智能型顶板位移传感器

1.一种智能型顶板位移传感器，它是由单片机、通讯模块RSM3485、AD转换模块、液晶显示模块及两个电阻变换式离层传感器所组成，其特征在于，它还包括一个无线数据传输模块和智能型数据采集器；其中：
所述的无线数据传输模块嵌入上述单片机和通讯模块RSM3485电路中；嵌入时，无线数据传输模块的脚RXD与通讯模块RSM3485的脚RXD同时连接到单片机脚TXD上，通讯模块RSM3485的脚TXD通过一个二极管联接到单片机脚RXD上，无线数据传输模块的脚TXD通过一个电阻与上述二极管和单片机脚RXD的接点相连；
所述的智能型数据采集器由主控模块M430FG4618、无线数据传输模块、按键模块ZLG7290B、电池接口和人机交互液晶模块通讯连接而成；
上述无线数据传输模块均是高度集成超低功耗半双工微功率模块。
2.如权利要求1所述的智能型顶板位移传感器，其特征在于，所述的单片机采用型号C8051F310系列的单片机。

智能型顶板位移传感器\n技术领域\n[0001] 本实用新型涉及矿压监测仪表，尤其涉及顶板离层仪。\n背景技术\n[0002] 目前，在煤矿开采中，为了生产安全要对顶板离层情况进行监测。顶板离层监测原理是，采用基点位移测量方法，在顶板上打一钻孔，在钻孔内设两个基点，孔口布置顶板离层传感器，当顶板发生运动时，两个基点的位置也发生变化，基点由钢丝绳牵引传感器内的机械部件运动，传递出电压信号。基点的运动属直线位移的变化，传感器的机械结构将位移的运动转换成角位移的旋转运动，旋转部件连接角位移传感器，角位移传感器输出与角度比例对应的电压信号。通过顶板位移传感器采集转换电压信号，显示数据并通过总线接口将数据发送到上位分站。顶板位移传感器市场上有的称为顶板离层仪或顶板位移传感表等。\n[0003] 目前市场上的顶板位移传感器主要是电阻变换式。该传感器输出一个电压的信号，该信号反应了位移的大小。与本实用新型有关的顶板位移传感器如图1所示，它是由单片机、通讯模块RSM3485、AD转换模块、液晶显示模块及两个电阻变换式离层传感器所组成。其不足是：使用红外数传来完成简单的数据采集等功能，红外数传距离小于1.5米，不能完成自动抄表，抄表时，工作人员需站在凳子上用矿灯照射红红外头才能读取数据，不能完成自动抄表。\n发明内容\n[0004] 本实用新型的目的是为解决顶板位移传感器抄表困难问题，对其进行改进，设计一种智能型顶板位移传感器。\n[0005] 一种智能型顶板位移传感器，它是由单片机、通讯模块RSM3485、AD转换模块、液晶显示模块及两个电阻变换式传感器所组成，其特征在于，它还包括一个无线数据传输模块和智能型数据采集器；其中：\n[0006] 所述的无线数据传输模块嵌入上述单片机和通讯模块RSM3485电路中；嵌入时，无线数据传输模块的脚RXD与通讯模块RSM3485的脚RXD同时连接到单片机脚TXD上，通讯模块RSM3485的脚TXD通过一个二极管联接到单片机脚RXD上，无线数据传输模块的脚TXD通过一个电阻与上述二极管和单片机脚RXD的接点相连。\n[0007] 所述的智能型数据采集器由主控模块M430FG4618、无线数据传输模块、按键模块ZLG7290B、电池接口、人机交互液晶模块通讯连接而成；\n[0008] 上述无线数据传输模块是高度集成超低功耗半双工微功率模块。\n[0009] 当用户使用智能型数据采集器时，通过按键模块ZLG7290B发送命令给主控模块M430FG4618时，主控模块M430FG4618U1自动识别键盘命令，并且根据液晶模块当前处于哪个界面，从而发送不同的命令给无线数据传输模块，无线数据传输模块再通过无线电波发给智能型顶板位移传感器；智能型数据采集器同时接收智能型顶板位移传感器发出的信号。\n[0010] 通过二极管和电阻构成精确的配合电路，使通讯模块RSM3485和无线数据传输模块兼容连接到同一接口上，单片机发送时通讯模块RSM3485和无线数据传输模块同时接收，当无线数据传输模块发送时因有二极管的存在，通讯模块RSM3485的电路不受影响，当通讯模块RSM3485发送时因有电阻的存在，无线数据传输模块的电路不受影响，实现了无线校对时不会影响到系统的在线检测通讯功能。