專利名稱：智能型礦壓監(jiān)測分站及其校表方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及礦壓監(jiān)測分站。
背景技術(shù)：
目前，在煤礦開采中，為了生產(chǎn)安全要對頂板壓力進行監(jiān)測。目前市場上的礦壓監(jiān)測分站(或稱礦壓監(jiān)測儀)有多種，與本發(fā)明有關(guān)的礦壓監(jiān)測分站如圖I所示，它是由單片機、通訊模塊RSM3485、AD轉(zhuǎn)換模塊、液晶模塊、運算放大模塊、校準電位器及應變橋式壓力傳感器所組成。其不足是1、信號校準時需要用兩個電位器進行校準，一點一點的調(diào)節(jié)電位器，非常麻煩，有時需要10幾分鐘，且只能調(diào)到2級以下；而且電位器是機械部件，會因為振動，溫度，跌落而發(fā)生變化，根本就不能保證產(chǎn)品長期穩(wěn)定性。2、類似產(chǎn)品都是使用紅外數(shù)傳來完成簡單的數(shù)據(jù)采集等功能，紅外數(shù)傳距離小于I. 5米，不能完成自動抄表，抄表時， 工作人員需站在凳子上用礦燈照射紅紅外頭才能讀取數(shù)據(jù)，不能完成自動抄表。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為解決礦壓監(jiān)測分站校表困難和抄表困難問題，對其進行改進，設計一種智能型礦壓監(jiān)測分站，同時提出校表方法。一種智能型礦壓監(jiān)測分站，它是由單片機、通訊模塊RSM3485、AD轉(zhuǎn)換模塊、液晶模塊、運算放大模塊及應變橋式壓力傳感器所組成，其特征在于，它還包括一個無線數(shù)據(jù)傳輸模塊和智能型數(shù)據(jù)采集器；其中所述的無線數(shù)據(jù)傳輸模塊嵌入上述單片機和通訊模塊RSM3485電路中；嵌入時，無線數(shù)據(jù)傳輸模塊的腳RXD與通訊模塊RSM3485的腳RXD同時連接到單片機腳TXD上，通訊模塊RSM3485的腳TXD通過一個二極管聯(lián)接到單片機腳RXD上，無線數(shù)據(jù)傳輸模塊的腳TXD通過一個電阻與上述二極管和單片機腳RXD的接點相連。所述的智能型數(shù)據(jù)采集器由主控模塊M430FG4618、無線數(shù)據(jù)傳輸模塊、按鍵模塊ZLG7290B、電池接口、人機交互液晶模塊通訊連接而成。上述無線數(shù)據(jù)傳輸模塊均是高度集成超低功耗半雙工微功率模塊，比如深圳市安美通科技有限公司生產(chǎn)的高度集成的超低功耗模塊SX1212。當用戶使用智能型數(shù)據(jù)采集器時，通過按鍵模塊ZLG7290B發(fā)送命令給主控模塊M430FG4618時，主控模塊M430FG4618U1自動識別鍵盤命令，并且根據(jù)液晶模塊當前處于哪個界面，從而發(fā)送不同的命令給無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，無線數(shù)據(jù)傳輸模塊再通過無線電波發(fā)給智能型礦壓監(jiān)測分站；智能型數(shù)據(jù)采集器同時接收智能型礦壓監(jiān)測分站發(fā)出的信號。上述智能型礦壓監(jiān)測分站，通過二極管和電阻構(gòu)成精確的配合電路，使通訊模塊RSM3485和無線數(shù)據(jù)傳輸模塊兼容連接到同一接口上，單片機發(fā)送時通訊模塊RSM3485和無線數(shù)據(jù)傳輸模塊同時接收，當無線數(shù)據(jù)傳輸模塊發(fā)送時因有二極管的存在，通訊模塊RSM3485的電路不受影響，當通訊模塊RSM3485發(fā)送時因有電阻的存在，無線數(shù)據(jù)傳輸模塊的電路不受影響，實現(xiàn)了無線校對時不會影響到系統(tǒng)的在線檢測通訊功能。
