煤矿温度和瓦斯浓度无线监测系统的设计

每次瓦斯浓度测量之前，断开开关K，延时50 ms，以采集峰值。用50 ms进行A／D转换并且将数据存储，定时到时合上开关K，放电。同样。每回发送数据之前进行10次数据采集并取平均。如果得到的结果大于设定的电压，下位机报警，现场发光二极管闪烁。

3 系统工作流程
本系统是无线监测系统，下位机电路采用锂电池供电，要求连续工作1年以上，因此在设计系统流程时首先要考虑能耗问题。由于瓦斯和温度的变化是一个比较缓慢的过程，只要15分钟进行一次数据收发即可，因此可让传感器电路在绝大多数时间内处于睡眠状态，以节约能耗。无线收发芯片CCl000的工作电流约为10 mA，而在睡眠状态下仅有1μA；射频功放在发送数据时耗电约为70 mA。
MSP430F135单片机的工作电流为300μA，在睡眠状态下不到2μA。
为了节约能耗，将15分钟分成90个时隙。上位机每隔lO s发一次时隙代码Tc，Tc=0x00～0x59，每次发完后转到接收状态。上位机发送的数据帧包括4个字节的前导码，1个字节的开始界定符0xF3，1个字节时隙代码TC，并加上一个字节的CRC校验码提高无线传输的可靠性，因此一个数据帧共有7个字节，约需要12 ms。(CCl000的传信率设置为4．8 kbps)
下位机要发送的数据包括4个字节的前导码，1个字节的开始界定符0xF2，1个字节的地址码，1个字节的温度值数据。1个字节的瓦斯浓度数据，加上1个字节的CRC校验码。因此一个数据帧共有9个字节。这样发送数据需要15 ms。
在此基础上，设计了无线监测系统流程，给每台下位机分配20 ms的发送时间，240台下位机(序号从0x01到0xF0)完成一次通信共需要4．8 s。
下位机流程如下：
(1)下位机初始化后转到接收状态；收到时隙代码Tc后计算睡眠时间t，进入睡眠。t=lO×(90一Tc)一1．5 s．
同时将定时器t2清零并开始定时。
(2)定时器t2结束时，t2清零，开始执行信号采集子程序。
(3)当t2=1 s时，断开信号采集电路，并转到接收状态。
(4)当t2=1．5 s时，接收同步信号0x00，并根据本机地址码n计算发送数据的时刻
t1=(n一1)×20 ms．
同时将定时器t1、t2清零，开始定时，下位机进入睡眠状态。
(5)第n个下位机在tl=(n一1)×20 ms时被唤醒并发送数据，发送完后再次进入睡眠状态，转到步骤(2)。上位机的流程较为简单，下面只给出下位机工作的流程图，如图3所示。

4 结束语
本系统有效地采集了煤矿井下多个测点的温度和瓦斯浓度；低功耗工作延长了系统的工作寿命；无线传输降低了系统的复杂度和布线费用。系统具有很高的可靠性和性价比。