礦井平峒邊坡穩(wěn)定檢測系統(tǒng)

1、論文題目:礦井平崛邊坡穩(wěn)定檢測系統(tǒng)作者姓名：吳力民入學(xué)時間：2010年9月專業(yè)名稱：控制工程研究方向：智能檢測指導(dǎo)教師：閆相宏職稱:高級工程師論文提交日期：2012年5月論文答辯日期：2012年6月2日授予學(xué)位日期：2012年6月MineaditslopestabilitydetectionsystemADissertationsubmittedinfulfillmentoftherequirementsofthedegreeofMASTEROFENGINEERINGfromShandongUniversityofScienceandTechnologybyWuLiMinSupervisor:

2、ProfessorYanXiangHongCollegeofinformationandelectricalengineeringMay2012本人呈交給山東科技大學(xué)的這篇碩士學(xué)位論文，除了所列參考文獻(xiàn)和世所公認(rèn)的文獻(xiàn)外，全部是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下的研究成果。該論文資料尚沒有呈交于其它任何學(xué)術(shù)機(jī)關(guān)作鑒定。士生簽名：期：AFFIRMATIONIdeclarethatthisdissertation,submittedinfulfillmentoftherequirementsfortheawardofMasterofPhilosophyinShandongUniversityofScienceand

3、Technology,iswhollymyownworkunlessreferencedofacknowledge.Thedocumenthasnotbeensubmittedforqualificationatanyotheracademicinstitute.Signature:Date:摘要礦井平恫邊坡穩(wěn)定檢測系統(tǒng)是煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)的一個重要組成部分，用來檢測礦井平恫邊坡的穩(wěn)定性，為煤礦安全生產(chǎn)提供保障。要檢測礦井平恫邊坡的滑動、下沉等不穩(wěn)定狀況，本設(shè)計(jì)在邊坡上設(shè)置了60個檢測點(diǎn)，每個檢測點(diǎn)從橫向位移量和縱向位移量兩方面進(jìn)行檢測，橫向位移量通過檢測離層位移量來進(jìn)行判定，縱向位移量通過檢測

4、液壓變化量來進(jìn)行判定。再將檢測到的數(shù)據(jù)通過無線通訊發(fā)送給通訊分站，通訊分站再將檢測數(shù)據(jù)通過有線傳輸發(fā)送給通訊總站，最后發(fā)送給PC機(jī)，進(jìn)行綜合分析與處理。本設(shè)計(jì)主要包括三個部分：壓力檢測儀表的設(shè)計(jì)、離層檢測儀表的設(shè)計(jì)、通訊分站的設(shè)計(jì)。壓力檢測儀表通過檢測液壓變化量來判定邊坡穩(wěn)定性，主要包括高精度壓力傳感器、溫度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換、433MHz無線射頻通訊等部分。離層檢測儀表通過檢測離層位移量來判定邊坡穩(wěn)定性，主要包括高離層傳感器、A/D轉(zhuǎn)換、433MHz無線射頻通訊等部分。通訊分站接收各檢測儀表發(fā)送來的無線數(shù)據(jù)，再將其轉(zhuǎn)換為RS485信號，發(fā)送給通訊總站，通訊分站主要包括無線射頻通訊部分和RS4

5、85轉(zhuǎn)換部分。本論文設(shè)計(jì)的礦井平恫邊坡穩(wěn)定檢測系統(tǒng)能夠精確、實(shí)時檢測邊坡的穩(wěn)定性，能及時發(fā)現(xiàn)邊坡的不穩(wěn)定現(xiàn)象，為處理險情贏得時間，保障了煤礦工作人員的生命財產(chǎn)安全。關(guān)鍵字：礦井平恫邊坡；穩(wěn)定檢測；壓力檢測儀表；離層檢測儀表；通訊分站AbstractMineaditslopestabilitydetectionsystemforcoalminesafetymonitoringsystemisanimportantcomponentof,usedinthedetectionofcoalminetunnelslopestability,forthecoalmineproductionsafetyto

6、provideprotection.Todetectmineaditslopesliding,fallingnotstablestate,inthedesignoftheslopeisprovidedwith60testingpoints,eachpointdetectionfromthehorizontaldisplacementandverticaldisplacementoftworespectsundertakedetecting,horizontaldisplacementbydetectinglayerdisplacementtoundertakejudging,longitudi

7、naldisplacementbydetectingthevariationofhydraulicjudgement.Thenthedetecteddatathroughwirelesscommunicationssenttothecommunicationstation,communicationstationandthetestingdatathroughwiredtransmissionissenttothecommunicationstation,andfinallysenttothePCmachine,acomprehensiveanalysisandprocessing.Thisd

8、esignmainlyincludesthreeparts:pressuredetectinginstrumentdesign,delaminationdetectioninstrumentdesign,communicationdesignofsubstation.Pressuredetectinginstrumentbydetectingthehydraulicvariationtodeterminethestabilityofslope,includinghighprecisionpressuresensor,temperaturesensor,A/Dconversion,433MHZw

9、irelessradiofrequencycommunicationsuchaspartof.Separationdetectinginstrumentbydetectinglayerdisplacementtodeterminethestabilityofslope,includinghighlayersensor,A/Dconversion,433MHZwirelessradiofrequencycommunicationsuchaspartof.Communicationstationreceivesthedetectioninstrumentissenttothewirelessdat

10、a,andthenconvertittoaRS485signal,issenttothecommunicationstation,communicationstationincludingaradiofrequencycommunicationandRS485transformation.Inthispaperthedesignofmineaditslopestabilitytestsystemiscapableofaccurate,realtimedetectionofslopestability,canbefoundintheslopeinstabilityphenomenon,todea

11、lwiththedangertowintime,protectthelifepropertysafetyofcoalminestaff.Keywords:Mineaditslope;stabilitytesting;pressuretestinginstrument;instrumentation;communicationsubstationseparation目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 1緒論1引言1影響礦井邊坡穩(wěn)定的因素1礦井平恫邊坡穩(wěn)定檢測原理簡介3課題的來源及本論文的主要內(nèi)容4 HYPERLINK

12、 l bookmark8 o Current Document 2礦井平恫邊坡穩(wěn)定檢測系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)5檢測系統(tǒng)方案概述5檢測方法與原理6監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集與處理11 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 3礦井平恫邊坡穩(wěn)定檢測系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)15系統(tǒng)硬件總體構(gòu)架設(shè)計(jì)15壓力檢測儀表硬件設(shè)計(jì)16離層檢測儀表硬件設(shè)計(jì)31通訊分站硬件方案設(shè)計(jì)36 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 4礦井平恫邊坡穩(wěn)定檢測系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)42壓力檢測儀表軟件設(shè)計(jì)42離層檢測儀表軟件設(shè)計(jì)46通訊分站軟件設(shè)計(jì)49無線通訊模塊參數(shù)配置51致謝

13、57參考文獻(xiàn)58攻讀碩士期間主要成果61Contents TOC o 1-5 h z Introduction1Introduction1Influencefactorsofmineslopestability1Mineaditslopestabilitydetectionprinciple3Thesourceofthesubjectandthemaincontentsofthisthesis4Mineaditslopestabilitydetectionsystemdesign5Detectionsystemoverview5Detectionmethodandprinciple6Monit