智能型礦壓監(jiān)測分站的模擬信號由應變橋式壓力傳感器產(chǎn)生，由運算放大模塊0P07BP和AD轉(zhuǎn)換模塊采集；由電腦軟件通過聯(lián)網(wǎng)直接設定地址；由單片機內(nèi)置的E2PPR0M完成數(shù)據(jù)存儲；由液晶模塊IXDl連接液晶完成數(shù)據(jù)顯示；由通訊模塊模塊RSM3485完成通訊；由無線數(shù)據(jù)傳輸模塊完成無線校表功能；通過通訊模塊RSM3485與電腦相連，構(gòu)成礦壓監(jiān)控系統(tǒng)。使用時，應變橋式壓力傳感器通過快速接頭與被測裝置的液體相聯(lián)，由液體壓力而產(chǎn)生阻值變化的差分信號，被運算放大模塊0P07BP放大和驅(qū)動后進入AD轉(zhuǎn)換模塊，單片機通過SPI接口得到最終數(shù)據(jù)，處理后即可在數(shù)碼管或者液晶模塊IXDl上顯示并存儲起來，通過無線抄表器或者在線傳輸進行采集數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)存儲、 設定參數(shù)，并可將數(shù)據(jù)上傳PC機進行數(shù)據(jù)處理。單片機智能接收無線指令，并且完成自動校表、抄表，設置參數(shù)等。無線數(shù)據(jù)傳輸模塊是新一代的多通道嵌入式無線數(shù)傳模塊，可設置多個頻道，可在線修改串口速率，發(fā)射功率，射頻速率等各種參數(shù)，步進為lKHz。該模塊創(chuàng)新地采用了高效的循環(huán)交織糾檢錯編碼，其編碼增益高達近3dBm，遠遠高于一般的前向糾錯編碼，對抗突發(fā)干擾和靈敏度都較大的改善。同時編碼也包含可靠檢錯能力，能夠自動濾除錯誤及虛假信息，真正實現(xiàn)了連接。所以該模塊特別適合與在工業(yè)領(lǐng)域等強干擾的惡劣環(huán)境中使用。本發(fā)明的智能型礦壓監(jiān)測分站的智能校表功能主要是基于一個模擬的軟件電位器完成的，不需要硬件電位器參與。其操作步驟如下第一步，首先把智能型礦壓監(jiān)測分站連接到標準壓力校表儀上，開機上電后，程序進入初始化階段，通過默認參數(shù)進入顯示程序，再把標準壓力校表儀定到0值上；第二步，打開智能型數(shù)據(jù)采集器上的開機鍵，智能型數(shù)據(jù)采集器發(fā)送校表命令與人交互，按參數(shù)設置菜單鍵，進入?yún)?shù)設置界面，再進入“設置參數(shù)A”，輸入相應的錨桿應力表編號，按確認鍵，智能型數(shù)據(jù)采集器向智能型礦壓監(jiān)測分站發(fā)送校表命令，發(fā)完并接收到反饋信息后，智能型礦壓監(jiān)測分站上顯示“0”，至此A參數(shù)校正結(jié)束；第三步，把標準壓力校表儀設定到60Mpa或需要的設定值上，表上即會顯示一個數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)不一定是60，智能型數(shù)據(jù)采集器進入“設置參數(shù)B”界面，在上述編號后面輸入60Mpa或需要的設定值，按確認鍵后，智能型數(shù)據(jù)采集器向智能型礦壓監(jiān)測分站發(fā)送校表命令，發(fā)完并接收到表的反饋信息后，表上即會顯示一個數(shù)據(jù)，把該數(shù)據(jù)與設定值對照，表上顯示就一定是60，至此B參數(shù)校正結(jié)束。當“參數(shù)A”和“參數(shù)B”設置后，智能型礦壓監(jiān)測分站精度即達到0. 5級以上，校
表完成。本發(fā)明的積極效果是；I、單片機內(nèi)部自帶有存儲器，所有參數(shù)存入其中，比外加的存儲器有更好的穩(wěn)定功能，成本還大大降低。2、數(shù)據(jù)地址編碼是通過電腦連網(wǎng)后編號的，簡單省事。3、通過一個軟件模擬的電位器實現(xiàn)了自動校表功能。4、精度高達0. 5級以上，不通過機械部分調(diào)節(jié)，精度不受震動、溫度、移動的影響。5、不需要用礦燈照射喚醒，只需要工作人員帶著采集器在旁邊10-50米左右位置走過，就能自動完成米集。6、可以通過采集器修復該設備或者設置其他各種參數(shù)。
