煤礦溫度和瓦斯濃度無線監測系統的設計

每次瓦斯濃度測量之前，斷開開關K，延時50 ms，以采集峰值。用50 ms進行A／D轉換并且將數據存儲，定時到時合上開關K，放電。同樣。每回發送數據之前進行10次數據采集并取平均。如果得到的結果大于設定的電壓，下位機報警，現場發光二極管閃爍。

3 系統工作流程
本系統是無線監測系統，下位機電路采用鋰電池供電，要求連續工作1年以上，因此在設計系統流程時首先要考慮能耗問題。由于瓦斯和溫度的變化是一個比較緩慢的過程，只要15分鐘進行一次數據收發即可，因此可讓傳感器電路在絕大多數時間內處于睡眠狀態，以節約能耗。無線收發芯片CCl000的工作電流約為10 mA，而在睡眠狀態下僅有1μA；射頻功放在發送數據時耗電約為70 mA。
MSP430F135單片機的工作電流為300μA，在睡眠狀態下不到2μA。
為了節約能耗，將15分鐘分成90個時隙。上位機每隔lO s發一次時隙代碼Tc，Tc=0x00～0x59，每次發完后轉到接收狀態。上位機發送的數據幀包括4個字節的前導碼，1個字節的開始界定符0xF3，1個字節時隙代碼TC，并加上一個字節的CRC校驗碼提高無線傳輸的可靠性，因此一個數據幀共有7個字節，約需要12 ms。(CCl000的傳信率設置為4．8 kbps)
下位機要發送的數據包括4個字節的前導碼，1個字節的開始界定符0xF2，1個字節的地址碼，1個字節的溫度值數據。1個字節的瓦斯濃度數據，加上1個字節的CRC校驗碼。因此一個數據幀共有9個字節。這樣發送數據需要15 ms。
在此基礎上，設計了無線監測系統流程，給每臺下位機分配20 ms的發送時間，240臺下位機(序號從0x01到0xF0)完成一次通信共需要4．8 s。
下位機流程如下：
(1)下位機初始化后轉到接收狀態；收到時隙代碼Tc后計算睡眠時間t，進入睡眠。t=lO×(90一Tc)一1．5 s．
同時將定時器t2清零并開始定時。
(2)定時器t2結束時，t2清零，開始執行信號采集子程序。
(3)當t2=1 s時，斷開信號采集電路，并轉到接收狀態。
(4)當t2=1．5 s時，接收同步信號0x00，并根據本機地址碼n計算發送數據的時刻
t1=(n一1)×20 ms．
同時將定時器t1、t2清零，開始定時，下位機進入睡眠狀態。
(5)第n個下位機在tl=(n一1)×20 ms時被喚醒并發送數據，發送完后再次進入睡眠狀態，轉到步驟(2)。上位機的流程較為簡單，下面只給出下位機工作的流程圖，如圖3所示。

4 結束語
本系統有效地采集了煤礦井下多個測點的溫度和瓦斯濃度；低功耗工作延長了系統的工作壽命；無線傳輸降低了系統的復雜度和布線費用。系統具有很高的可靠性和性價比。