14、oringdataacquisitionandprocessing11Mineaditslopestabilitydetectionsystemhardwaredesign15Systemhardwarearchitecturedesign15Pressuredetectinginstrumenthardwaredesign16Delaminationdetectioninstrumenthardwaredesign31Hardwaredesignofcommunicationstation36Mineaditslopestabilitydetectionsystemsoftwaredesig

15、n42Pressureinstrumentationsoftwaredesign42Delaminationdetectioninstrumentationsoftwaredesign46Softwaredesignofcommunicationstation49Thewirelesscommunicationmoduleconfigurationparameters51Thank57Reference58ScientificResearchandPublishedPapers611緒論引言當(dāng)前，我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)取得了舉世矚目的偉大成就，并且仍在高速發(fā)展。而能源是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的動力和基礎(chǔ)，經(jīng)濟(jì)的高速

16、發(fā)展需要充足的能源保障。目前我國各類能源消費(fèi)所占的比例中，煤炭的消費(fèi)占了一半以上。如在二零零五年，煤炭資源在我們國家一次能源生產(chǎn)中所占的比例是百分之七十六點(diǎn)零，在一次能源的消費(fèi)中所占的比例是百分之六十八點(diǎn)九，在我們國家，總的用電量中的大約百分之七十六是由煤發(fā)電得到的，大約日常非工業(yè)用商品能源的百分之六十，化工工業(yè)原始取材的百分之七十以及工業(yè)原動力和工業(yè)燃料的百分之七十六也是由煤炭資源提供的。由此可見，在我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展對煤炭資源的依賴程度已經(jīng)達(dá)到了無可替代的程度。而煤炭的開采卻是一個高危行業(yè)，隨時可能發(fā)生各類事故。例如：煤礦突水事故、火災(zāi)事故、瓦斯爆炸、煤塵爆炸、頂板事故、運(yùn)輸事故等等。造成煤礦安

17、全事故的原因有很多，其中礦井平恫邊坡的穩(wěn)定性也給煤礦安全生產(chǎn)帶來了巨大威脅，如果礦井平恫發(fā)生塌方或塌陷，將給煤礦帶來巨大的財產(chǎn)損失和人員傷亡，為此我們需要研發(fā)專門的礦井平恫邊坡穩(wěn)定檢測系統(tǒng)，實(shí)時監(jiān)測邊坡的穩(wěn)定性，當(dāng)邊坡有發(fā)生不穩(wěn)定趨勢的時候我們可以通過礦井平恫邊坡穩(wěn)定檢測系統(tǒng)迅速得知，從而采取補(bǔ)救措施或者迅速撤離人員和設(shè)備，最大程度減小財產(chǎn)損失和人員傷亡因此，研究和生產(chǎn)礦用安全檢測設(shè)備，為煤礦的安全生產(chǎn)提供保障，具有重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義，為我國經(jīng)濟(jì)現(xiàn)代化建設(shè)做出貢獻(xiàn)。影響礦井邊坡穩(wěn)定的因素礦井平恫邊坡的穩(wěn)定性對煤礦的安全生產(chǎn)產(chǎn)生重大影響，因此，準(zhǔn)確檢測分析邊坡的穩(wěn)定性具有重大意義。影響邊坡

18、穩(wěn)定的因素有很多，其中，邊坡的地質(zhì)條件、地形地貌、氣候條件等，是影響邊坡穩(wěn)定的決定性因素。要保證礦井平恫的邊坡穩(wěn)定性，首先我們要了解影響邊坡穩(wěn)定的因素有哪些。只有了解影響穩(wěn)定的因素，才能有針對性的對其穩(wěn)定性進(jìn)行檢測。1、地質(zhì)構(gòu)造將對邊坡穩(wěn)定產(chǎn)生重大影響。表現(xiàn)為邊坡的發(fā)育程度、連通性、規(guī)模、填充物成分、填充程度和結(jié)構(gòu)面的狀態(tài)對邊坡穩(wěn)定性的影響。在分析結(jié)構(gòu)面對礦井平恫邊坡穩(wěn)定性的影響時，要特別了解邊坡的巖土成分，巖土成分的不同將會是決定邊坡是否穩(wěn)定的決定性因素。其次要了解邊坡的傾斜程度，傾斜程度的大小也能很大程度的決定邊坡是否可能發(fā)生滑動。2、地貌因素能夠影響邊坡穩(wěn)定性。邊坡的形態(tài)和規(guī)模等地貌因素

19、對邊坡穩(wěn)定的影響是很明顯的，不利的形態(tài)和規(guī)模的邊坡會給坡頂產(chǎn)生張應(yīng)力，并引起裂縫；在邊坡產(chǎn)生強(qiáng)烈的剪應(yīng)力，能形成剪切破壞帶，這些因素極大的影響了邊坡的穩(wěn)定性。3、氣候條件也能對邊坡穩(wěn)定產(chǎn)生重大影響。氣候類型不同，大氣降水量也不同。降水量的不同也將決定邊坡穩(wěn)定性的不同。暴雨或長期降水過后，會出現(xiàn)邊坡不穩(wěn)定現(xiàn)象增多的狀況，這說明降雨量對邊坡的穩(wěn)定性有重要影響。大氣降水能夠提高地下水的補(bǔ)給量，一方面降低邊坡的巖體強(qiáng)度，加大邊坡滑動的概率；另一方面增加邊坡的下滑力，兩者相結(jié)合很大程度的降低了邊坡的穩(wěn)定性。4、風(fēng)華作用影響邊坡穩(wěn)定性。風(fēng)化作用使巖體的強(qiáng)度減弱，裂隙增大，影響邊坡的形狀和坡度，透水性增大，

20、是地表水容易侵入，改變地下水動態(tài)。裂隙風(fēng)化時，能是巖土體沿邊坡滑落、崩塌、堆積等。以上多種因素都將影響邊坡的穩(wěn)定性，降低邊坡強(qiáng)度，增加邊坡滑動的可能。當(dāng)邊坡穩(wěn)定性降低時，將會影響煤礦的安全生產(chǎn)，威脅煤礦的財產(chǎn)安全和人員安全，因此我們有必要對礦井平恫的邊坡穩(wěn)定進(jìn)行檢測1。能夠及時迅速的了解礦井平恫邊坡的穩(wěn)定性，即便是微小的變化也能迅速檢測到，能夠?yàn)槊旱V的安全生產(chǎn)帶來重要保障。礦井平恫邊坡穩(wěn)定檢測原理簡介檢測礦井平恫邊坡的穩(wěn)定性，分別對其橫向位移和縱向位移進(jìn)行檢測。對邊坡穩(wěn)定進(jìn)行直接測量不方便而且不準(zhǔn)確，因此，本文的檢測方案是分別檢測其橫向位移和縱向位移。橫向位移采用離層傳感器進(jìn)行檢測，縱向位移采