7、無線數(shù)據(jù)通訊模塊用433MHz左右可調(diào)的頻率無線通信，能根據(jù)現(xiàn)場復雜的環(huán)境靈活設置，比單一固定頻率的設備適應性更強；另外433MHz頻率段屬于低頻率段，比一些ZIGBEE等技術(shù)使用的IGMHz的頻率繞射能力強很多，對障礙物的穿越能力明顯好，空曠地帶傳輸距離可達700米以上。8、無線數(shù)據(jù)通訊模塊發(fā)射功率大，但功耗低，單節(jié)5號電池2000mA時能用2年以
上。


圖I是現(xiàn)有礦壓監(jiān)測分站的電路原理框圖。圖2是本發(fā)明實施例的電路原理框圖。圖3是本發(fā)明實施例中智能型數(shù)據(jù)采集器的電路原理框圖。
具體實施例方式參照附圖進一步說明智能礦壓監(jiān)測分站的技術(shù)方案。圖I是現(xiàn)有礦壓監(jiān)測分站的電路原理框圖，從圖中可以看出，它是由單片機、通訊模塊RSM3485、AD轉(zhuǎn)換模塊、液晶模塊、運算放大模塊、校準電位器及應變橋式壓力傳感器所組成。如圖2所示，本發(fā)明智能礦壓監(jiān)測分站是由單片機U1、通訊模塊RSM3485、AD轉(zhuǎn)換模塊、液晶模塊IXD1、運算放大模塊0P07BP及應變橋式壓力傳感器所組成；它還包括一個無線數(shù)據(jù)傳輸模塊；無線數(shù)據(jù)傳輸模塊是深圳市安美通科技有限公司生產(chǎn)的高度集成的超低功耗模塊SX1212。無線數(shù)據(jù)傳輸模塊嵌入上述單片機Ul和通訊模塊RSM3485電路中；嵌入時，無線數(shù)據(jù)傳輸模塊的腳RXD與通訊模塊RSM485的腳RXD同時連接到單片機腳TXD上，通訊模塊RSM3485的腳TXD通過一個二極管聯(lián)接到單片機腳RXD上，無線數(shù)據(jù)傳輸模塊的腳TXD通過一個電阻與上述二極管和單片機腳RXD的接點相連。它還包括一個智能型數(shù)據(jù)采集器，智能型數(shù)據(jù)采集器如圖3所示，由主控模塊M430FG4618、超低功耗模塊SX1212、按鍵模塊ZLG7290B、電池接口、人機交互液晶模塊連接而成。其中Ul是主CPU，采用M430FG4618，本模塊內(nèi)帶時鐘，從而可以完成時間記錄功能；U2是超低功耗模塊SX1212，是收發(fā)一體的模塊；U3是按鍵模塊，型號是ZLG7290B，主要完成鍵盤輸入功能；U4是電池接口，用來接受電池供電；U5是液晶模塊，用來完成人機交互。工作原理是當用戶通過鍵盤U3發(fā)送命令給Ul時，Ul自動識別鍵盤命令，并且根據(jù)U5當前處于哪個界面，從而發(fā)送不同的命令給無線模塊U2，U2再通過無線電波發(fā)給表，接收時相反的過程。本采集器既能完成自動采集功能，又有校表功能。采集時，由用戶對著主機，按自動采集鍵，顯示接收成功后，再把采集器放到電腦跟前，把數(shù)據(jù)通過軟件傳給電腦。該電腦上需要I個軟件和一個串口無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，該模塊和上述的模塊SX1212是同一個型號的模塊，并加一個串口 TTL轉(zhuǎn)RS232的轉(zhuǎn)換板。校表的操作步驟如下