\n[0011] 智能型顶板位移传感器的模拟信号由电阻离层传感器产生，由AD转换模块采集；\n由电脑软件通过联网直接设定地址；由单片机内置的E2PPROM完成数据存储；由数码显示模块连接数码管完成数据显示；由通讯模块模块RSM3485完成通讯；由无线数据传输模块完成无线校表功能；通过通讯模块RSM3485与电脑相连，构成矿压监控系统。由无线数据传输模块和智能型数据采集器完成无线校表和抄表功能。\n[0012] 使用时，电阻变换式离层传感器通过快速接头与智能型顶板位移传感器相联，单片机通过SPI接口得到最终数据，处理后即可在液晶片上显示并存储起来，通过无线抄表器或者在线传输进行采集数据、数据存储、设定参数，并可将数据上传PC机进行数据处理。\n单片机智能接收无线指令，并且完成自动校表、抄表，设置参数等。\n[0013] 无线数据传输模块是新一代的多通道嵌入式无线数传模块，可设置多个频道，可在线修改串口速率，发射功率，射频速率等各种参数，步进为1KHz，模块主芯片型号是：\nCC1100，该模块创新的采用了高效的循环交织纠检错编码，其编码增益高达近3dBm，远远高与一般的前向纠错编码，对抗突发干扰和灵敏度都较大的改善。同时编码也包含可靠检错能力，能够自动滤除错误及虚假信息，真正实现了连接。所以该模块特别适合在强干扰的恶劣环境中使用。\n[0014] 本实用新型的智能型顶板位移传感器的智能校表功能主要是基于一个模拟的软件电位器完成的，不需要硬件电位器参与。其操作步骤如下：\n[0015] 第一步，首先把离层仪传感器连接到智能型顶板位移传感器上，使离层仪传感器两个基点头拉开至设定的基点距离，给离层仪上电，程序进入初始化阶段，通过默认参数进入显示程序，这时离层仪显示的不一定是“0”值；\n[0016] 第二步，打开智能型数据采集器上的开机键，智能型数据采集器发送校表命令与人交互，按参数设置菜单键，进入参数设置界面，再进入“设置参数A”，输入相应的离层仪编号，按确认键，智能型数据采集器向离层仪发送校表命令，发完并接收到反馈信息后，智能型数据采集器显示“0”，至此A参数校正结束；\n[0017] 第三步，把离层仪传感器两个基点头拉开至其最大量程，并用用标准米尺测量出两个基点头拉开至其最大量程时的增加的距离数，例如300毫米，使智能型数据采集器进入“设置参数B”界面，在上述编号后面输入增加的距离数，例如300毫米，按确认键后，智能型数据采集器向离层仪发送校表命令，发完并接收到表的反馈信息后，表上即会显示一个数据，表上显示就一定是300毫米，至此B参数校正结束。\n[0018] 当“参数A”和“参数B”校正结束后，该离层仪精度即达到0.5级以上，校表完成。\n[0019] 本实用新型的积极效果是；\n[0020] 1、单片机内部自带有存储器，所有参数存入其中，比外加的存储器有更好的稳定功能，成本还大大降低。\n[0021] 2、数据地址编码是通过电脑连网后编号的，简单省事。\n[0022] 3、通过一个软件模拟的电位器实现了自动校表功能。\n[0023] 4、精度高达0.5级以上，不通过机械部分调节，精度不受震动、温度、移动的影响。\n[0024] 5、不需要用矿灯照射唤醒，只需要工作人员带着采集器在旁边10-50米左右位置走过，就能自动完成采集。\n[0025] 6、可以通过采集器修复该设备或者设置其他各种参数。\n[0026] 7、无线数据通讯模块用433MHz左右可调的频率无线通信，能根据现场复杂的环境灵活设置，比单一固定频率的设备适应性更强；另外433MHz频率段属于低频率段，比一些ZIGBEE等技术使用的1GMHz的频率绕射能力强很多，对障碍物的穿越能力明显好，空旷地带传输距离可达700米以上。\n[0027] 8、无线数据通讯模块发射功率大，但功耗低，单节5号电池2000mA时能用2年以上。\n附图说明\n[0028] 图1是现有顶板位移传感器的电路原理框图。\n[0029] 图2是本实用新型实施例的电路原理框图。\n[0030] 图3是本实用新型实施例中智能型数据采集器的电路原理框图。\n具体实施方式\n[0031] 参照附图进一步说明智能顶板位移传感器的技术方案。\n[0032] 图1是现有顶板位移传感器的电路原理框图，从图中可以看出，它是由单片机、通讯模块RSM3485、AD转换模块、液晶显示模块及两个电阻变换式离层传感器所组成。