21、用壓力傳感器進(jìn)行測量。對礦井平恫邊坡穩(wěn)定進(jìn)行檢測，本設(shè)計(jì)將對六十個點(diǎn)進(jìn)行檢測，六十個檢測點(diǎn)均勻分布在礦井平恫邊坡上，以達(dá)到最好的檢測效果。每個監(jiān)測點(diǎn)測量到的數(shù)據(jù)需要傳輸?shù)缴衔粰C(jī)上，由于監(jiān)測點(diǎn)位于野外山坡上不適合于大規(guī)模進(jìn)行布線，而且用有線傳輸成本較高，因此本設(shè)計(jì)采用無線傳輸。每個監(jiān)測點(diǎn)設(shè)有一個無線信號發(fā)射器，將檢測到的縱向位移量和水平位移量用無線方式發(fā)送出去2。在礦井平恫邊坡底部設(shè)有一個通訊分站，此通訊分站的功能是接收邊坡上六十個點(diǎn)的無線信號，并將這六十個點(diǎn)的無線信號進(jìn)行分析和整理，并將它們用RS485發(fā)送到通訊總站上。1、橫向位移量的測量檢測A點(diǎn)是否發(fā)生滑動，僅僅檢測其縱向位移量是不夠的，還

22、要對其橫向位移量進(jìn)行檢測，只有對其橫向位移量和縱向位移量同時進(jìn)行檢測才能準(zhǔn)確的測量出其滑動幅度有多大。對橫向位移量的檢測采用離層傳感器來進(jìn)行測量。離層傳感器需要在邊坡上鉆一個二十米深的水平孔洞，將離層傳感器的深基點(diǎn)固定在二十米深處，淺基點(diǎn)固定在兩米深處，當(dāng)邊坡發(fā)生滑動時離層傳感器的深基點(diǎn)與淺基點(diǎn)之間的距離必然會被拉伸，離層傳感器可以測得具體的拉伸量，通過測得離層傳感器的具體拉伸長度，便可得到邊坡滑動的橫向位移量，從而測得邊坡滑動的大小程度。2、縱向位移量的測量設(shè)礦井平恫邊坡上的某一點(diǎn)為A點(diǎn)，現(xiàn)在我們要對A點(diǎn)的縱向位移量進(jìn)行測量，一個點(diǎn)無法進(jìn)行縱向位移的測量，需要有另一個點(diǎn)作為參考點(diǎn)，在邊坡上另

23、找一點(diǎn)B,通過檢測A點(diǎn)與B點(diǎn)的垂直高度是否有變化來確定邊坡是否穩(wěn)定、是否有滑動，如果A,B兩點(diǎn)之間的高度差無變化，說明邊坡穩(wěn)定，如果兩點(diǎn)之間的高度差有變化，哪怕只是微小的變化也說明邊坡有滑動或塌陷等不穩(wěn)定現(xiàn)象。這樣，們就可以通過檢測A點(diǎn)與B點(diǎn)的垂直高度是否有變化，來判定邊坡是否穩(wěn)定。要檢測兩點(diǎn)之間垂直高度的變化，本設(shè)計(jì)采用檢測液位差來進(jìn)行測量，在山坡頂部放置一個大型水箱，水箱底部與兩根軟管相連，將軟管沿山坡向下方向延伸到高度不同的A點(diǎn)和B點(diǎn)，分別在A點(diǎn)和B點(diǎn)處將軟管與壓力傳感器相連，檢測出兩點(diǎn)的壓力值并將兩個壓力值相減即可得到兩點(diǎn)之間的水柱壓力差，如此長期進(jìn)行檢測，當(dāng)兩點(diǎn)之間的壓力差發(fā)生變化時

24、，即兩點(diǎn)之間的垂直高度發(fā)生變化，便可依此判定邊坡發(fā)生滑動或下沉等不穩(wěn)定現(xiàn)象冏o(hù)礦井平恫邊坡穩(wěn)定檢測系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：壓力傳感器，離層傳感器，單片機(jī)，無線通訊節(jié)點(diǎn)模塊組成邊坡穩(wěn)定檢測部分；由單片機(jī)和無線通訊集中器模塊組成通訊分站，通訊分站將接收到的無線信號分析、整理、轉(zhuǎn)換，用RS485協(xié)議輸出到通訊總站，最終連同其他數(shù)據(jù)一起發(fā)送到上位機(jī)。課題的來源及本論文的主要內(nèi)容本課題來源于尤洛卡礦業(yè)安全工程股份有限公司的課題項(xiàng)目本課題的主要內(nèi)容是檢測礦井平恫邊坡的穩(wěn)定性，及時了解邊坡滑動的趨勢和預(yù)兆,及時作出補(bǔ)救措施，盡可能降低礦井平恫邊坡事故給煤礦的安全生產(chǎn)帶來的財產(chǎn)損失和人員傷亡4。礦井平恫邊坡

25、的穩(wěn)定性檢測，通過檢測邊坡的縱向位移和橫向位移來精確測量邊坡的穩(wěn)定性，及時測得邊坡的任何微小變化，并將其實(shí)時傳送到上位機(jī)上，以便及時了解危險，迅速做出反應(yīng)，降低生命財產(chǎn)損失，為煤礦的安全生產(chǎn)保駕護(hù)航。2礦井平峭邊坡穩(wěn)定檢測系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)檢測系統(tǒng)方案概述礦井平恫邊坡穩(wěn)定檢測系統(tǒng)由壓力傳感器、溫度傳感器、離層傳感器、單片機(jī)、無線通訊節(jié)點(diǎn)模塊、無線通訊集中器模塊等部分組成。壓力傳感器和離層傳感器的輸出信號，均為02.5V模擬信號，需經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將壓力傳感器和離層傳感器輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并把此數(shù)字信號傳送給單片機(jī)，單片機(jī)接收到數(shù)字信號后將數(shù)據(jù)發(fā)送給無線通訊節(jié)點(diǎn)模塊，無線通訊節(jié)點(diǎn)

26、模塊將壓力傳感器和離層傳感器采集的數(shù)據(jù)用無線射頻信號發(fā)送給無線通訊集中器模塊，無線通訊集中器模塊再將此數(shù)據(jù)傳圖2.1礦井平恫邊坡穩(wěn)定檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.2.1Mineaditslopestabilitydetectionsystemstructurediagram檢測方法與原理縱向位移的檢測方案要檢測礦井平恫邊坡的穩(wěn)定性，需要在邊坡上設(shè)置兩個點(diǎn)，A點(diǎn)和B點(diǎn)，設(shè)A點(diǎn)的高度為h2,B點(diǎn)的高度為h10測量A點(diǎn)與B點(diǎn)的高度差h,hhlh2,如果每次測量h其大小均不變，則說明A、B兩點(diǎn)的垂直高度保持不變，其縱向位移量為零，可以此判定邊坡沒有滑動或塌陷，說明邊坡是穩(wěn)定的o巖土壓縮量表現(xiàn)為與巖土作用力方向

