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基于單片機(jī)及射頻器設(shè)備的井下坐標(biāo)系統(tǒng)建立

2017-01-21 15:34郝雪弟盧修遠(yuǎn)任禹宋晉韜趙體豪
卷宗 2016年10期
關(guān)鍵詞:單片機(jī)

郝雪弟+盧修遠(yuǎn)+任禹+宋晉韜+趙體豪+蔡靖

摘 要:應(yīng)用STCIAP15W4K61S4單片機(jī)、RD2.4GD 定向遠(yuǎn)距離讀卡器及LED電子顯示板建立一種井下自動定位系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)表明:按照設(shè)計(jì)完成系統(tǒng)組建后,人們在井下可以通過自己手中LED電子顯示板清楚看出自己所在位置,對于煤礦安全生產(chǎn)具有重要意義。

關(guān)鍵詞:單片機(jī);射頻器;井下坐標(biāo)建;立及定位

1 引言

隨著社會生活節(jié)奏的加快,人們也開始注重生產(chǎn)安全及效率的提高。而對于采煤工人而言,在井下?lián)碛幸粋€(gè)顯示自己準(zhǔn)確位置的系統(tǒng)用以確定工作面、采空區(qū)、各個(gè)巷道的精確位置對于提高工作效率,增加采煤工作安全性具有重要意義。目前的聯(lián)系測量方法都是以平面測量與高程測量兩部分為基礎(chǔ),相比于這些方法,本方法具有多重指數(shù)的立體顯示,直觀方便;全部依靠智能系統(tǒng),精確有效。

2 坐標(biāo)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 單片機(jī)

系統(tǒng)單片機(jī)采用深圳宏晶科技的STCIAP15W4K61S4,它具有低功耗、高速和抗干擾強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn),指令代碼完全兼容傳統(tǒng)的8051單片機(jī),管腳也和AT89C(S)51/52兼容,而且在此基礎(chǔ)上增加了其他功能。

2.2 RD2.4GD 定向遠(yuǎn)距離讀卡器

系統(tǒng)所用讀卡器具有如下特點(diǎn):標(biāo)簽識別速度快且為分時(shí)順序發(fā)送;標(biāo)簽讀取能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

讀卡器通訊設(shè)置: 波特率115200, 8位數(shù)據(jù)位, 1位停止位, 無校驗(yàn).

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

<02><30><31><30><30><31><32><33><34><41><42><43><44><42><46>

<0D><0A>

1 起始碼 0x01固定字符

2-3 地址碼 0x01值范圍1-255分為 2字節(jié)ASCII碼發(fā)送

4-13 卡 號 001234ABCD值范圍0x00 - 0XFFFFFFFFFF分為10字節(jié)ASCII碼發(fā)送

14-15 和校驗(yàn) 0xBF值范圍0x00-0xFF地址與卡號的和和校驗(yàn)分為2字節(jié)ASCII碼發(fā)送

16-17 結(jié)束碼0x02 固定字符

讀卡器接線說明:

2.2.1讀卡器精度調(diào)校

由于讀卡器是采用旋鈕調(diào)節(jié)信號接收范圍,并無固定刻度或者信號接收范圍的顯示,于是筆者進(jìn)行了RD2.4GD定向遠(yuǎn)距離讀卡器的范圍參數(shù)與旋鈕偏轉(zhuǎn)度數(shù)的實(shí)驗(yàn)。表格如下

由于井下環(huán)境多變,更遠(yuǎn)的距離定位就顯的無意義了。所以實(shí)驗(yàn)只做到定位范圍20m。

綜上,由于實(shí)驗(yàn)條件和實(shí)驗(yàn)精度的限制,卡片識別位置隨著距離而變化,很難找到精確的臨界值,以及部分卡片電池儲量難以估計(jì),所以難以精確測量范圍,以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)僅用做參考。

顯然,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)非線性。難以用線性來擬合。且井下條件特殊,射頻范圍難以動態(tài)變化,來提高定位精度。所以我們固定測量范圍,另外,距離越近,誤差越大。初值定位120度偏轉(zhuǎn)角,這樣,產(chǎn)生的測量誤差在可接受的范圍。

3 坐標(biāo)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過程

當(dāng)卡片靠近射頻器一定范圍內(nèi)時(shí),卡片自動發(fā)出電信號被射頻器捕捉,引發(fā)射頻器向單片機(jī)傳出數(shù)據(jù),單片機(jī)通過判斷輸入數(shù)據(jù)類型來判斷是否將讀卡器所在位置點(diǎn)顯示在LED電子顯示板上,從而使人們得以知曉自己所在位置,完成井下坐標(biāo)系統(tǒng)的建立及定位。

單片機(jī)與RD2.4GD通過R485鏈接的原理圖:

由上述原理,鏈接實(shí)驗(yàn)儀器。

3.1 射頻數(shù)據(jù)發(fā)送及單片機(jī)接收

射頻器有數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí),通過時(shí)序把要接收的地址和發(fā)送的數(shù)據(jù)傳輸給單片機(jī),傳輸效率根據(jù)通信協(xié)議和器件配置來確定。通過置高單片機(jī)相應(yīng)引腳來是單片機(jī)進(jìn)入接收狀態(tài),當(dāng)引腳便為低電平,接收完成并進(jìn)行待機(jī)。

3.2 單片機(jī)顯示

在接受數(shù)據(jù)完成后,通過中斷程序,刷新屏幕顯示,將相應(yīng)位置的像素點(diǎn)點(diǎn)亮來實(shí)現(xiàn)井下坐標(biāo)位置的顯示,供工作人員參考。

4 結(jié)束語

應(yīng)用單片機(jī),讀卡器及LED電子顯示板等裝置組建井下坐標(biāo)定位系統(tǒng)并完成定位,多次試驗(yàn)證明:在卡片靠近讀卡器一定距離范圍內(nèi),讀卡器能夠有效識別卡片信息并觸發(fā)內(nèi)部存儲程序,從而在LED電子顯示板上顯示出卡片所在位置,實(shí)現(xiàn)井下定位功能。通過調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)器,可以使系統(tǒng)工作有效距離在0-50米范圍。具有較高安全性和可靠性,對于確定工作面、采空區(qū)、各個(gè)巷道的精確位置從而提高工作效率,增加采煤工作安全性具有重要意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 宏晶科技.EasySTC15W開發(fā)板原理圖+系列單片機(jī)器件手冊[DB/OL].http://www.mcu-memory.com/datasheet/etc/STC.pdf,2010-12-01

[2] 崔政委 ,汪焰恩.基于單片機(jī)和nRF905SE的無線射頻收發(fā)模塊的系統(tǒng)設(shè)計(jì).機(jī)械與電子,2011,(6),19-22.

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