基于无线传感器网络的矿用瓦斯监控系统

基于无线传感器网络的所有设计

仪器仪表用户

信号输入电压范围为0 5V,供电电源电压为单电源5V,数据采集电路如图3所示。

科研设计成果

控制ADC选择输入模拟通道,并将模拟信号进行A/D转换,单片机采集数据后进行保存和数据处理,再通过串口通信送入计算机。

3.2 计算机端软件设计

计算机端软件是软件部分的核心,其功能是多方面的,不仅负责采集数据的接收,还有对接收的数据进行处理和显示等功能。为了便于程序的设计、连接和修改,各功能程序实行模块化。利用NI公司的LabVIEW,经过设计可以得到如图6

[6]

所示的计算机端主界面。

图3 数据采集电路

2.4 通讯电路

计算机与外部的基本通讯方式有两种:并行通讯和串行通讯。串行通讯较并行通讯传送速度慢,但连接简单,而且MCS 51单片机内部有一个功能很强的全双工串行口,该串行口有4种工作方式,波特率可用软件设置,由片内的定时器、计数器产生,接收发送均可触发中断系统,使用十分方便。对本设计而言,串行通讯速度完全能满足要求,因此本系统选用RS 232串口进行双机通讯。MAX232和计算机接口电路如图4所示。

图6 计算机端主界面

4 结论

图4 通讯电路

3 系统软件设计

软件设计包括单片机端程序和计算机端程序,总体思想是:采用模块化设计方法进行设计和调试。根据编制的程序进行控制,自动完成逻辑判断以及测试。根据系统的要求,系统的大部分功能都以硬件为基础,通过汇编语言和G语言编程实现[5],本设计软件主要实现单片机与上位PC机进行通讯及控制A/D转换器进行数据采集和计算机端主界面控制显示最终数据。

3.1 单片机端软件设计

单片机是硬件部分的核心,其功能是多方面的,不仅有单片机本身的工作,还有A/D转换器的控制与计算机的串行通信控制等。

本文介绍的基于虚拟仪器的室内环境监测系统,通过对传感器检测到的信号进行A/D转换,实现了室内温度、湿度、光强的监测。由于此设计由各个单元模块化组合,所以适合移植或构建到其它系统中,还可以根据需要修改子程序,灵活性较好[7]。此外,与LabVIEW相结合,达到了直观、方便的效果,实现了更多的功能。

参考文献

[1]杜青,汪殿龙,王兴媛,等.基于LabVIEW和USB CAN卡的

实时数据采集系统及应用[J].电子技术应用,2007,(07)[2]徐崇德,朱荣新.基于USB2.0的虚拟仪器设计[J].空军工

程大学学报(自然科学版),2006,(03)

[3]陈宇,温欣玲.基于CAN总线分布式环境监测控制系统设计

[J].核电子学与探测技术,2007,(05)[4]高占凤,杜彦良,刘玉红,等.基于LabVIEW的远程数据采集

与传输系统[J].微电子学与计算机,2007,(03)[5]王建群,南金瑞,孙逢春,等.基于LabVIEW的数据采集系统

的实现[J].计算机工程与应用,2003,(21)

[6]张喜斌,白鹏,张发启,等.虚拟仪器技术在航空发动机稳定

性测试中的应用[J].空军工程大学学报(自然科学版),2003,(01)

[7]赵晓安.MCS 51单片机原理及应用[M].天津:天津大学出

版社,2001:110 118.作者简介:尹叶子(1989 ),女,东南大学仪器科学与工程学院在学,主要从事传感器和单片机数据采集方面的研究。收稿日期:2009 09 26

图5 单片机程序结构框架

工作原理:单片机上电复位后,由程序进行初始化操作,do:i10.3969/.jissn.1671 1041.2010.02.009

基于无线传感器网络的矿用瓦斯监控系统

孙振伟,王春艳

(河南质量工程职业学院机电工程系,平顶山467000)