27、相向的形變位移量，在巖土受力方向上定義兩個點(diǎn)，其間的變形量定義為兩點(diǎn)的相對位移量。如圖所示：邊坡頂部巖土邊坡底部圖2.2縱向位移測量原理示意圖Fig.2.2LongitudinaldisplacementmeasurementschematicdiagramA點(diǎn)與B點(diǎn)的垂直高度差為：hh1h2,h1和h2分別為A點(diǎn)和B點(diǎn)的高度。既然通過檢測A、B兩點(diǎn)之間的高度差的變化量便可判斷邊坡的穩(wěn)定性，就需要精確的測量出A點(diǎn)和B點(diǎn)的高度差h,本設(shè)計(jì)采用如下方法：兩點(diǎn)之間垂直高度的測量可以轉(zhuǎn)換為兩點(diǎn)之間的液位壓差進(jìn)行測量，通過液體壓差的測量可以方便、精確的測得兩點(diǎn)之間的高度差。因?yàn)橐后w水柱對其底部的壓力只與

28、水柱的垂直高度有關(guān)，與容器的形狀、大小等均無任何關(guān)聯(lián)，因此采用液體水柱的壓力測量來計(jì)算出其垂直高度既方便又精確。用液位差的變化來間接測量兩點(diǎn)之間的垂直高度變化，從而判定邊坡穩(wěn)定性。測量液位差有兩種方案：方案一：在A點(diǎn)處放置一個大型水箱，水箱底部與軟管相連，而且軟管與水箱相通，水箱的水可以流入軟管之中。軟管沿邊坡向下方向延伸到B點(diǎn)，在B點(diǎn)處水管與微壓傳感器相連，通過微壓傳感器測得B點(diǎn)處的液體壓力。通過微壓傳感器測得的液體壓力可以計(jì)算出A、B兩點(diǎn)之間的垂直高度差，如此長時間連續(xù)監(jiān)測。如果邊坡穩(wěn)定，A、B兩點(diǎn)之間的高度差也就穩(wěn)定，B點(diǎn)處微壓傳感器測得的數(shù)據(jù)也就長期不變，保持恒定；如果邊坡不穩(wěn)定，A、

29、B兩點(diǎn)之間的高度差也就會隨之發(fā)生變化，B點(diǎn)處微壓傳感器測得的數(shù)據(jù)也就會有相應(yīng)的變化，這樣就可以通過準(zhǔn)確的測量計(jì)算出邊坡是否穩(wěn)定。方案二：要測量A、B兩點(diǎn)之間的高度差，還可以在邊坡頂部放置水箱，水箱底部連接兩根軟管，軟管與水箱相通，以便水箱的水可以流入軟管之中，兩根軟管分別沿邊坡向下方向延伸到A點(diǎn)和B點(diǎn)，在A、B兩點(diǎn)處分別安裝一個微壓傳感器，分別測量兩點(diǎn)之間的壓力，測得兩點(diǎn)之間的壓力后用B點(diǎn)處的壓力值減去A點(diǎn)處的壓力值，即可得AB到兩點(diǎn)之間的壓差。通過A、B兩點(diǎn)之間的壓差可以計(jì)算出兩點(diǎn)之間的高度差，如此長期連續(xù)監(jiān)測。如果邊坡穩(wěn)定，A、B兩點(diǎn)之間的高度差也就穩(wěn)定，A、B兩點(diǎn)之間的壓差也就會保持穩(wěn)定

30、；如果邊坡不穩(wěn)定，A、B兩點(diǎn)之間的高度差也就會隨之發(fā)生變化，微壓傳感器測得的AB兩點(diǎn)之間的壓差也會隨之發(fā)生變化，這樣就可以通過測量A、B兩點(diǎn)之間的壓差的穩(wěn)定性來判定邊坡是否穩(wěn)定。以上兩種方案均可通過壓差的測量判定邊坡的穩(wěn)定性，下面通過分析兩種方案的優(yōu)劣來決定選用哪種方案來檢測礦井平恫邊坡的穩(wěn)定性。方案一的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，成本低，方案一中只用一個微壓傳感器即可，所以設(shè)計(jì)比較簡單，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)簡單，所以可靠性也較高。但方案一的缺點(diǎn)也是顯而易見的，因?yàn)榉桨敢恢袦y量的液位差是B點(diǎn)與A點(diǎn)處水箱的液位差，具體說是水箱中的水面到B點(diǎn)處的垂直高度差，而在長期的檢測過程中水箱的水面高度是會變化的，水箱中的水會隨著時

31、間的推移而蒸發(fā)，而且相關(guān)工作人員需要定期為水箱加水，所以方案一的精確度不如方案二的高。本設(shè)計(jì)的目的就是要檢測礦井平恫邊坡的穩(wěn)定性，精確度越高越好，精確度越高，檢測的結(jié)果就越準(zhǔn)確，就能為煤礦上的工作人員的生命財產(chǎn)安全提供更好的保障。方案二的優(yōu)點(diǎn)是精度高，因?yàn)樵诜桨付械囊簤翰钍荁點(diǎn)處的壓力值減去A點(diǎn)處的壓力值，能夠精確的測量出A、B兩點(diǎn)之間的壓力差，從而精確的測算出兩點(diǎn)之間的高度差。而且這個壓力差不會因?yàn)樗渲械乃坏淖兓兓词顾渲械乃灰驗(yàn)檎舭l(fā)而有所下降，也不會對A、B兩點(diǎn)之間壓力差帶來絲毫影響，水箱中水位的下降會同時減小A、B兩點(diǎn)處的壓力，并且減小量完全相同，兩點(diǎn)處的壓力值進(jìn)行相減的

32、時候就將水位下降的影響完全消除了，不會給測量精度帶來絲毫影響8。而方案二的缺點(diǎn)是較方案一結(jié)構(gòu)稍顯復(fù)雜，一組測量需要兩個傳感器，兩個傳感器必然帶來成本的上升，缺點(diǎn)也是比較明顯的。上述比較說明方案一結(jié)構(gòu)簡單，成本低，但精度差，方案二結(jié)構(gòu)稍顯復(fù)雜，但精度得到大幅提高。在為煤礦設(shè)計(jì)檢測設(shè)備時要以高精度和高準(zhǔn)確性為重，因?yàn)槊旱V上用到的檢測設(shè)備的精確度，其性能的優(yōu)劣直接影響到煤礦的安全生產(chǎn)，威脅煤礦工作人員的生命財產(chǎn)安全，所以本設(shè)計(jì)采用第二種方案，雖然成本較高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但提高了測量的精度和準(zhǔn)確性，為煤礦工作人員的生命財產(chǎn)提供了安全保障。Fig.2.3Longitudinaldisplacementmea

33、surementprinciple液體介質(zhì)的差壓測量可用于水柱高度的測量。比重為1的水柱在1mm高度上產(chǎn)生10Pa壓強(qiáng)。采用連通器原理可以測量兩個基準(zhǔn)點(diǎn)A,B的高度差。因此我們構(gòu)造一個用于A、B之間高度測量的連通器，如圖2.3所示。水箱的高度需高于A點(diǎn)的高度。.連通器內(nèi)A、B點(diǎn)的壓力不受連通器管路的長短和形狀限制，只要測出A、B點(diǎn)的壓力就可以得到A、B點(diǎn)的差壓，且A、B點(diǎn)的差壓不受水箱的液面高度影響。PPbPa,Pa、Pb為連通器內(nèi)A、B點(diǎn)的壓強(qiáng)；hP*k,k0.1mm/pa；h2hl(P2P1)*k,P1,P2為巖土變形前后的A、B點(diǎn)的差壓，hl,h2為巖土變形前后的A、B點(diǎn)的高度差。當(dāng)h2

