专利名称：煤矿井下采空区无线自组网温度监测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种应用在煤矿井下采空区的无线自组网温度监测系统。
背景技术：
煤矿井下无线通信，特别是采用电池供电微功率无线通信是对矿井电缆、光缆等 有线通信的重要补充，在特殊环境下有着重要的意义。煤矿采空区安全信息监测目前还缺 乏行之有效的技术手段。目前煤矿井下无线通信技术采用的是2. 4GHz高频波段，穿透性很 差，数据极易丢失，难以适用煤矿采空区安全信息监测的需要。
发明内容
本发明目的是克服上述已有技术的不足，提供一种穿透性好、数据传输可靠的煤 矿井下采空区无线自组网温度监测系统。 本发明包括一个主节点和若干终端节点，每个终端节点结构都相同。主节点包括 单片机Ul、液晶显示模块U2、串口通讯模块、SD卡存储部分U5、5X 2接口 、无线射频收发模 块。终端节点包括单片机模块、温度传感器、无线射频收发模块。主节点中单片机U1采用 的型号是C8051F310。液晶显示模块U2采用深圳亚斌公司产品，型号是YB12232Z。液晶显 示模块U2的LED-、CS、SID、SCLK引脚分别接单片机U1的15、 16、 13、 18引脚，LED+、VDD引 脚同时接电源，VSS接地。串口通讯模块包括RS485总线和RS232总线。RS232总线采用的 转换芯片U3为MAX232， RS485总线采用的转换芯片U4为MAX485。 U3的9、10引脚分别接 Ul的30、29引脚；U3的7、8引脚接RS232插座Jl的2、3引脚；U3的1、3引脚分别接电容 Cl的正极和负极；U3的5、11引脚分别接电容C2的正极和负极；U3的6引脚接电容C3的 负极，C3的正极接地；U3的16引脚接电源，同时电源接电容C5的正极，C5的负极接地；U3 的2引脚接电容C4的负极，C4的正极接电源。U4的1、4引脚都接U1的31、32引脚；U4的 2，3引脚分别接Ul的26， 25引脚；U4的5、8引脚分别接地、电源；U4的6、7引脚接RS232 的3、2引脚。SD卡U5的CS、 DI、 SCK、 DO、 CD、 MP引脚分别接Ul的17，9， 10， 11，8、7引脚; U5的GND、VCC引脚分别接地、电源。5X2接口 J2与无线射频收发模块连接。无线射频收 发模块采用的是成都无线龙(公司)生产的型号CC1100射频模块。 终端节点中单片机模块包括单片机U6、外部晶振电路和滤波电路；外部晶振电路 包括10M电阻R1、32K晶振Xl、两个32PF电容C8和C9 ;滤波电路包括一个104电容CIO。 温度传感器U7采用的型号为TI公司的TC77。 5X2接口用来与无线射频收发模块连接。 无线射频收发模块型号与主节点的无线射频收发模块型号相同。其电气连接为单片机U6 的31、32引脚并联10M电阻Rl同时也并联32K晶振XI两个引脚，X1的每个引脚同时串联 32PF电容C8、 C9的一端，C8、 C9的另一端都接地；U5的VDD和GND引脚之间连接一个104 电容C10，起到滤波的作用；U5的25、26、27引脚分别与U7的SI/0、SCK、CS引脚连接，实现 温度数据的采集。 本发明的工作过程是在煤矿井下采空区放置大量的终端节点用来采集温度数据，同时放置一个主节点，用来对终端节点采集到的温度数据进行处理，同时还用来实现网 络的建立和维护。终端节点采用两节五号电池供电，主节点采用井下的18V电源供电。每 个终端节点都有一个固定的地址，终端节点与终端节点的距离间隔IO米左右。每个终端节 点采集的温度数据通过无线射频收发模块发送到相邻的终端节点，以这个相邻的终端节点 为载体将数据再次转发到它的相邻节点，最终温度数据以接力的方式传送到主节点中。主 节点对收到的温度数据进行处理，通过RS-485总线将收到的终端节点的温度数据传送到 煤矿井上的上位机中，最终实现对煤矿井下采空区温度的监控。 本发明是基于433腿z波段的无线自组网，以前没有被应用到煤矿井下，通过与现 有的免费频段(2. 4GHz、868\915MHz)的对比，本发明采用的433MHz波段，穿透性好，数据传 输可靠，能够适用煤矿采空区安全信息监测的需要。2. 4GHz和868\915MHz波段穿通性差， 一旦终端节点被煤炭覆盖，信号就很难被发送出去，而本系统的终端节点发送的信号可以 穿透数米的煤炭层。
图1是本发明终端节点电气原理图。
