耿翔宇+何正紅+姬廣振+蔣一博+黃碧豪+郝雪弟
摘 要:井下設(shè)備部件受損,振動(dòng)信號(hào)便會(huì)發(fā)生變化。設(shè)備會(huì)有不同的受損情況,這就需要通過設(shè)備振動(dòng)信號(hào)的變化情況來進(jìn)行判斷,對(duì)于已經(jīng)受損的部件和部件具體的損壞情況進(jìn)行識(shí)別。如果我們能以無線傳輸?shù)男问阶屗贾玫膫鞲衅鞴?jié)點(diǎn)和上位機(jī)進(jìn)行通信,來組成無線傳感器網(wǎng)絡(luò),這會(huì)顯著提高振動(dòng)信號(hào)采集的效率。我們應(yīng)用單片機(jī),,振動(dòng)數(shù)據(jù)傳感器,A/D和D/A轉(zhuǎn)換器組成一個(gè)小型的WiFi傳輸鏈,實(shí)現(xiàn)了振動(dòng)數(shù)據(jù)的無線傳輸,方便第一時(shí)間知道井下設(shè)備受損的情況。
關(guān)鍵詞:振動(dòng)數(shù)據(jù);無線傳輸;STC89C52RC單片機(jī);NRF905;振動(dòng)數(shù)據(jù)傳感器
1 緒論
在煤炭生產(chǎn)中,通過監(jiān)測設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài),并對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行分析,能夠可以發(fā)現(xiàn)哪些特征參數(shù)便發(fā)生了變化,從而判斷出設(shè)備是否出現(xiàn)故障。要保證煤礦井下的安全生產(chǎn),就無法離開對(duì)井下設(shè)備的監(jiān)控,怎樣能實(shí)時(shí)有效地獲知井下設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài),對(duì)井下的生產(chǎn)安全起著至關(guān)重要的作用,而其中振動(dòng)數(shù)據(jù)的獲取尤其重要。
2 Wifi無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)
現(xiàn)階段,針對(duì)井下設(shè)備的振動(dòng)數(shù)據(jù)采集分析希望能夠通過無線方式來實(shí)現(xiàn),而振動(dòng)信號(hào)無線傳輸技術(shù)仍不夠成熟,井下布局又十分復(fù)雜。為實(shí)現(xiàn)振動(dòng)數(shù)據(jù)的無線傳輸,需要在已有短距離無線傳輸方式Zigbee、WiFi、藍(lán)牙、超寬帶中進(jìn)行對(duì)比分析,找出較為適合的無線通訊方式,并對(duì)其展開全面探究與分析。
我們的選擇:相比較地面來說,井下空間不足,存在眾多障礙,會(huì)影響傳輸信號(hào)的真實(shí)性。ZigBee的傳輸?shù)拇δ芰μ?,這明顯不適合于井下的傳輸。藍(lán)牙的傳輸熟慮不是很快,并且它的應(yīng)用成本偏高,對(duì)于井下這個(gè)需要大規(guī)模傳輸數(shù)據(jù)的地方來說顯然不適合。Wifi傳輸速率快,傳輸范圍相對(duì)比較大,在井下組建wifi網(wǎng)絡(luò),類似局域網(wǎng)之類的,可以很方便的傳輸數(shù)據(jù)。因此wifi更適合作為井下的無線傳輸方法。
3 無線傳輸?shù)挠布O(shè)計(jì)
3.1 單片機(jī)選型
STC89C52RC是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有 8K字節(jié)系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。STC89C52使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核,但做了很多的改進(jìn)使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機(jī)不具備的功能。在單芯片上,擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash,使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。
3.2 硬件的連接
先是由振動(dòng)傳感器產(chǎn)生振動(dòng)信號(hào),再通過A/D轉(zhuǎn)換器,接著是單片機(jī)再到nRF905發(fā)送端,再由nRF905接收端接受,然后到單片機(jī),經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換器最后傳輸?shù)诫娔X上。
4 無線傳輸?shù)能浖O(shè)計(jì)
nRF905 發(fā)送數(shù)據(jù)的流程介紹:
(1)當(dāng)單片機(jī)有數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí), 通過SPI 接口, 按時(shí)序把接收機(jī)的地址和要發(fā)送的數(shù)據(jù)送傳給nRF905, SPI 接口的速率在通信協(xié)議和器件配置時(shí)確定;
(2) 通過單片機(jī)置高TRX_CE 和TX_EN, 激發(fā)nRF905 的射頻發(fā)送(ShockBurstTM)模式;
(3)若單片機(jī)置AUTO_RETRAN 寄存器為高, 表示需要重發(fā)數(shù)據(jù), nRF905 不斷重發(fā), 直到單片機(jī)將TRX_CE 置低;
(4)當(dāng)TRX_CE 被置低, nRF905 發(fā)送過程完成, 自動(dòng)進(jìn)入空閑模式。
nRF905 接收數(shù)據(jù)的流程介紹:
當(dāng)TRX_CE為高、TX_EN為低時(shí),nRF905進(jìn)入接收模式:
(1)650μs后,nRF905開始監(jiān)聽無線電信號(hào);
(2)當(dāng)nRF905檢測接收頻率的載波時(shí),CD變?yōu)楦唠娖?;?dāng)接收到一個(gè)有效的地址,AM變?yōu)楦唠娖剑?/p>
(3)當(dāng)被接收的數(shù)據(jù)包CRC校驗(yàn)正確,nRF905將除去報(bào)頭,地址及CRC比特,同時(shí)使DR變?yōu)楦唠娖剑?/p>
(4)微控制器把TRX_CE置低,nRF905進(jìn)入空閑模式;微控制器通過SPI口,以一定的速率把數(shù)據(jù)移到微控制器內(nèi);
(5)當(dāng)所有的負(fù)載數(shù)據(jù)傳出后,nRF905再次將設(shè)定AM和DR為低電平;
5 結(jié)論
本課題采用WiFi技術(shù)作為一種無線傳輸技術(shù),它接收無線電信號(hào)可以達(dá)到數(shù)百英尺。它有一個(gè)最大優(yōu)點(diǎn),那就是傳輸速度很高,而且如果出現(xiàn)信號(hào)較弱或者有干擾,它的帶寬是可以進(jìn)行調(diào)整的,網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和可靠性可以得到比較有效地保障。另外,它有較長的傳輸有效距離,而且如果是在開放性區(qū)域,其通信距離可以達(dá)到305m,如果是在封閉性區(qū)域,其通信的距離為76m-122m,若想要增加其傳輸距離,還可以加入功率放大電路。但WiFi技術(shù)的價(jià)格偏高、抗干擾不強(qiáng)、功耗量較大??紤]礦井下現(xiàn)場情況考慮到礦井下現(xiàn)場情況和機(jī)械振動(dòng)檢測系統(tǒng)的實(shí)際特點(diǎn),若解決供電問題,選擇無線WiFi作為井下系統(tǒng)的振動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸方式更加有優(yōu)勢。
參考文獻(xiàn)
[1] 宏晶科技.JASK1000+開發(fā)板原理圖+系列單片機(jī)器件手冊[DB/OL].