34、h10時，巖土形變前后的高度差為零，說明礦井平恫邊坡是穩(wěn)定的，沒有發(fā)生滑動或塌陷等災(zāi)害的趨勢；當(dāng)h2h10時，巖土形變前后的高度差不為零，說明礦井平恫邊坡發(fā)生不穩(wěn)定現(xiàn)象，邊坡有發(fā)生活動或塌陷等災(zāi)害的趨勢，應(yīng)該緊急采取措施進(jìn)行補(bǔ)救并撤離相關(guān)工作人員，保證期生命財產(chǎn)安全。2.2.2橫向位移的監(jiān)測方案當(dāng)?shù)V井平恫邊坡發(fā)生滑動或下沉等不穩(wěn)定現(xiàn)象時，不僅表現(xiàn)為其垂直高度的變化，還表現(xiàn)為水平方向的位移變化，因此要準(zhǔn)確的檢測礦井平恫邊坡的穩(wěn)定性除了檢測縱向位移還要檢測橫向位移?？v向位移可以用可以用液體的壓力差來精確測量，液體對底部的壓力與連通器的形狀無關(guān)，只與液位高度有關(guān)，因此測量比較方便；而當(dāng)邊坡發(fā)生橫向位

35、移時，要測量橫向位移，就需要找兩個監(jiān)測點(diǎn)，檢測兩點(diǎn)之間的位移。要檢測橫向位移，本設(shè)計(jì)采用離層傳感器來進(jìn)行測量。離層傳感器包括兩部分：一是機(jī)械部分，有兩個基點(diǎn)，深基點(diǎn)和淺基點(diǎn)，離層傳感器測量的就是兩個基點(diǎn)之間的位移量，還包括一個機(jī)械臂。另一部分是變送器，變送器的作用是檢測出機(jī)械部分的位移變化量，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘栞敵?。離層傳感器有錨爪機(jī)構(gòu)和傳感器組成，兩者之間用0.7mm的鋼絲相連。傳感器采用了電阻式位移測量技術(shù)，當(dāng)邊坡內(nèi)部產(chǎn)生離層時，不同深度的錨爪通過鋼絲繩牽動傳感器的卷簧運(yùn)動，卷簧機(jī)構(gòu)帶動電位器旋轉(zhuǎn)。通過旋轉(zhuǎn)精密電位器電阻的變化，產(chǎn)生一個線性變化的電壓信號輸出，此輸出的線性變化的電壓信號為0

36、2.5V91。離層傳感器的測量范圍是20米，要測量邊坡的橫向位移量，需要選擇合適的測量點(diǎn)來放置深基點(diǎn)和淺基點(diǎn)。要保證如果發(fā)生橫向位移，就能準(zhǔn)確的測量出來，如果沒有橫向位移，也不會發(fā)生誤測。為保證準(zhǔn)確測量，本設(shè)計(jì)將深基點(diǎn)放置在鉆孔的20米深處淺基點(diǎn)放置在鉆孔的2米深處。為此安裝離層傳感器的時候要在礦井平恫邊坡上鉆一個橫向的孔洞，深度為20米，鉆孔的直徑為2729mm,安裝步驟如下：1、在邊坡上打鉆孔，要用風(fēng)動錨桿鉆機(jī)打孔，打孔鉆頭選擇28mm為宜；2、用安裝桿將深基點(diǎn)和淺基點(diǎn)推到所需的深度；3、將離層傳感器的固定管推入鉆孔，分別拉緊兩個基點(diǎn)的鋼絲純，并將緊固螺釘固如上安裝完畢后，將變送器放在邊坡

37、的鉆孔處，變送器輸出的電壓信號將發(fā)送給控制器MCU,控制器在通過無線信號發(fā)送給通訊分站，再經(jīng)過通訊總站最終將信號發(fā)送給圖2.4離層傳感器安裝示意圖Fig.2.4Displacementsensorinstallationdiagram2.3監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集與處理實(shí)時溫度采集在礦井平恫邊坡穩(wěn)定檢測系統(tǒng)中，測量的精度越高越好，測量的精度越高，測得的數(shù)據(jù)越準(zhǔn)確，就能更及時的發(fā)現(xiàn)邊坡的滑動或塌陷等不穩(wěn)定現(xiàn)象，能為采取補(bǔ)救措施或及時撤離人員爭取更多的時間。因此在設(shè)計(jì)礦井平恫邊坡穩(wěn)定系統(tǒng)時要盡可能提高測量的精度。在縱向位移測量中，要提高測量的精度就要使用精度高的微壓傳感器，能夠及時測量出壓力的微小變化10。

38、而僅使用精度高的微壓傳感器還是不夠的，因?yàn)槲簜鞲衅鞯闹谱鞑牧?，測量電路等都會受到溫度的影響。微壓傳感器在不同溫度條件下測量同一高度的水柱，具測量結(jié)果是不同的，任何壓力傳感器都不可避免的會產(chǎn)生溫度漂移，而溫度漂移顯然會讓測量精度產(chǎn)生誤差，影響測量的精確度。為了提高測量的精確度就要盡量減小任何測量誤差，減小溫度漂移能明顯提高測量精度，因此要通過合理的設(shè)計(jì)來減小溫度漂移以達(dá)到提高測量精度的效果。因?yàn)閴毫鞲衅魇軠囟绕频挠绊?，在不同的溫度下的測量結(jié)果不同，所以如果能了解每個壓力傳感器在不同溫度下的漂移量是多少，在測得壓力數(shù)據(jù)后給這個壓力加上一個補(bǔ)償值（補(bǔ)償值可能為正值也可能為負(fù)值，目的是消除溫度漂

39、移），就能大幅提高測量精度。為了給壓力傳感器測得的數(shù)據(jù)加上一個準(zhǔn)確的溫漂補(bǔ)償值，首先要準(zhǔn)確測得壓力傳感器測量水柱壓力時的實(shí)時溫度，因此在每個壓力傳感器處要有一個溫度傳感器，在測量壓力的同時也測量當(dāng)?shù)氐膶?shí)時溫度ii,因?yàn)椴煌瑴囟葪l件下溫漂補(bǔ)償值是不同的，所以只有測得實(shí)時溫度才能為測量的數(shù)據(jù)加上一個準(zhǔn)確的溫漂補(bǔ)償值。圖2.5溫度補(bǔ)償數(shù)據(jù)采集結(jié)構(gòu)圖Fig.2.5Temperaturecompensationdataacquisitionstructure采集了壓力傳感器的實(shí)時溫度后，需要確定不同溫度下的溫漂補(bǔ)償值具體為多少。如果不同的壓力傳感器在同一溫度同一水柱高度的條件下的溫漂補(bǔ)償值是相同的，那么