\n[0033] 如图2所示，本实用新型的智能顶板位移传感器，是由单片机、通讯模块RSM3485、AD转换模块、液晶显示模块及两个电阻变换式离层传感器所组成；它还包括一个无线数据传输模块；无线数据传输模块是高度集成超低功耗半双工微功率模块，无线数据传输模块嵌入上述单片机和通讯模块RSM3485电路中；嵌入时，无线数据传输模块的脚RXD与通讯模块RSM3485的脚RXD同时连接到单片机脚TXD上，通讯模块RSM3485的脚TXD通过一个二极管联接到单片机脚RXD上，无线数据传输模块的脚TXD通过一个电阻与上述二极管和单片机脚RXD的接点相连。\n[0034] 它还包括一个智能型数据采集器，智能型数据采集器如图3所示，由主控模块M430FG4618、无线数据传输模块、按键模块ZLG7290B、电池接口、人机交互液晶模块连接而成。其中：\n[0035] U1是主CPU，采用M430FG4618，本模块内带时钟，从而可以完成时间记录功能，U2是无线芯片，和表上的一样，是收发一体的模块，U3是按键模块，型号是：ZLG7290B，主要完成键盘输入功能，U4是电池接口，用来接受电池供电。U5是液晶模块，用来完成人机交互。\n[0036] 工作原理是：当用户通过键盘U3发送命令给U1时，U1自动识别键盘命令，并且根据U5当前处于哪个界面，从而发送不同的命令给无线模块U2，U2再通过无线电波发给表，接收时相反的过程。\n[0037] 本采集器既能完成自动采集功能，又有校表功能。\n[0038] 采集时，由用户对着表，按自动采集键，显示接收成功后，再把采集器放到电脑跟前，把数据通过软件传给电脑，电脑上需要1个软件和一个串口无线模块(此模块和表上的是同一个模块，但加了一个串口TTL转RS232的转换板，此板市场上常见)\n[0039] 智能型采集器的连接关系主要描述如下：\n[0040] 如图3，U2的管脚3与U1的管脚12相连，U2的管脚4与U1的管脚19相连，U2的管脚5与U1的管脚21相连，U2的管脚6与U1的管脚31相连，U2的管脚7与U1的管脚\n39相连，U3的管脚14与U1的管脚15相连，U3的管脚19与U1的管脚22相连，U3的管脚\n20与U1的管脚26相连，U4的管脚+3.3v与U1的管脚43相连，U4的管脚GND与U1的管脚42相连，U5的管脚D0与U1的管脚P0.15相连，U5的管脚D1与U1的管脚P0.16相连，U5的管脚D2与U1的管脚P0.17相连，U5的管脚D3与U1的管脚P0.18相连，U5的管脚D4与U1的管脚P0.19相连，U5的管脚D5与U1的管脚P0.20相连，U5的管脚D6与U1的管脚P0.21相连，U5的管脚D7与U1的管脚P0.22相连，U5的管脚RST与U1的管脚P0.29相连，U5的管脚CS2与U1的管脚P0.28相连，U5的管脚CS1与U1的管脚P0.27相连，U5的管脚E与U1的管脚P0.23相连，U5的管脚D/I与U1的管脚P0.31相连，U5的管脚LIGHT+接+5V，U5的管脚LIGHT-接GND。\n[0041] 上述无线数据传输模块是新一代的多通道嵌入式无线数传模块，步进为1KHz，模块主芯片型号是：CC1100。\n[0042] 上述单片机是完全集成的低功耗混合信号片上系统型MCU。采用型号C8051F310系列。下面列出了一些主要特性：\n[0043] 1、高速8051微控制器内核：流水线指令结构；70％的指令的执行时间为个或两个系统时钟周期；速度可达25MIPS(时钟频率为25MHz时)；扩展的中断系统。\n[0044] 2、存 储 器：1280字 节 内 部 数 据RAM(1024+256)；16KB(C8051F310/1) 或\n8KB(C8051F312/3/4)。\n[0045] 3、FLASH存储器；可在系统编程，扇区大小为512字节。\n[0046] 4、数字外设：29/25个端口I/O；所有口线均耐5V电压；硬件增强型UART、SMBus和SPI串口；4个通用16位计数器/定时器；16位可编程计数器/定时器阵列(PCA)；有捕捉/比较模块；使用PCA或定时器和外部时钟源的实时时钟方式。\n[0047] 5、时钟源：内部可编程振荡器：24.5MHz，±2％的精度；可支持无晶体UART操作；\n外部振荡器：晶体、RC、C、或外部时钟。\n[0048] 6、具有片内上电复位、VDD监视器、看门狗定时器和时钟振荡器的器件是真正能独立工作的片上系统。FLASH存储器还具有在系统重新编程能力，可用于非易失性数据存储，并允许现场更新8051固件。用户软件对所有外设具有完全的控制，可以关断任何一个或所有外设以节省功耗。