季建軍，李曉軍，居俊華

（1.南通市市級(jí)機(jī)關(guān)固定資產(chǎn)管理中心，江蘇南通 226018；2.江蘇盈豐電子科技有限公司，江蘇南通 226300）

0 引言

介紹基于超外差式無(wú)線(xiàn)傳感器應(yīng)用于多點(diǎn)噴霧控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，有效解決在綜采工作面小空間區(qū)域布線(xiàn)困難，實(shí)現(xiàn)傳感信號(hào)的無(wú)線(xiàn)采集，使綜采工作面多點(diǎn)噴霧系統(tǒng)在技術(shù)指標(biāo)和使用性能上達(dá)到國(guó)內(nèi)先進(jìn)技術(shù)水平，更好地滿(mǎn)足工作面除塵實(shí)際需求，降低維護(hù)成本，實(shí)現(xiàn)工作面架模式多點(diǎn)噴霧除塵動(dòng)作的精準(zhǔn)控制，綜合提高工作面除塵效率，進(jìn)一步提升工作面空氣質(zhì)量。

1 硬件設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)介紹

系統(tǒng)以一主多從的485 總線(xiàn)通信控制模式實(shí)現(xiàn)，每個(gè)支架設(shè)置一臺(tái)噴霧分站（最多256 個(gè)支架）。每臺(tái)分站以無(wú)線(xiàn)方式采集支架3 路動(dòng)作信號(hào)（降架信號(hào)、升架信號(hào)、放煤信號(hào)），每個(gè)支架設(shè)置兩路側(cè)護(hù)板噴霧點(diǎn)（左、右側(cè)護(hù)板各一個(gè)）。支架移動(dòng)時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)本架左、右側(cè)護(hù)板噴霧及相鄰支架的兩個(gè)側(cè)護(hù)板聯(lián)動(dòng)噴霧（共4 個(gè)噴霧點(diǎn)）。所有側(cè)護(hù)板噴霧點(diǎn)可以任意設(shè)置開(kāi)啟或關(guān)閉。

控制系統(tǒng)由噴霧控制主站、噴霧分站（含無(wú)線(xiàn)采集器）、超外差式無(wú)線(xiàn)傳感器、數(shù)傳部分（485 轉(zhuǎn)RJ45 和光電轉(zhuǎn)換）、上位機(jī)軟件采集端等五部分組成，根據(jù)行業(yè)實(shí)際應(yīng)用需求，通過(guò)硬件和軟件的組合，實(shí)現(xiàn)滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)使用最優(yōu)的噴霧降塵控制模式。

無(wú)線(xiàn)傳輸應(yīng)用功能：無(wú)線(xiàn)傳感器端通過(guò)單片機(jī)讀取撥碼盤(pán)地址信息，單片機(jī)等值轉(zhuǎn)換輸出給地址編碼芯片PT2262 地址編碼輸入端，當(dāng)傳感器檢測(cè)到壓力變化或磁場(chǎng)信號(hào)時(shí)，主動(dòng)發(fā)送當(dāng)前地址信息和相關(guān)數(shù)據(jù)，與噴霧分站地址信息一致時(shí)，噴霧分站接收解碼芯片PT2272 對(duì)應(yīng)的D0—D2 端輸出控制信號(hào)給噴霧分站單片機(jī)，并通過(guò)一位共陽(yáng)數(shù)碼顯示管顯示3 位地址信息及采集到的傳感器信號(hào)，分站單片機(jī)以相應(yīng)的邏輯關(guān)系輸出控制與其相對(duì)應(yīng)的電動(dòng)閥驅(qū)動(dòng)電路，實(shí)現(xiàn)降架、升架、放煤信號(hào)電動(dòng)閥有序?qū)嵤﹪婌F控制。