40、就可以通過實(shí)際測量做出一個表格，橫坐標(biāo)是不同的溫度條件，縱坐標(biāo)是不同的水柱高度，表格中的數(shù)據(jù)位在某一溫度條件下，某一水柱高度條件下的溫漂補(bǔ)償值。當(dāng)測量了實(shí)際溫度和壓力數(shù)據(jù)后，進(jìn)行查表，找到相應(yīng)的溫漂補(bǔ)償值。給測量的壓力數(shù)據(jù)加上溫漂補(bǔ)償值，以消除溫度對壓力測量的影響12,消除誤差，提高測量精度。為了測量溫漂補(bǔ)償值，對壓力傳感器進(jìn)行了多組實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)用三個傳感器A、RC,把傳感器均放在恒溫箱中，設(shè)置水柱的高度為5米，把恒溫箱的溫度分別調(diào)到0C、10C、20C、30C、40C,在不同溫度下測量傳感器的輸出電壓，而測量結(jié)果并沒有一個準(zhǔn)確的規(guī)律，不同的傳感器在不同的溫度下溫漂是不同的，測量結(jié)果并不理想。因

41、此無法制作出一張溫漂補(bǔ)償表能適用于所有傳感器，每個傳感器的溫漂補(bǔ)償值都是不一樣的，它們沒有共同的變化規(guī)律。為了提高測量精確度，必須要消除溫漂，但每個傳感器的溫漂變化規(guī)律并不相同，不能制作統(tǒng)一的溫漂補(bǔ)償表，所以只能對每個傳感器分別進(jìn)行測量，為每個傳感器制作一張溫漂補(bǔ)償表。在實(shí)際使用過程中，每個傳感器的位置和水箱的位置固定好之后是不能隨便改變其位置的，所以每個傳感器測量的水柱高度是恒定的。因此首先要確定每個壓力傳感器在實(shí)際使用時的位置，以及傳感器與水箱中水面的實(shí)際垂直高度差，在確定好每個壓力傳感器要測量的具體水柱高度后，再對每個傳感器進(jìn)行溫度試驗(yàn)。要為每個壓力傳感器編號序號，每個壓力傳感器要測量的

42、水柱高度是不同的。在實(shí)驗(yàn)室中設(shè)置好每個壓力傳感器要測量的水柱高度，把壓力傳感器放入恒溫箱中進(jìn)行試驗(yàn)。從-50C到80C,每隔5c進(jìn)行一次試驗(yàn)13,記錄好測量結(jié)果。選擇-50C到80c是因?yàn)楸菊撐脑O(shè)計(jì)的礦井平恫邊坡穩(wěn)定系統(tǒng)的使用環(huán)境是在野外，要考慮到野外環(huán)境可能出現(xiàn)的每種溫度條件，而-50C到80c基本可以覆蓋野外環(huán)境的各種溫度條件。為每個壓力傳感器測得不同溫度條件下的測量值后，要進(jìn)行溫度補(bǔ)償表的制作。制作溫度補(bǔ)償表以0c為基準(zhǔn)，計(jì)算出每個溫度下的測量值與0c下的測量值之差，此差值即為溫漂補(bǔ)償值。為每個壓力傳感器計(jì)算出每個溫度條件下的溫漂補(bǔ)償值，制作出每個壓力傳感器的溫漂補(bǔ)償表。2.3.2信號變

43、送與傳輸?shù)V井平恫邊坡穩(wěn)定檢測系統(tǒng)要通過壓力傳感器、離層傳感器、溫度傳感器對縱向位移、橫向位移和溫度進(jìn)行測量。而壓力傳感器、離層傳感器和溫度傳感器的輸出信號均為05V的模擬信號，首先要對這些模擬信號進(jìn)行處理，通過A/D轉(zhuǎn)換模塊將三種模擬線號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，再將數(shù)字信號傳送給單片機(jī)。單片機(jī)接收到A/D轉(zhuǎn)換模塊輸出的數(shù)字信號后，最終要將測量數(shù)據(jù)發(fā)送給PC機(jī)。而測量儀表在野外環(huán)境中，因此要對數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸，信號的傳輸分為有線傳輸和無線傳輸兩種。如果用有線傳輸要對每個測量點(diǎn)與通訊分站進(jìn)行布線，布線距離遠(yuǎn)而且成本高，在野外環(huán)境中可能發(fā)生各種情況對數(shù)據(jù)線造成損傷，造成服務(wù)和維修不便，因此本論文采取無線傳

44、輸。相對于有線傳輸，無線傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)是：1、成本低廉：有線傳輸需要架設(shè)電纜或挖掘電纜溝，需要大量人力物力，無線傳輸則無需架設(shè)電纜或挖掘電纜溝14,只需在每個終端配置無線傳輸模塊，配置適當(dāng)?shù)奶炀€即可，相比之下無線傳輸方式節(jié)省人力物力，節(jié)約成本。2、適應(yīng)性好：有線通訊的局限性太大，在礦井平恫邊坡的野外環(huán)境中，布線比較困難，將對有線網(wǎng)絡(luò)的布線工程有著很大的制約力，而無線數(shù)據(jù)傳輸方式將不受這些限制，所以說無線數(shù)據(jù)傳輸方式比有線通訊更適合在礦井平恫邊坡上使用，無線傳輸不受地理環(huán)境限制。3、擴(kuò)展性好：在組建好一個通訊網(wǎng)絡(luò)之后，常常因?yàn)橄到y(tǒng)的需要增加新的設(shè)備。如果采用有線的方式，需要重新的布線，施工比較麻煩，

45、而且還有可能破壞原來的通訊線路，但是如果采用無線數(shù)據(jù)傳輸方式，只需將新增設(shè)備與無線數(shù)傳電臺相連接就可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的擴(kuò)充了，相比之下有更好的擴(kuò)展性。4、設(shè)備維護(hù)更容易實(shí)現(xiàn)：有線通訊鏈路的維護(hù)需沿線路檢查，出現(xiàn)故障時，一般很難及時找出故障點(diǎn)，而采用無線數(shù)據(jù)傳輸方式只需維護(hù)數(shù)傳模塊，出現(xiàn)故障時則能快速找出原因，恢復(fù)線路正常運(yùn)行15。綜上所述在礦井平恫邊坡穩(wěn)定檢測系統(tǒng)中，對壓力傳感器、離層傳感器、溫度傳感器采集到的縱向位移、橫向位移和溫度數(shù)據(jù)使用無線通訊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，將數(shù)據(jù)傳送給通訊分站，通訊分站在將數(shù)據(jù)傳送給通訊總站，最終將數(shù)據(jù)傳送到PC機(jī)上。3礦井平峭邊坡穩(wěn)定檢測系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件總體構(gòu)架設(shè)計(jì)根

46、據(jù)上一章對壓力檢測、離層檢測、溫度檢測及無線通訊的設(shè)計(jì)思路，礦井平恫邊坡穩(wěn)定檢測系統(tǒng)的硬彳的總體構(gòu)架如圖3.1所示：圖3.1硬件總體構(gòu)架示意圖Fig.3.1Theschematicdiagramoftheoverallhardwarestructure礦井平恫邊坡穩(wěn)定檢測系統(tǒng)的硬件組成中主要包括三部分：壓力溫度檢測儀表、離層檢測儀表以及數(shù)據(jù)變送傳輸部分。實(shí)際應(yīng)用中，壓力溫度檢測儀表和離層檢測儀表分別有六十組，平均分布于礦井平恫邊坡上，對其穩(wěn)定性進(jìn)行綜合細(xì)致的檢測。3.2壓力檢測儀表硬件設(shè)計(jì)壓力檢測儀表主要由五部分組成：壓力傳感器、溫度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換、單片機(jī)以及無線通訊節(jié)點(diǎn)模塊。壓力傳感器和

