位機分配20 ms的發送時間,240臺下位機(序號從0x01到0xF0)完成一次通信共需要4.8 s。
下位機流程如下:
(1)下位機初始化后轉到接收狀態;收到時隙代碼Tc后計算睡眠時間t,進入睡眠。t=lO×(90一Tc)一1.5 s.
同時將定時器t2清零并開始定時。
(2)定時器t2結束時,t2清零,開始執行信號采集子程序。
(3)當t2=1 s時,斷開信號采集電路,并轉到接收狀態。
(4)當t2=1.5 s時,接收同步信號0x00,并根據本機地址碼n計算發送數據的時刻
t1=(n一1)×20 ms.
同時將定時器t1、t2清零,開始定時,下位機進入睡眠狀態。
(5)第n個下位機在tl=(n一1)×20 ms時被喚醒并發送數據,發送完后再次進入睡眠狀態,轉到步驟(2)。上位機的流程較為簡單,下面只給出下位機工作的流程圖,如圖3所示。
4 結束語
本系統有效地采集了煤礦井下多個測點的溫度和瓦斯濃度;低功耗工作延長了系統的工作壽命;無線傳輸降低了系統的復雜度和布線費用。系統具有很高的可靠性和性價比。
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