1.2 噴霧控制主站

采用ARM2138 雙串口控制電路、485 總線(xiàn)收發(fā)ADUM2483 控制電路、TFT 屏（4.3 英寸）NH043DN01 和鍵盤(pán)等電路組成。串口0 通過(guò)485 總線(xiàn)方式完成對(duì)下行256 個(gè)噴霧分站的數(shù)據(jù)采集及控制，同時(shí)串口1 完成對(duì)上行數(shù)據(jù)的傳輸，供上位機(jī)PC 端采集數(shù)據(jù)顯示。

1.3 噴霧控制分站

噴霧控制分站由直流雙電源隔離模塊、超外差無(wú)線(xiàn)接收模塊和PT2272 解碼電路、雙串口單片機(jī)STC12C5A32S2、三位BCD 撥碼盤(pán)編碼電路、一位7 段共陽(yáng)數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路、電動(dòng)閥驅(qū)動(dòng)電路、485 總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)電路等組成，噴霧分站硬件框圖如圖1所示。選用的無(wú)線(xiàn)接收模塊是一款超小體積，超低功耗，工作頻率433 MHz，內(nèi)含穩(wěn)壓電路，具有較寬的工作電壓范圍，模塊高度集成超外差接收電路的所有功能，具有較高的接收靈敏度和穩(wěn)定性。模塊雜波輻射指標(biāo)符合歐洲管理標(biāo)準(zhǔn)。模塊天線(xiàn)輸入端口增加微帶電感，有效提高抗靜電能力。

圖1 噴霧分站硬件框圖

噴霧分站設(shè)計(jì)應(yīng)用功能：?jiǎn)纹瑱C(jī)先讀取3 位BCD 碼撥碼盤(pán)值，再由單片機(jī)賦值給PT2272，PT2272 和接收模塊組合接收與之地址相同的無(wú)線(xiàn)傳感器動(dòng)作信息，從而驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的電動(dòng)閥工作。噴霧分站工作在從機(jī)狀態(tài)，接收主控廣播信息，通過(guò)主機(jī)設(shè)置，進(jìn)行有序的邏輯調(diào)度，配合實(shí)際應(yīng)用需要，達(dá)到最佳的噴霧除塵狀態(tài)。

1.4 超外差式無(wú)線(xiàn)傳感器

由低電壓穩(wěn)壓電源電路，3.3 V 低電壓STC11L08XE 單片機(jī)，三位BCD 撥碼盤(pán)編碼電路、磁控電路、以及編碼芯片PT2262 和無(wú)線(xiàn)發(fā)射模塊組成的無(wú)線(xiàn)發(fā)射電路組成的傳感器硬件框圖如圖2 所示；其中無(wú)線(xiàn)發(fā)射模塊具有超小體積、低電壓、低功耗、無(wú)數(shù)據(jù)時(shí)休眠等優(yōu)點(diǎn)，工作頻率433 MHz，采用FSK 調(diào)制方式，發(fā)射功率8 dBm。在支架鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用模式下，無(wú)線(xiàn)信號(hào)穩(wěn)定傳輸距離在5 m 以?xún)?nèi)（滿(mǎn)足使用需要）。傳感器使用一次性能量型鋰亞電池供電，4000 mA·h，在開(kāi)路狀態(tài)下正、負(fù)極兩端之間的電壓≥3.6 V，在23±2 ℃的環(huán)境下，電池能夠至少放出額定容量的50%所能允許的最大連續(xù)放電電流值為150 mA，常溫狀態(tài)下年自放電率小于2%。