47、溫度傳感器將檢測的模擬信號傳輸給A/D轉(zhuǎn)換模塊,A/D轉(zhuǎn)換將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，再將數(shù)字信號傳送給單片機(jī)，單片機(jī)通過無線通訊節(jié)點(diǎn)模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送給通訊分站。圖3.2壓力檢測儀表結(jié)構(gòu)圖Fig.3.2Pressuredetectioninstrumentstructure.3.2.1主要器件選型1、壓力傳感器選型在測量縱向位移時，壓力要和溫度同時檢測，以提高測量精度。在實(shí)際應(yīng)用中，礦井平恫邊坡上需要測量的最大垂直高度不超過30米，那么壓力傳感器需要測量的最大壓力為：F水gh1000*10*30Pa300KPa因?yàn)樾枰獪y量的最大壓力不超過300KPa所以選才量程為300KPa的壓力傳感器。選用麥克

48、公司的STZV300KPaKJ10II型高精度壓力傳感器照。該系列產(chǎn)品選用高精度力敏芯片為中心感測元件，運(yùn)用溫度自補(bǔ)償及規(guī)一化電路調(diào)試等高新技術(shù)，大幅度提高了產(chǎn)品的綜合精度。該型號產(chǎn)品技術(shù)先進(jìn)，性能卓越，質(zhì)量可靠，體積小，重量輕安裝使用極為方便，廣泛應(yīng)用于航空航天、石油、化工、冶金、電力、建材、水文地質(zhì)、醫(yī)療、環(huán)保等科研、生產(chǎn)領(lǐng)域，可實(shí)現(xiàn)對流體壓力和液位的高精度測量。圖3.3STZV300KPaKJ10II壓力傳感器Fig.3.3STZV300KPaKJ10IlPressuresensor上圖為STZV300KPAKJ10II型高精度壓力傳感器，其特點(diǎn)為：選用高精度力敏芯片作為中心感測元件，其

49、精度可達(dá)0.25%FS特殊要求可用于測量腐蝕，易結(jié)晶的介質(zhì)。采用全密封結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)件采用不銹鋼，可在露天環(huán)境下長期使用?？捎糜陂L期在線測量，而不能校驗(yàn)的場所。能耗低，工作電流小于800uA響應(yīng)速度快，相應(yīng)時間小于400us結(jié)構(gòu)多元化，可根據(jù)客戶的特殊要求進(jìn)行個性化設(shè)計(jì)STZV300KPAKJ10II傳感器具體型號選擇，選擇絕壓型壓力傳感器，量程為300KPa,精度選擇為0.25%FS輸出信號為02.5VDG表壓測量的是高于（或者低于）此處大氣壓力的值，絕壓測量的是此處大氣壓和其他壓強(qiáng)（你這里是水壓）值的和。因?yàn)樵诳v向位移測量中要測量水柱的高度所以選擇表壓型壓力傳感器17。STZV300KPAKJ

50、10II壓力傳感器的測量精度有三種型號可供選擇分別為：0.25%F.S.0.5%F.S.1%F.S.本設(shè)計(jì)要求精度較高，測量誤差要求為0.1mm所以選擇精度較高的0.25%FS壓力傳感器。2、溫度傳感器選型縱向位移的檢測還需要對溫度進(jìn)行實(shí)時的檢測，本設(shè)計(jì)采用的溫度傳感器是DS18B2Q如下圖所示:AJOQ1QNO圖3.4DS18B20示意圖Fig.3.4DS18B20SketchmapDS18B20數(shù)字溫度傳感器以9位數(shù)字量的形式反映其間的溫度值。DS18B20通過一個單線接口發(fā)送或接受數(shù)據(jù)，因此主控器與DS18B20之間僅需一條數(shù)據(jù)線和底線即可。用于讀寫和溫度轉(zhuǎn)換的電源可以從數(shù)據(jù)線本身獲得，

51、DS18B20可以不使用外部電源。每個DS18B20都有一個獨(dú)特的片序列號，所有多只DS18B20也可以連接在一根單線總線上，這樣可以采集多處不同的地點(diǎn)的溫度180DS18B20的特點(diǎn)如下：獨(dú)特的單線接口僅需一個端口引腳進(jìn)行通訊簡單的多點(diǎn)分布應(yīng)用無需外部器件可通過數(shù)據(jù)線供電零待機(jī)功耗測溫范圍55+125C,以0.5C遞增溫度數(shù)字轉(zhuǎn)換時間200ms（典型值）用戶可定義的非易失性溫度報警設(shè)置報警搜索命令識別并標(biāo)志超過程序限定溫度（溫度報警條件）的器件應(yīng)用包括溫度控制、工業(yè)系統(tǒng)、消費(fèi)品、溫度計(jì)或任何熱感測系統(tǒng)DS18B20有三個引腳分別是GNDDQ和VDD=GND為電源地。DQ為數(shù)據(jù)輸入輸出引腳，對

52、單線操作漏極開路。VDD為電源引腳，是可選端口，DS18B20在工作時可以用此端口連接外部電源進(jìn)行供電，也可以懸空，通過數(shù)據(jù)線DQ進(jìn)行供電。3、無線通訊模塊選型無線傳輸使用PL208模塊，PL208是低功耗分布式無線自組網(wǎng)模塊，工作在433M免費(fèi)頻段，最大發(fā)射功率為10mW,發(fā)射電流為33mA,接收電流為20mA,休眠電流為0.5uA,工作電壓范圍2.0V3.6V,RF調(diào)制方式為GFSK波特率500kbps1.2kbps自適應(yīng)，1個基本信道和116個輔助信道（調(diào)頻），信道頻點(diǎn)和數(shù)量可配置，UART波特率為2400230400,報文格式靈活，能夠支持各種協(xié)議，內(nèi)嵌無線移動組網(wǎng)協(xié)議WaveMesh

53、w。圖3.5PL208無線通訊模塊Fig.3.5PL208wirelesscommunicationmodule模塊提供了豐富的參數(shù)配置，不需要對現(xiàn)有設(shè)備、協(xié)議做修改，也不需要對模塊進(jìn)行二次開發(fā)可以方便的實(shí)現(xiàn)無線自組網(wǎng)。PL208模塊的射頻性能指標(biāo)指標(biāo)如下：ISM頻段為430-436MHzRF速率自適應(yīng)且范圍可選，RF調(diào)制方式為GFSK傳輸距離，空曠視距700米，穿透能力為垂直穿透34層樓板RF峰值發(fā)射電流33mA,峰值接收電流20mAMCU峰值電流5mA,休眠電流0.5uA信道數(shù)量，一個基本信道，116個輔助信道PL208模塊的電氣特性標(biāo)指標(biāo)如下：接口為CMOS3.3V串行UART端口電源電