摘要:基于无线网络技术,探讨一种应用于矿井瓦斯监测的无线传感器网络的设计。节点采用高性能的ATmega128为主控制器,CC2420

为无线收发单元。网络采用一种集中控制式的主从结构,根据无线传感器网路的特点及监测环境的特殊性,给出了用于煤矿瓦斯监测的无

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基于无线传感器网络的所有设计

科研设计成果

线传感器网络系统方案。与传统的监控系统相比,该系统具有结构灵活、可扩展性强、测量准确等特点。关键词:无线传感器网络;瓦斯监测;传感器节点;ATmega128中图分类号:TP29 文献标识码:A

仪器仪表用户

2.1.2 传感器节点硬件组成

1)传感器模块

传感器节点中传感器模块实现的功能是对矿井内的瓦斯浓度进行采集并将采集的信息经处理后传送给控制器模块,节点的能量来源于干电池,因此,传感器节点的传感器选择在考虑成本等条件的前提下还需要考虑体积和功耗等因素。

2)控制器模块

控制器在整个节点硬件中起着核心的作用,它将传感器采集的数据进行处理并控制无线通信模块发射出去。本系统选择了低功耗的ATmega128单片机芯片。

3)无线通信模块

无线通信模块在整个节点中所起的作用是将控制器处理后的信号发送出去,并接收其他节点发送过来的信号。本系统选择了CC2420无线收发芯片。2.2 汇聚节点硬件设计

汇聚节点由四个子功能模块组成,分别为无线通信模块、控制器模块、232通信模块和电源模块。网络内的传感器节点负责将采集到的瓦斯浓度信息按照一定的路由进行无线传递,最后传递给汇聚节点,汇聚节点负责将瓦斯浓度信息进行处理,将得到的信息存储在规定的存储空间中,并通过232接口发送给上位机软件进行实时控制。上位机软件也可以将所发送的命令通过232接口传递给汇聚节点,然后由汇聚节点按照一定的路由将该命令发布出去。由于汇聚节点是固定在人员较易达到的地方,可采用主干线路电源,因此,不用刻意的考虑功耗及体积因素,

汇聚节点硬件组成:1)无线通信模块

同移动节点无线通信模块。2)控制器模块

同移动节点控制器模块设计。3)232通信模块

汇聚节点将经过处理的瓦斯浓度信息通过232接口传输给上位机,从而实现上位机对矿井瓦斯浓度的实时监控。如果瓦斯浓度超过安全值,井上工作人员可以通过上位机软件发布命令,通过232接口将命令传递给汇聚节点,然后由汇聚节点通过无线通信的方式按照一定的路由传递给各个传感器节点,根据传感器节点做出的反应,可以告知井下工作人员采取一定的安全保护措施,从而避免了人员的伤亡。

Acoalminegasinspectsystembased

onwirelesssensornetwork

SUNZhen we,iWANGChun yan

(DepartmentofMechanicalandElectricalEngineering,HeNanQualityPolytechnic,Pingdingshan467000,China)Abstrac:tBasedonwirelessnettechnology,anewwirelesssensornetworkwhichwasappliedinmonitoringthecollieryenvironmentwasintroduced.ThisdesigntookATmega128asthecentralcontroller,CC2420astheradiouni.tThisnetworkadoptedamaster slaverela ccordingonthefeatureofwirelesssensornetworkandtheparticularityofmonitoringenviron men,paredwithconventionalmonitoringsystem,thissystemischaracterizesbystructuralflexibility,eywords:wirelesssensornetwork;gasmonitoring;sensornode;ATmega128

0 引言

目前煤矿环境监控系统多采用有线和固定传感器组成的网络,由于工作面的不断推进,存在着监测盲区。无线传感器网络采用无线通信手段,可应用于布线和电源供给困难的区域、人员不能到达的区域、一些临时场合和一些工作地点经常变换的区域等。因为无线传感器网络不需要任何固定网络的支持,具有快速展开、抗毁性强等特点。本文设计了一个适合在矿区运用的低功耗无线传感器网络,对节点的软、硬件设计做了重点介绍。

