基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的煤礦頂板壓力監測系統
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2.4 天線(xiàn)
CC2430在2.4 GHz頻段上使用直接序列擴展頻譜(DSSS)來(lái)擴展輸出功率，從而使通信鏈路具有很強的抗干擾性，即使在嘈雜的環(huán)境中也能運行。CC2430可使用不同類(lèi)型的天線(xiàn)。常用的是偶極子的差分天線(xiàn)，λ/2偶極子天線(xiàn)長(cháng)度計算公式為：L=12 250/f。其中f的單位是MHz，長(cháng)度單位是cm。2.45 GHz的天線(xiàn)必須是5.8 cm，每邊為2.9 cm。如果用于短距離通信也可以應用單極子、螺旋或環(huán)狀天線(xiàn)。在硬件設計中，須使用雙面印刷電路板，板面必須很好地鋪地。布置元件時(shí)應盡可能靠近，外接元件越小越好。元件接地時(shí)，需單獨接地，切勿星狀接地，形成環(huán)流，影響系統的運行。
3 匯聚節點(diǎn)
匯聚節點(diǎn)[6]（如圖1所示）采用無(wú)線(xiàn)接收、有線(xiàn)發(fā)送的方式。匯聚節點(diǎn)的主控制芯片為CC2430。CC2430無(wú)線(xiàn)接收各終端節點(diǎn)發(fā)送過(guò)來(lái)的礦井頂板地址數據和頂板壓力數據，將其按相應的地址號存儲在相應的地址單元。由于匯聚節點(diǎn)接收的數據量較大,本系統采用AT24C256作為數據存儲器，控制圖與圖3相似，不再重復給出。匯聚節點(diǎn)將接收到的地址數據和頂板壓力數據整理打包，通過(guò)USB口將數據發(fā)送至傳輸接口。CH341T是一個(gè)USB總線(xiàn)的轉接芯片，通過(guò)USB總線(xiàn)提供串口、打印口或者并口。在串口方式下，CH341T 提供串口發(fā)送使能、串口接收就緒等交互式的速率控制信號以及常用的MODEM 聯(lián)絡(luò )信號，用于將普通的串口設備直接升級到USB 總線(xiàn)。在并口方式下，CH341T 提供了EPP 方式或者M(jìn)EM方式的8 bit并行接口，用于在不需要單片機/DSP/MCU 的環(huán)境下,直接輸入輸出數據。CH341T與CC2430接口圖如圖4所示。圖4中P0_3設置為T(mén)XD，P0_2設置為RXD，因此，CC2430控制寄存器需作相應的設置。具體設置為：外設控制寄存器PERCFG=XXXXXXX0；輸入配置寄存器ADCCFG=XXXX00X1；端口功能選擇器P0SEL=XXXX111?！?BR>
4 傳輸接口
傳輸接口[6-7]安裝在地面監測站和無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )匯聚節點(diǎn)之間，將匯聚節點(diǎn)傳輸來(lái)的煤礦頂板的地址數據和頂板壓力數據通過(guò)USB口傳輸至上位管理主機中。由于傳輸接口與地面監測站之間距離較遠，因此為了確保傳輸數據的正確性，需要對USB通信加中繼，提高其傳輸能力。同時(shí)，傳輸接口對接收到數據進(jìn)行處理，當接收到某一地址的頂板壓力數據接近或超過(guò)預先設置的數據時(shí)，發(fā)出聲光報警。因此，從匯聚節點(diǎn)傳輸的USB信號需進(jìn)行增強和分路,如圖5所示。AU9254可實(shí)現USB 1路到4路的分路,同時(shí)可以從RJ-45口實(shí)現遠距離傳輸。
傳輸接口采用C8051F320為主控芯片對接收到的數據進(jìn)行處理。C8051F320系列器件使用Silicon Labs的專(zhuān)利CIP-51微控制器內核。CIP-51與MCS-51指令集完全兼容，可以使用標準803x/805x的匯編器和編譯器進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)，CIP-51內核具有標準8052的所有外設部件，片內調試電路提供全速、非侵入式的在系統調試。C8051F320的USB接口符合USB2.0版規范，可以實(shí)現全速(12 Mb/s)或低速(1.5 Mb/s)的串行通信。C8051F320與USB接口圖如圖6所示。
5 地面中心站
地面中心站接收由傳輸接口通過(guò)USB傳輸來(lái)的煤礦頂板的地址數據和頂板壓力數據，對數據進(jìn)行相應規劃和處理，在監控中心顯示屏中實(shí)時(shí)顯示煤礦頂板地址以及相應地址的頂板壓力數據。在地面中心站中編制相應的管理軟件，將接收的數據和系統數據存儲在數據庫中，通過(guò)鼠標點(diǎn)擊某一地址，就可以查閱該地址處頂板壓力的歷史數據曲線(xiàn)和安全數據，及時(shí)發(fā)出事故報警橙色信息，為預防頂板冒頂事故的發(fā)生提供科學(xué)的依據。
本文設計了一種基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的礦井頂板壓力監測控制系統，并設計了無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)頂板壓力檢測、無(wú)線(xiàn)傳輸電路。通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )可實(shí)現對礦井下各頂板壓力的實(shí)時(shí)監測，為預防頂板冒頂事故的發(fā)生提供科學(xué)的依據。同時(shí)本系統還可以添加相應的傳感器監測井下作業(yè)區的溫濕度、氧含量、有毒有害氣體含量、粉塵含量等多種環(huán)境參數的監測，這將為煤礦及其相關(guān)行業(yè)的安全生產(chǎn)提供可靠的分析和保障，具有重大的經(jīng)濟及社會(huì )意義。
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