第一步，首先把智能型鉆孔應力傳感器連接到標準壓力校表儀上，開機上電后，程序進入初始化階段，通過默認參數(shù)進入顯示程序，再把標準壓力校表儀定到0值上；第二步，打開智能型數(shù)據(jù)采集器上的開機鍵，智能型數(shù)據(jù)采集器發(fā)送校表命令與人交互，按參數(shù)設置菜單鍵，進入?yún)?shù)設置界面，再進入“設置參數(shù)A”，輸入相應的智能型鉆孔應力傳感器編號，按確認鍵，智能型數(shù)據(jù)采集器向智能型鉆孔應力傳感器發(fā)送校表命令，發(fā)完并接收到反饋信息后，智能型鉆孔應力傳感器顯示“0”，至此A參數(shù)校正結(jié)束；第三步，把標準壓力校表儀設定到60Mpa或需要的設定值上，表上即會顯示一個數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)不一定是60，智能型數(shù)據(jù)采集器進入“設置參數(shù)B”界面，在上述編號后面輸入60Mpa或需要的設定值，按確認鍵后，智能型數(shù)據(jù)采集器向智能型鉆孔應力傳感器發(fā)送校表命令，發(fā)完并接收到表的反饋信息后，表上即會顯示一個數(shù)據(jù)，把該數(shù)據(jù)與設定值對照，表上顯示就一定是60，至此B參數(shù)校正結(jié)束。當“參數(shù)A”和“參數(shù)B”校正結(jié)束后，智能型鉆孔應力傳感器精度即達到0. 5級以上，校表完成。 智能型采集器的連接關(guān)系主要描述如下如圖3，U2的管腳3與Ul的管腳12相連，U2的管腳4與Ul的管腳19相連，U2的管腳5與Ul的管腳21相連，U2的管腳6與Ul的管腳31相連，U2的管腳7與Ul的管腳39相連，U3的管腳14與Ul的管腳15相連，U3的管腳19與Ul的管腳22相連，U3的管腳20與Ul的管腳26相連，U4的管腳+3. 3v與Ul的管腳43相連，U4的管腳GND與Ul的管腳42相連，U5的管腳DO與Ul的管腳PO. 15相連，U5的管腳Dl與Ul的管腳PO. 16相連，U5的管腳D2與Ul的管腳PO. 17相連，U5的管腳D3與Ul的管腳PO. 18相連，U5的管腳D4與Ul的管腳PO. 19相連，U5的管腳D5與Ul的管腳PO. 20相連，U5的管腳D6與Ul的管腳PO. 21相連，U5的管腳D7與Ul的管腳PO. 22相連，U5的管腳RST與Ul的管腳PO. 29相連，U5的管腳CS2與Ul的管腳PO. 28相連，U5的管腳CSl與Ul的管腳PO. 27相連，U5的管腳E與Ul的管腳PO. 23相連，U5的管腳D/I與Ul的管腳PO. 31相連，U5的管腳LIGHT+接 +5V，U5 的管腳 LIGHT-接 GND。上述單片機是完全集成的低功耗混合信號片上系統(tǒng)型MCU。采用型號C8051F310系列。下面列出了一些主要特性I、高速8051微控制器內(nèi)核流水線指令結(jié)構(gòu)；70%的指令的執(zhí)行時間為個或兩個系統(tǒng)時鐘周期；速度可達25MIPS(時鐘頻率為25MHz時)；擴展的中斷系統(tǒng)。2、存儲器1280 字節(jié)內(nèi)部數(shù)據(jù) RAM(1024+256) ；16KB(C8051F310/1)或8KB (C8051F312/3/4)。3、FLASH存儲器；可在系統(tǒng)編程，扇區(qū)大小為512字節(jié)。4、數(shù)字外設29/25個端口 I/O ;所有口線均耐5V電壓；硬件增強型UART、SMBus和SPI串口 ；4個通用16位計數(shù)器/定時器；16位可編程計數(shù)器/定時器陣列(PCA);有捕捉/比較模塊；使用PCA或定時器和外部時鐘源的時鐘方式。5、時鐘源內(nèi)部可編程振蕩器24. 5MHz, ±2%的精度；可支持無晶體UART操作。外部振蕩器晶體、RC、C、或外部時鐘。6、具有片內(nèi)上電復位、VDD監(jiān)視器、看門狗定時器和時鐘振蕩器的器件是真正能獨立工作的片上系統(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具有完全的控制，可以關(guān)斷任何一個或所有外設以節(jié)省功 耗。
權(quán)利要求