图2是本发明主节点电气原理图。
具体实施例方式
本发明使用时需要配用一个后台监控管理系统。传感器终端节点具有本地数据
采集传输和转发邻节点数据的双重功能，可以在后台监控管理系统和主节点的控制下采集
数据，并将数据经过多跳路由传输到主节点；主节点是网络的中心，具有协调器和网关的作 用，负责网络的配置、管理和数据的汇集，并负责与用户PC机的通信。后台监控管理系统即 上位机管理系统。在使用过程中要注意，主节点应该放置到采空区边缘离井外比较近的地 方，而终端节点则分别放置采空区巷道两侧，并且终端节点与终端节点的间距在十米左右。 整个系统的寿命取决于终端节点的寿命，因此终端节点必须有很低的功耗。终端节点采用 两节五号电池供电，其节点的使用寿命可以达到十五个月以上。终端节点中的单片机U6大 部分时间都处于休眠状态，而无线射频收发模块则间隔性的检测空气中是否有来自主节点 的唤醒信号，如果有唤醒信号则唤醒单片机U6，使其处于工作状态，当U6完成工作后进入 休眠状态，等待唤醒信号。如果无线射频收发模块没有检测到来自主节点的唤醒信号则也 进入休眠状态，此时整个终端节点的功耗最低。无线射频收发模块休眠时间可以通过程序 设定。
权利要求
一种煤矿井下采空区无线自组网温度监测系统，其特征是包括一个主节点和若干终端节点，每个终端节点结构都相同；主节点包括单片机U1、液晶显示模块U2、串口通讯模块、SD卡存储部分U5、5×2接口、无线射频收发模块；单片机U1型号是C8051F310；液晶显示模块U2型号是YB12232Z；液晶显示模块U2的LED-、CS、SID、SCLK引脚分别接单片机U1的15、16、17、8引脚，LED+、VDD引脚同时接电源，VSS接地；串口通讯模块包括RS485总线和RS232总线；RS232总线采用的转换芯片U3为MAX232，RS485总线采用的转换芯片U4为MAX485；U3的9、10引脚分别接U1的30、29引脚；U3的7、8引脚接RS232插座J1的2、3引脚；U3的1、3引脚分别接电容C1的正极和负极；U3的5、11引脚分别接电容C2的正极和负极；U3的6引脚接电容C3的负极，C3的正极接地；U3的16引脚接电源，同时电源接电容C5的正极，C5的负极接地；U3的2引脚接电容C4的负极，C4的正极接电源；U4的1、4引脚都接U1的31、32引脚；U4的2，3引脚分别接U1的26，25引脚；U4的5、8引脚分别接地、电源；U4的6、7引脚接RS232的3、2引脚；SD卡U5的CS、DI、SCK、DO、CD、MP引脚分别接U1的17，9，10，11，8、7引脚；U5的GND、VCC引脚分别接地、电源；5×2接口J2与无线射频收发模块连接；无线射频收发模块的型号CC1100；终端节点包括单片机模块、温度传感器、无线射频收发模块；单片机模块包括单片机U6、外部晶振电路和滤波电路；外部晶振电路包括10M电阻R1、32K晶振X1、两个32PF电容C8和C9；滤波电路包括一个104电容C10；无线射频收发模块与主节点相同，5×2接口用来与无线射频收发模块连接；单片机U6的31、32引脚并联10M电阻R1同时也并联32K晶振X1两个引脚，X1的每个引脚同时串联32PF电容C8、C9的一端，C8、C9的另一端都接地；U6的VDD和GND引脚之间连接一个104电容C10；U6的25、26、27引脚分别与温度传感器TC77的SI/O、SCK、CS引脚连接。
全文摘要
一种煤矿井下采空区无线自组网温度监测系统，目的是穿透性好、数据传输可靠；本发明包括一个主节点和若干终端节点，每个终端节点结构都相同；主节点包括单片机U1、液晶显示模块U2、串口通讯模块、SD卡存储部分U5、5×2接口、无线射频收发模块；单片机U1型号是C8051F310，液晶显示模块U2型号是YB12232Z；终端节点包括单片机模块、温度传感器、无线射频收发模块；单片机模块包括单片机U6、外部晶振电路和滤波电路；外部晶振电路包括10M电阻R1、32K晶振X1、两个32PF电容C8和C9；滤波电路包括一个104电容C10；无线射频收发模块与主节点相同，5×2接口用来与无线射频收发模块连接。
文档编号G01K1/02GK101738259SQ200910175339
公开日2010年6月16日 申请日期2009年12月8日 优先权日2009年12月8日
发明者梁立飞, 梁飞, 王建农, 贺强 申请人:太原市电子研究设计院