礦井主要通風(fēng)機(jī)風(fēng)量測試系統(tǒng)設(shè)計

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1、礦井主要通風(fēng)機(jī)風(fēng)量測試系統(tǒng)設(shè)計摘要在分析了傳統(tǒng)礦用主要通風(fēng)機(jī)在測試風(fēng)量數(shù)據(jù)時存在的如布線困難、數(shù)據(jù)處理不及時等問題的基礎(chǔ)上，提出應(yīng)用GPRS技術(shù)來解決這些問題的實現(xiàn)方法。詳細(xì)介紹了GPRS應(yīng)用于該系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)方法，并對系統(tǒng)軟硬件設(shè)計做了詳盡描述。關(guān)鍵詞礦井主要通風(fēng)機(jī)風(fēng)量GPRS目前在采集礦用主要通風(fēng)機(jī)風(fēng)量參數(shù)時所選用的儀器儀表，多采用有線方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸［1-3］o有線傳輸方式有著速度快、穩(wěn)定可靠的優(yōu)點，但其在礦碉布線的過程中需要架設(shè)儀器、鋪設(shè)電纜，難度較大，不利于人工現(xiàn)場作業(yè)；通常所測得的數(shù)據(jù)大多只能直接打印輸出，在分析和處理數(shù)據(jù)的

2、時候還需要手工重新錄入，即浪費(fèi)了人力、物力，又給后續(xù)工作帶來很大不便［4］。針對以上風(fēng)機(jī)風(fēng)量參數(shù)測試中傳統(tǒng)儀器測量存在的諸多缺陷，本系統(tǒng)將從數(shù)據(jù)傳輸方式、系統(tǒng)構(gòu)成上進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)。首先，將有線傳輸改為無線傳輸，GPRS模塊由于具有永遠(yuǎn)在線、自由切換、傳輸速率高、計費(fèi)靈活便宜等優(yōu)點而有著極為廣泛的應(yīng)用［5,6］o因此選用GPRS無線傳輸技術(shù)作為系統(tǒng)的傳輸方式。其次，對于系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)而言，改變以往單一儀器工作的方式，將測得的風(fēng)速數(shù)據(jù)通過無線傳輸技術(shù)送到遠(yuǎn)程中心計算機(jī)當(dāng)中，從而構(gòu)成一個測試系統(tǒng)，這樣既可以對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的分析處理操作，又可

3、以永久保存，隨時調(diào)取打印，還能通過互聯(lián)網(wǎng)能實現(xiàn)資源共享。1系統(tǒng)設(shè)計為了得到準(zhǔn)確的礦用主要通風(fēng)機(jī)風(fēng)量值，要對礦碉中同一截面多點位置的風(fēng)速進(jìn)行采集，本系統(tǒng)在GPRS網(wǎng)絡(luò)成熟發(fā)展和高密度的網(wǎng)絡(luò)覆蓋的基礎(chǔ)上，利用現(xiàn)有的資源，以最低的投資，建立一個礦用主要通風(fēng)機(jī)風(fēng)量無線傳輸系統(tǒng)。系統(tǒng)主要包括現(xiàn)場部分、公共網(wǎng)絡(luò)部分和遠(yuǎn)程測試中心三部分，且具有三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)場部分主要由風(fēng)速傳感器、數(shù)據(jù)采集板、GPRS無線傳輸板組成。數(shù)據(jù)采集板通過不斷喚醒風(fēng)速傳感器測量風(fēng)速數(shù)據(jù)，并在數(shù)據(jù)采集板中的控制部件單片機(jī)進(jìn)行處理、存儲。當(dāng)數(shù)據(jù)的發(fā)送時間到時，數(shù)據(jù)采集板就立即通過