1 系统总体方案设计

煤矿瓦斯监控系统可分为两个子系统,分别为采集与传输系统(井下部分)和监测与管理系统(地面部分)。采集与传输系统实现对于煤矿矿井内瓦斯数据的采集与传输功能;监测与管理系统实现的功能是对采集与传输系统采集的数据进行分析处理,并根据实时监测数据所显示的需求对矿井内的执行器件发出相应的控制命令。在采集与传输系统及监测与管理系统之间会存在一个无线传感器网络的汇聚节点,该节点的作用是实现两个系统之间的数据传输,相当于两个系统之间的一个网关节点。

3 节点软件设计

3.1 瓦斯数据采集模块软件设计

瓦斯数据采集模块主要分为两个子模块:瓦斯数据的采集模块和处理模块。在数据采集模块中,首先按功能需求对单片机进行初始化,并对采集的数据进行完整性校验,然后将采集数据存入指定存储空间。使用中断方式唤醒时,只需将信号控制引脚接在单片机中断引脚上,即可实现中断唤醒的功能。A/D转换功能可直接通过内部A/D转换模块实现。瓦斯数据处理模块主要实现采集数据的滤波、格式变换、根据阈值判断瓦斯传感器是否失效或瓦斯是否超限、根据判断结果设置状态显示或声光报警等功能。

3.2 瓦斯数据传输模块软件设计

首先要对设备进行初始化,然后对传输数据包进行准备,再对数据传输的路由通路进行选择,数据选择后等待数据发送应答,收到应答后进行发送。3.2.1 物理层

物理层协议实现的主要功能是:

1)对于无线收发设备的激活与休眠状态的转换;2)对于当前信道的能量探测;

ttpecn

2 节点硬件设计

2.1 传感器节点硬件设计

2.1.1 传感器节点硬件组成结构图

它由四个子功能模块组成,分别为传感器模块、控制器模块、无线通信模块和电源模块。

考虑成本、体积、功耗等因素,经过元器件的选型后,可得到传感器节点硬件组成原理图。如图1所示。

图1 传感器节点硬件组成

基于无线传感器网络的所有设计

仪器仪表用户

3)对于接收包的连接品质探测;4)纯信道估价;5)信道频率选择;6)数据传输和接收。3.2.2 MAC层

MAC层控制着所有物理无线信道的接入并且它具备以下功能:

1)支持PAN的连接或断开;2)支持设备安全;

3)符合CSMA CA的信道接入机制;4)支持GTS机制;

5)为两个同等的MAC实体提供可靠的连接。3.2.3 路由协议设计

路由协议所起的作用是自组织数据通路的形成和数据的发送。在煤矿矿井中使用的路由协议需要考虑路由通路的收敛性、节点硬件的功耗、路由传输的可靠性等方面的因素。结合煤矿需求,文中设计采用以AODV为代表的按需路由。3.2.4 数据传输软件设计

在文中设计的系统中物理层与MAC层的功能已通过硬件实现,无线通信模块CC2420已经实现了物理层与MAC层的功能。因此,,在这两层的设计与实现中只需使CC2420能够正常工作即可实现功能。

科研设计成果

将传感器网络技术应用于煤矿瓦斯监测,对有线监测系统难以或不能及时达到的区域实施有效、实时和灵活的监测,从而构建了一个统一、优化、共享的矿井综合安全信息系统,提高了系统的可扩展性。随着无线传感器网络技术的日益成熟和完善,无线传感设备性价比的提高以及相关研究的不断深入,与传统网络相比,无线传感器网络的优势将会更加明显,其在矿山环境实时监测领域必定有着广阔的应用前景。

参考文献

[1]于海斌,善朋,等.智能无线传感器网络系数[M].北京:科学

出版社,2006:20 26.

[2]孙利民,李建中,陈瑜,等.无线传感器网络[M].北京:清华[3][4][5][6][7]

大学出版社,2005:10 300.

陈永锋,谢晓明.矿山安全生产监测系统模型研究[J].金属矿山,2006,(2):69 71.

霍宏伟,牛延超,黄吉莹.ATmega单片机原理与高级应用[M].北京:中国林业出版社,2006:120 225.

