基于无线通信的压力数据采集系统

摘要

煤炭是我国的主要能源之一,在国民经济中发挥着非常重要的作用。而近年来,煤矿事故频发,主要是瓦斯和顶板事故,对矿井的安全生产造成极大损害。为了科学管理矿山生产、减少顶板事故就必须实现对煤矿井下顶板压力的检测与控制。目前我国绝大多数煤矿井下顼板压力检测采用精度低、工作效率低的机械式或液压式检测仪器。而较先进的矿压检测系统,由于采用有线的通信方式,存在配置复杂,布线、维护困难,同时兼容性差,扩展能力不强等缺点。因此,研制一套基于无线通信的压力数据监测系统是十分必要的。
　　本文在深入比较了国内外顶板压力数据采集系统和处理设备的优劣后,在查阅了大量相关文献和资料的基础上,设计了一套集井下顶板压力数据采集装置、无线采集传输装置、信息传输接口装置及PC软件于一体的智能分析系统。整个系统采用低功耗设计,其中,井下顶板压力数据采集装置采用高性能的控制器C8051F310,不仅能够完成对顶板压力数据的定时采集和存储、对智能分析装置发送的各种无线命令进行无线接收和处理、同时将压力数据无线发射给无线采集装置;手持数据采集器采用控制器C8051F310,实现对压力数据进行无线接收和存储;传输接口同样采用C8051F310,实现与采集器的对接工作,并将数据上传的PC机,由系统软件完成数据的分析处理[3]。
　　首先,简要阐述了系统的整体方案,各个装置所要完成的功能以及微控制器、压力传感器的选取和无线传输方式的使用。然后根据各个装置具体的功能要求,分别从硬件和软件两方面进行介绍。硬件电路设计包括电源电路、存储电路、报警电路、无线模块、串口通信电路、显示电路、按键电路等电路设计;软件设计采用模块化程序设计思想,包括系统初始化子程序、系统设置子程序(实时时钟调整、系统调零)、对井下顶板压力数据的无线采集、存储子程序、压力数据采集与发送子程序等模块设计;上位机软件实现对采集数据的分析,了解压力分站的运行状态,下发控制指令远程控制设备和采集压力数据。经过大量的实验验证,本系统运行稳定,操作方便,同时具有测量精度高、体积小、功耗低等特点,达到了系统所要求的性能指标。该系统的研制提高了我国井下顶板压力检测自动化程度,对我国煤炭行业的安全生产有着重要的意义。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 选题的目的和意义

1.2 矿压检测仪器的研究现状

1.2.1 国内矿压检测仪器的研究现状

1.2.2 国外矿压检测仪器的发展现状

1.2.3 目前矿压检测仪器的不足之处

1.3 矿压检测仪器的发展方向

1.4 本文的主要内容

1.5 本文章节安排

第二章 系统整体设计

2.1 C8051Fxxx系列单片机介绍及选型

2.1.1 CIP-51TM内核

2.1.2 存储器

2.1.3 JTAG调试和边界扫描

2.1.4 可编程数字I/O和交叉开关

2.1.5 可编程计数器阵列

2.1.6 串行端口

2.1.7 模数转换器

2.1.8 数模转换器

2.1.9 比较器

2.2 QE232A-RS多通道微功率嵌入式无线串口数传模块

2.2.1 QE232A-RS引脚定义及使用

2.2.2 QE232A-RS模块的组网应用

2.3 存储模块

2.3.1 M25P32引脚定义及功能

2.3.2 M25P32操作方法

2.3.3 M25P32在系统中的应用

2.4 时钟电路

2.4.1 PCF8563功能简介

2.4.2 PCF8563基本工作原理

2.4.3 PCF8563在系统中的应用

2.5 显示电路

2.6 JTAG电路设计

2.7 本章小结

第三章 压力数据采集装置的设计

3.1 压力数据采集装置的硬件设计

3.1.1 压力传感器的选型及测量精度

3.1.2 电源电路设计

3.1.3 报警电路设计

3.1.4 按键电路设计

3.1.5 无线模块接口设计

3.2 压力数据采集装置的软件设计

3.2.1 系统初始化程序设计

3.2.2 系统设置子程序设计

3.2.3 压力数据采集、存储及报警程序设计

3.2.4 压力数据无线数据传输程序设计

3.3 本章小结

第四章 手持数据采集装置的设计

4.1 手持数据采集装置的硬件设计

4.1.1 手持数据采集装置的电源电路设计

4.1.2 手持数据采集装置的功能键盘电路设计

4.1.3 手持数据采集装置无线模块接口设计

4.2 手持数据采集装置的软件设计

4.2.1 手持数据采集装置系统初始化程序

4.2.2 手持数据采集装置键盘功能选择程序

4.2.3 手持数据采集装置无线采集、传输程序

4.3 本章小结

第五章 信息传输接口的设计

5.1 信息传输接口的硬件设计

5.1.1 信息传输接口的电源电路

5.1.2 信息传输接口的串口选择电路

5.1.3 信息传输接口的无线模块接口电路

5.1.3 信息传输接口的RS232串口电路

5.2 信息传输接口的软件设计

5.2.1 信息传输接口的程序初始化

5.2.2 信息传输接口的串口中断程序设计

5.3 本章小结

第六章 PC机软件的应用及功能实现

6.1 通信协议

6.1.1 手持数据采集装置与压力数据采集装置的通信

6.1.2 信息传输接口与上位机的通信

6.2 数据下载软件介绍

6.3 管理软件

6.4 系统联机试验分析

6.4.1 联机试验操作

6.4.2 数据处理分析

6.4.3 管理软件操作

6.5 本章小结

第七章 总结及展望

参考文献

附录1:压力数据采集装置电路图

附录2:手持数据采集装置电路图

附录3:信息传输接口电路图

致谢

研究生期间发表的论文