4、標(biāo)準(zhǔn)串行口電路將數(shù)據(jù)送到GPRS無線傳輸板上，經(jīng)過對數(shù)據(jù)的打包、封裝發(fā)送到中國移動的GPRS網(wǎng)絡(luò)及Internet網(wǎng)絡(luò)上，最終將采集到的風(fēng)速數(shù)據(jù)以無線傳輸方式發(fā)送到遠(yuǎn)程測試中心計算機(jī)上，從而完成數(shù)據(jù)的永久保存、打印輸出，并可通過局域網(wǎng)實現(xiàn)共享。2系統(tǒng)硬件設(shè)計本系統(tǒng)所設(shè)計的系統(tǒng)硬件由數(shù)據(jù)采集板、GPRS無線數(shù)傳板、串行通信模塊和電源模塊四部分組成。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。系統(tǒng)硬件完成的功能是當(dāng)數(shù)據(jù)采集板完成對風(fēng)速數(shù)據(jù)的采集與處理工作后，將獲得的風(fēng)速數(shù)據(jù)通過標(biāo)準(zhǔn)串行口模塊輸送到GPRS無線數(shù)傳板上，并在GPRS無線數(shù)傳板內(nèi)置的嵌入式處理器進(jìn)

5、行處理以及協(xié)議的封裝，然后發(fā)送到GPRS網(wǎng)絡(luò)以及Internet網(wǎng)絡(luò)上，最終由遠(yuǎn)程測試中心計算機(jī)通過查詢方式接收傳來的風(fēng)速數(shù)據(jù)，同時完成風(fēng)速數(shù)據(jù)的顯示、存儲和輸出。2.1數(shù)據(jù)采集板片選及硬件電路圖數(shù)據(jù)采集板選用的風(fēng)速傳感器是采用三杯式光電風(fēng)速傳感器，當(dāng)風(fēng)吹動三杯時，帶動光碼盤旋轉(zhuǎn)利用發(fā)射管和接收管光電作用使之產(chǎn)生與風(fēng)速相對應(yīng)的電脈沖信號。將獲得的電脈沖信號經(jīng)過放大，整形送數(shù)據(jù)采集板中的多路接口電路，進(jìn)行風(fēng)速的采樣，然后由單片機(jī)按一定的時間進(jìn)行循環(huán)掃描，得到各路風(fēng)速值，從而完成數(shù)據(jù)采集板的風(fēng)速數(shù)據(jù)采集工作，并將采集到的風(fēng)速值通過標(biāo)準(zhǔn)的串口電

6、路模塊送到GPRS無線數(shù)傳板中。(1)單片機(jī)控制模塊：在數(shù)據(jù)采集板中選用AVR系列的ATmegal28L-8AU單片機(jī)作為數(shù)據(jù)采集板的控制核心部件。數(shù)據(jù)采集板上的單片機(jī)控制模塊需用引腳電路圖如圖2所示。(2)風(fēng)速傳感器及數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)化模塊本系統(tǒng)選用三杯式風(fēng)速傳感器，使用環(huán)境在-20oC~50oCo該風(fēng)速傳感器探頭引線桔黃色“+”為+5V電源，藍(lán)為“-”為接地和灰“信號”為產(chǎn)生脈沖信號端。風(fēng)速傳感器產(chǎn)生10個脈沖對應(yīng)風(fēng)速為1.Om/so每個風(fēng)速傳感器所產(chǎn)生的脈沖信號通過74LS04進(jìn)行TTL電平轉(zhuǎn)換后直接接到Atmegal28的INT0-IN

7、T7和PD4口上。分別對應(yīng)關(guān)系為1-8號風(fēng)速傳感器接到Atmegal28的專門用于信號輸入的端口INTO-INT7；9號風(fēng)速傳感器接到Atmegal28的PD4。從而完成9路風(fēng)速數(shù)據(jù)的采集過程。其數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)化模塊硬件電路及接口電路如圖3所示。(1)串口通信模塊在系統(tǒng)串口通信模塊中，串行口采用9芯標(biāo)準(zhǔn)RS-232C接口，所用到的引腳為2號接收數(shù)據(jù)RXD端和3號發(fā)送數(shù)據(jù)TXD端。由于RS-232C的電平與TTL電平不兼容，在單片機(jī)的串口和單片機(jī)接口之間加入了電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232O(2)電源模塊電源模塊采用AC-DC,可以外接220V電源，

8、該電源模塊將220V電源轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)所需的+12V和+5V電源。2.2GPRS無線傳輸板片選及硬件電路圖GPRS無線數(shù)傳板的功能是接收地面測試中心發(fā)送的指令，并進(jìn)行相應(yīng)的處理，然后通過串行通信模