煤礦溫度和瓦斯濃度無(wú)線(xiàn)監測系統的設計

每次瓦斯濃度測量之前，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)K，延時(shí)50 ms，以采集峰值。用50 ms進(jìn)行A／D轉換并且將數據存儲，定時(shí)到時(shí)合上開(kāi)關(guān)K，放電。同樣。每回發(fā)送數據之前進(jìn)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(chǎng)發(fā)光二極管閃爍。

3 系統工作流程
本系統是無(wú)線(xiàn)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(shí)首先要考慮能耗問(wèn)題。由于瓦斯和溫度的變化是一個(gè)比較緩慢的過(guò)程，只要15分鐘進(jìn)行一次數據收發(fā)即可，因此可讓傳感器電路在絕大多數時(shí)間內處于睡眠狀態(tài)，以節約能耗。無(wú)線(xiàn)收發(fā)芯片CCl000的工作電流約為10 mA，而在睡眠狀態(tài)下僅有1μA；射頻功放在發(fā)送數據時(shí)耗電約為70 mA。
MSP430F135單片機的工作電流為300μA，在睡眠狀態(tài)下不到2μA。
為了節約能耗，將15分鐘分成90個(gè)時(shí)隙。上位機每隔lO s發(fā)一次時(shí)隙代碼Tc，Tc=0x00～0x59，每次發(fā)完后轉到接收狀態(tài)。上位機發(fā)送的數據幀包括4個(gè)字節的前導碼，1個(gè)字節的開(kāi)始界定符0xF3，1個(gè)字節時(shí)隙代碼TC，并加上一個(gè)字節的CRC校驗碼提高無(wú)線(xiàn)傳輸的可靠性，因此一個(gè)數據幀共有7個(gè)字節，約需要12 ms。(CCl000的傳信率設置為4．8 kbps)
下位機要發(fā)送的數據包括4個(gè)字節的前導碼，1個(gè)字節的開(kāi)始界定符0xF2，1個(gè)字節的地址碼，1個(gè)字節的溫度值數據。1個(gè)字節的瓦斯濃度數據，加上1個(gè)字節的CRC校驗碼。因此一個(gè)數據幀共有9個(gè)字節。這樣發(fā)送數據需要15 ms。
在此基礎上，設計了無(wú)線(xiàn)監測系統流程，給每臺下位機分配20 ms的發(fā)送時(shí)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(tài)；收到時(shí)隙代碼Tc后計算睡眠時(shí)間t，進(jìn)入睡眠。t=lO×(90一Tc)一1．5 s．
同時(shí)將定時(shí)器t2清零并開(kāi)始定時(shí)。
(2)定時(shí)器t2結束時(shí)，t2清零，開(kāi)始執行信號采集子程序。
(3)當t2=1 s時(shí)，斷開(kāi)信號采集電路，并轉到接收狀態(tài)。
(4)當t2=1．5 s時(shí)，接收同步信號0x00，并根據本機地址碼n計算發(fā)送數據的時(shí)刻
t1=(n一1)×20 ms．
同時(shí)將定時(shí)器t1、t2清零，開(kāi)始定時(shí)，下位機進(jìn)入睡眠狀態(tài)。
(5)第n個(gè)下位機在tl=(n一1)×20 ms時(shí)被喚醒并發(fā)送數據，發(fā)送完后再次進(jìn)入睡眠狀態(tài)，轉到步驟(2)。上位機的流程較為簡(jiǎn)單，下面只給出下位機工作的流程圖，如圖3所示。

4 結束語(yǔ)
本系統有效地采集了煤礦井下多個(gè)測點(diǎn)的溫度和瓦斯濃度；低功耗工作延長(cháng)了系統的工作壽命；無(wú)線(xiàn)傳輸降低了系統的復雜度和布線(xiàn)費用。系統具有很高的可靠性和性?xún)r(jià)比。