54、壓范圍2.1V3.6V尺寸為12.7mmX35.8mmPL208無線通訊模塊分為兩類，一類是節(jié)點(diǎn)型（NODE）另一類是集中器型（ROOT）節(jié)點(diǎn)型無線模塊與各類檢測儀表相連，為整個檢測系統(tǒng)的通訊終端；集中器型無線模塊與通訊分站相連，接收各檢測終端（NODE/勺檢測數(shù)據(jù)20。無論節(jié)點(diǎn)型（NODE還是集中器型（ROOT尤線模塊都有相同的12個引腳，各引腳定義如下圖所示:PL208引醐定義引腳名稱方向說明1SEH輸入模頻擇ji2RESET.N輸入模塊復(fù)位,低電平有效|3ACT(PM0)輸出外設(shè)喚醒信石0（可選）4BUF3M1)輸出數(shù)據(jù)緩沖區(qū)空閑指示:：高電平-空闈；低電平-緩沖區(qū)港5RXO輸入UART

55、O輸入，CMOS或TTLSv6TXO輸出UART0輸出，CMOS33v或TTL5V7NC(A)輸入/瑜出空腳（其它功能需定制）8NC(B)諭人/輸出空腳（其它功能需定制）9NC(DC)輸入/輸出空腳（其它功能需定制）10NC(DD)輸入/輸出空腳（其它功能需定制）11vcc輸入電薄(2.1Ve3.6v)121GND輸入地|圖3.6PL208各引腳定義圖Fig.3.6PL208Eachpindefinitiondiagram引腳SET在模塊上電時為輸入引腳用于模式選擇，若為高電平則進(jìn)入正常工作模式，否則會進(jìn)入配置模式。SET引腳芯片內(nèi)部有弱的上拉，為了保證模塊能進(jìn)入正常的模式，建議在正常工作時將

56、SET引腳懸空或者將其拉高。ACT引腳應(yīng)用在低功耗場合，用于喚醒外設(shè)的信號，高電平有效。該引腳的功能是可選的，可以通過配置軟件進(jìn)行使能或關(guān)閉。在低功耗的應(yīng)用場景下，外設(shè)平時處于休眠或斷電狀態(tài)。在使能ACT引腳后，當(dāng)模塊有數(shù)據(jù)需要發(fā)送給外設(shè)時，會先將ACT拉高用于喚醒外設(shè)，然后等待所設(shè)定的時間后，再通過UART接口向外設(shè)發(fā)送數(shù)據(jù)。此后模塊會等待外設(shè)相應(yīng)，在收到外設(shè)相應(yīng)或者等待超時后會將ACT引腳拉低作為外設(shè)重新進(jìn)入休眠的標(biāo)志。若模塊有多個數(shù)據(jù)報文要向外設(shè)發(fā)送，在數(shù)據(jù)報文發(fā)送期間ACT引腳會一直處于高電平狀態(tài)21o模塊會在每發(fā)送一條數(shù)據(jù)報文后等待外設(shè)的響應(yīng)，在收到外設(shè)的響應(yīng)或等待超時后才發(fā)送下一條

57、數(shù)據(jù)報文，直道發(fā)送完畢所有數(shù)據(jù)報文后才將ACT引腳拉低。BUF引腳用于指示UART接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的狀態(tài)，高電平為緩沖區(qū)空，低電平為緩沖區(qū)滿。模塊在休眠或數(shù)據(jù)緩沖區(qū)滿時BUF引腳會被拉低，因此在外設(shè)需要向模塊寫入數(shù)據(jù)時，先檢測該引腳的電平，若為地電平則需要等待BUF引腳拉高后才可以安全寫入。如果在BUF引腳為低電平時強(qiáng)行寫入，會出現(xiàn)兩種結(jié)果，一是寫入失敗BUF引腳繼續(xù)保持低電平，二是覆蓋原有數(shù)據(jù)。模塊在成功的接收完一個數(shù)據(jù)報文后，BUF引腳會被拉低。另外，模塊休眠時也會將BUF引腳電平拉低，再重新進(jìn)入正常工作時將其拉高。4、單片機(jī)型號選擇壓力檢測儀表的控制器采用C8051F340單片機(jī)，C805

58、1F340控制器是完全集成的混合信號片上系統(tǒng)MCU。其主要特性如下：高度流水線結(jié)構(gòu)的8051兼容的位控制器內(nèi)核（可達(dá)48MIPS）全速、非侵入式的再系統(tǒng)調(diào)試接口（片內(nèi)）通用用行總線（USB）功能控制器，有8個靈活的端點(diǎn)管道，集成收發(fā)器和1KFIFORAM電源穩(wěn)定器真正10位200ksps的單端/差分ADC,帶模擬多路器片內(nèi)電壓基準(zhǔn)和溫度傳感器片內(nèi)電壓比較器（兩個）精確校準(zhǔn)的12MHz內(nèi)部振蕩器和4倍時鐘乘法器多大64KB的片內(nèi)FLASH存儲器多達(dá)4352字節(jié)的片內(nèi)RAM（256+4KB）硬件實(shí)現(xiàn)的SMBus/12G增弓型UART和增強(qiáng)型SPI串行接口4個通用的16位定時器具有5個捕捉比較模塊和

59、看門狗定時器功能的可編程定時計(jì)數(shù)器陣列（PCA）片內(nèi)上電復(fù)位、VDD監(jiān)視器和時鐘丟失檢測器多達(dá)40個端口的I/O（容許5V輸入）而且C8051F340單片機(jī)的電源電壓為3.3V,而非5V,能夠節(jié)省電能的消耗。因?yàn)楦鳈z測儀表只能用電池供電，所以要充分考慮節(jié)能的問題，在保證檢測儀表正常工作的情況下盡可能的延長電池使用壽命，而3.3V的電源電壓能有效降低能耗。占人口河口彳。心aa,吊麗麗Fl麗麗FlfoC8051F340/1/4/5頊視圖圖3.7 C8051F340引腳圖Fig.3.7 C8051F340 Pin diagramETTOWBBFi具有片內(nèi)上電復(fù)位、VDD監(jiān)視器、電壓調(diào)整器、看門狗定時

60、器和時鐘振蕩器的C8051F340器件是真正能夠獨(dú)立工作的片上系統(tǒng)。FLASH存儲器還具有在系統(tǒng)重新編程能力，可用于非易失性數(shù)據(jù)存儲，并允許現(xiàn)場更新8051固件。用戶軟件對所有外設(shè)具有完全的控制，可以關(guān)斷任何一個或所有外設(shè)以節(jié)省功耗。片內(nèi)siliconLabs二線開發(fā)接口允許使用安裝在最終應(yīng)用系統(tǒng)上的產(chǎn)品MCU進(jìn)行非侵入式（不占用片內(nèi)資源）、全速、在系統(tǒng)調(diào)試。調(diào)試邏輯支持觀察和修改存儲器和寄存器，支持?jǐn)帱c(diǎn)、但不、運(yùn)行和停機(jī)指令。在使用C2進(jìn)行調(diào)試時，所有的模擬和數(shù)字外設(shè)都可全功能運(yùn)行。兩個C2接口引腳可以與用戶功能共享，使在系統(tǒng)功能調(diào)試不占用封裝引腳2司。每種器件都可在工業(yè)溫度范圍內(nèi)（45c到