1.一種智能型礦壓監(jiān)測分站，它是由單片機、通訊模塊RSM3485、AD轉(zhuǎn)換模塊、液晶模塊、運算放大模塊及應變橋式壓力傳感器所組成，其特征在于，它還包括一個無線數(shù)據(jù)傳輸模塊和智能型數(shù)據(jù)采集器；其中 所述的無線數(shù)據(jù)傳輸模塊嵌入上述單片機和通訊模塊RSM3485電路中；嵌入時，無線數(shù)據(jù)傳輸模塊的腳RXD與通訊模塊RSM3485的腳RXD同時連接到單片機腳TXD上，通訊模塊RSM3485的腳TXD通過一個二極管聯(lián)接到單片機腳RXD上，無線數(shù)據(jù)傳輸模塊的腳TXD通過一個電阻與上述二極管和單片機腳RXD的接點相連； 所述的智能型數(shù)據(jù)采集器由主控模塊M430FG4618、無線數(shù)據(jù)傳輸模塊、按鍵模塊ZLG7290B、電池接口、人機交互液晶模塊通訊連接而成； 上述無線數(shù)據(jù)傳輸模塊均是高度集成超低功耗半雙工微功率模塊。
2.如權(quán)利要求I所述的智能型礦壓頂板離層儀，其特征在于，所述的單片機采用型號C8051F310系列的單片機。
3.—種如權(quán)利要求I所述鉆孔應力傳感器的校表方法，其特征在于，其操作步驟如下 第一步，首先把智能型鉆孔應力傳感器連接到標準壓力校表儀上，開機上電后，程序進入初始化階段，通過默認參數(shù)進入顯示程序，再把標準壓力校表儀定到O值上； 第二步，打開智能型數(shù)據(jù)采集器上的開機鍵，智能型數(shù)據(jù)采集器發(fā)送校表命令與人交互，按參數(shù)設置菜單鍵，進入?yún)?shù)設置界面，再進入“設置參數(shù)A”，輸入相應的智能型鉆孔應力傳感器編號，按確認鍵，智能型數(shù)據(jù)采集器向智能型鉆孔應力傳感器發(fā)送校表命令，發(fā)完并接收到反饋信息后，智能型鉆孔應力傳感器顯示“O”，至此A參數(shù)校正結(jié)束； 第三步，把標準壓力校表儀設定到60Mpa或需要的設定值上，表上即會顯示一個數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)不一定是60，智能型數(shù)據(jù)采集器進入“設置參數(shù)B”界面，在上述編號后面輸入60Mpa或需要的設定值，按確認鍵后，智能型數(shù)據(jù)采集器向智能型鉆孔應力傳感器發(fā)送校表命令，發(fā)完并接收到表的反饋信息后，表上即會顯示一個數(shù)據(jù)，把該數(shù)據(jù)與設定值對照，表上顯示就一定是60，至此B參數(shù)校正結(jié)束。
當“參數(shù)A”和“參數(shù)B”校正結(jié)束后，智能型鉆孔應力傳感器精度即達到O. 5級以上，校表完成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種智能型礦壓監(jiān)測分站及其校表方法，它是由單片機、通訊模塊RSM3485、AD轉(zhuǎn)換模塊、液晶模塊、運算放大模塊、應變橋式壓力傳感器、一個無線數(shù)據(jù)傳輸模塊和智能型數(shù)據(jù)采集器組成；無線數(shù)據(jù)傳輸模塊是高度集成超低功耗半雙工微功率模塊，它嵌入上述單片機和通訊模塊RSM3485電路中。本發(fā)明通過一個軟件模擬的電位器實現(xiàn)了自動校表功能，精度高達0.5級以上；不需要用礦燈照射喚醒，只需要工作人員帶著采集器在旁邊10-50米左右位置走過，就能自動完成采集。
文檔編號G01L1/22GK102759422SQ20111011570
公開日2012年10月31日 申請日期2011年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月24日
發(fā)明者孟鴻鑫, 彭慧, 湯元信, 邱文明 申請人:孟鴻鑫, 山東大成電氣有限公司