黄智伟,朱卫华.可编程收发芯片CC2420的原理及应用[J].北京:国外电子元器件,2002,(2):207 225.HolgerKar,lAndreaswilling.无线传感器网络协议与体系结构[M].北京:电子工业出版社,2007:145 71.

郑少仁,王海涛,赵志峰,等.AdHoc网络技术[M].北京:人民邮电出版社,2005:4 13.

4 结语

无线传感器网络提供了一种新的数据获取和处理方式,do:i10.3969/.jissn.1671 1041.2010.02.010

作者简介:孙振伟(1973 ),男,讲师,研究方向:电子测量;王春艳(1982 ),女,硕士研究生,研究方向:无线传感器网络的原理及应用。收稿日期:2009 09 25

VXI总线某导弹电子舱自动测试系统

王玉林,李威兰,谢 静

摘要:VXI总线某导弹电子舱自动测试系统是检验电子舱十个分板和整舱综合性能的测试设备,按功能分为电子舱的十个分板组件测试和整舱测试,按测试环境分为常温、低温、高温和复测,它的稳定性及测量准确度直接关系着电子舱的技术指标。系统主要由工控机、33220A任意波形发生器、QTY 02专业线性电源、电子舱信息处理单元、VXI模块单元等硬件组成。系统在测试程序的控制下,实现对电子舱的自动检测和手动测试。通过对产品的实测表明,该测试系统性能稳定,测量结果准确可靠。

关键词:自动测试系统;电子舱;VXI总线中图分类号:TH274 文献标识码:A

1

2

1

(1.南华大学机械工程学院,衡阳421001;2.湖南交通工程职业技术学院,衡阳421001)

trolcomputer,arbitrarilywaveformgeneratorof33220A,QTY 02

specialfieldlinearitypowersource,electroniccabininformationpro cessingelementandtheVXImoduleelemen.tTheautomatictestandthemanualtestarerealizedunderthecontrolofdedicatedtes tingprogram.Thistestsystemistestifiedstableandaccuratebytes tingmissileelectroniccabin.

Keywords:automatictestsystem;electroniccabin;VXIbus

0 引言

近几年来,随着航空航天技术的迅速发展,导弹武器系统越来越复杂,担负的使命也越来越重要,对系统的可靠性也就提出了更高的要求。电子舱检测系统是诊断导弹性能的重要组成部分,研制高性能的导弹平台测试系统,对提高导弹测试精度和可靠性都具有重要的意义。自动化程度高、可靠性好、具有较强的通用性和可扩展性已成为测试系统性能的重要指标;采用新一代测控技术,构建模块化、通用化、标准化导弹平台测试系统,已成为导弹自动化测试的发展方向。

电子舱是导弹探测、跟踪目标物体的关键部件,它为导弹系统的精确制导提供了重要保证。因此,电子舱产品使用前的调试和检测至关重要,它们是保证电子舱的安全性和可靠性的前提条件。目前所使用的检测手段完全是手动的,信号的产生和调节都需要人工操作,还有信号的输入点和输出点也要人工的一步步去切换,由于人为的不确定因素,还有可能损坏电子舱产品。这样做的工作效率很低,可靠性不高,测试精度

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Automatictestsystemofmissileelectronic

cabinbasedonVXIbus

WANGYu lin1,LIWei lan2,XIEJing1

(1.SchoolofMechanicalEngineering,UniversityofSouthChina,Hengyang421001,China;2.HunanTechnicalCollegeofCommunica tions&Engineering,Hengyang421001,China)Abstrac:tAutomatictestsystemofmissileelectroniccabinbasedonVXIbusisanintegratedmeasurementequipmentforcheckingtenseparateboardsandtheentirecabinofelectroniccabin.Accordingtothefunction,itdividesintocheckingoftenseparateboardsandtheentirecabin,accordingtothetestingenvironmen,titdividesintothenormaltemperature,lowtemperature,hightemperatureandre testing,itsstabilityandaccuracyisdirectlyrelatedtothespecifica tionofelectroniccabin.Systemhardwareconsistsofindustrialcon

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