圖2 傳感器硬件框圖

傳感器設(shè)計(jì)應(yīng)用功能：首先設(shè)置三位BCD 撥碼盤(pán)的值和DIP（4 位）開(kāi)關(guān)的值，DIP（4 位）開(kāi)關(guān)功能定義見(jiàn)表1，單片機(jī)讀取三位BCD 撥碼盤(pán)和DIP 開(kāi)關(guān)的值，在沒(méi)有壓力和磁場(chǎng)傳感信號(hào)變化時(shí)，如圖2 中單片機(jī)處于休眠狀態(tài)（超低功耗模式），整個(gè)傳感器工作電流小于10 μA，當(dāng)有磁控或壓力信號(hào)時(shí)，單片機(jī)外部中斷觸發(fā)工作，通過(guò)軟件處理，單片機(jī)端口輸出信號(hào)通過(guò)三極管開(kāi)關(guān)電路控制3.3 V 電源給無(wú)線(xiàn)發(fā)射模塊，發(fā)射模塊得電工作，整個(gè)傳感器實(shí)際發(fā)射工作時(shí)為100 μA（持續(xù)時(shí)間2 s）。傳感器無(wú)線(xiàn)發(fā)射模塊主動(dòng)發(fā)送相應(yīng)的地址信息和DIP（4 位）開(kāi)關(guān)數(shù)據(jù)。每個(gè)分站配3 個(gè)傳感器，傳感器的壓力開(kāi)關(guān)分別接液壓支架3 個(gè)壓力接口，通過(guò)統(tǒng)一接口定義模式，與DIP（4 位）開(kāi)關(guān)設(shè)置相對(duì)應(yīng)；單片機(jī)讀取DIP（4 位）開(kāi)關(guān)撥動(dòng)開(kāi)關(guān)相應(yīng)的信息，4、3、2、1分別代表支架放煤、升架、降架、側(cè)護(hù)板壓力信息。當(dāng)分站三位撥碼盤(pán)與傳感器的撥碼盤(pán)數(shù)字一致時(shí)，噴霧分站采集傳感器的信息，驅(qū)動(dòng)相對(duì)應(yīng)的電動(dòng)閥工作。

表1 DIP（4 位）開(kāi)關(guān)功能定義

2 軟件架構(gòu)

基于超外差式無(wú)線(xiàn)傳感器架模式的多點(diǎn)噴霧控制系統(tǒng)，軟件程序設(shè)計(jì)包括：超外差式無(wú)線(xiàn)傳感器軟件設(shè)計(jì)；噴霧分站采集軟件設(shè)計(jì)；主機(jī)控制人機(jī)操作界面程序設(shè)計(jì)；以及上位機(jī)信息查詢(xún)顯示軟件設(shè)計(jì)，通過(guò)WEB發(fā)布，供調(diào)度中心、相關(guān)職能部門(mén)和礦領(lǐng)導(dǎo)指揮決策；重點(diǎn)介紹其中超外差式無(wú)線(xiàn)傳感器軟件設(shè)計(jì)流程如圖3 所示，當(dāng)傳感器接收到外部中斷信號(hào)時(shí)，執(zhí)行對(duì)應(yīng)的讀數(shù)據(jù)處理子程序，單片機(jī)控制無(wú)線(xiàn)發(fā)射模塊得電，向無(wú)線(xiàn)采集器發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)送完成后傳感器立即進(jìn)入休眠狀態(tài)（超低功耗模式）。

圖3 傳感器軟件設(shè)計(jì)流程

3 結(jié)語(yǔ)

基于超外差式無(wú)線(xiàn)傳感器的架模式多點(diǎn)噴霧控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)是一款升級(jí)型產(chǎn)品，有效解決了以往老產(chǎn)品C1101 無(wú)線(xiàn)模塊存在信道干擾問(wèn)題，新設(shè)計(jì)的無(wú)線(xiàn)傳輸信號(hào)更穩(wěn)定，已在兗州煤業(yè)股份有限公司下屬東灘煤礦等單位成功應(yīng)用，并取得專(zhuān)利。系統(tǒng)在應(yīng)用環(huán)境下有效解決小空間區(qū)域內(nèi)連接電纜帶來(lái)布線(xiàn)困難、維護(hù)成本高等實(shí)際問(wèn)題，便于安裝維護(hù)，降低安全隱患，使綜采工作面除塵面積精準(zhǔn)度提高，除塵效果明顯，降低粉塵對(duì)人體的危害，有效提高綜采工作面作業(yè)環(huán)境。為未來(lái)更多的控制信號(hào)通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸提供應(yīng)用基礎(chǔ)。