井下矿工生命信息采集和甲烷浓度检测系统研究

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1、2010年第10期串固高新技术企业N0．1O．201O(总第145期)ChinaHi-TechEnterprises(CumulativetyNO．145)井下矿工生命信息采集和甲烷浓度检测系统研究杨振杰，刘航(1．成都理工大学，四川成都610059；2．河南省电力公司许昌供电公司，河南许昌450052)摘要：针对煤矿下的许多不确定因素，为了避免事故的发生，需要不断了解矿工的生命信息和有害气体的浓度。文章利用ARM7平台设计了一个采集和无线传输的系统，用于检测矿工的生命信息和有害气体(主要是甲烷)的浓度，并且通过无线传输到上位机，使工作

2、人员可以连续的掌握矿工的生命信息和有害气体的浓度，从而减少事故的发生。关键词：井下矿工；生命信息；甲烷浓度；无线传输；检测系统中图分类号：TP391文献标识码：A文章编号：1009—2374(2010)10—0040--02我国是一个煤矿大国，煤矿发生的事故层出不穷，为了减这里选择MC系列催化燃烧式气敏元件，MC系列气敏元少事故的发生，我们需要不断的了解矿工的生命信息，以了解件根据催化燃烧效应的原理工作，由检测元件和补偿元件配矿工的身体状况，从而确定其现在的身体状况是否适合矿下对组成电桥的两个臂，遇可燃性气体时检测元件电阻升高，桥的工作

3、环境；还有我们需要时刻了解矿下的甲烷浓度，从而路输出电压变量，该电压变量随气体浓度增大而成正比例增确定这样的环境是否适合矿工工作。这就要求我们设计一大，补偿元件起参比及温度补偿作用。桥路输出电压呈线性，个采集系统和无线传输系统，本文就根据这种情况设计出以响应速度快，具有良好的重复性、选择性，元件工作稳定、可ARM7为中心控制模块和以nRF401为无线传输模块的一个系统，来实时检测矿工生命信息和甲烷浓度的系统。(四)AD转换部分硬件设计因为预处理输出的信号包括血压和脉搏两路信号，所以一、系统总体设计要求A／D为双通道采集，且采样精度要大于

4、或等于12位。我整个该系统分为主机和从机部分，从机部分由矿工佩带，们采用l6位乏一AA／D转换器AD7705作为采集芯片。该芯采集脉搏和血压，通过传感器采集有害气体浓度，再经过MD片包括由缓冲器和增益可编程放大器(PGA)组成的前端模转换后进入ARM控制系统，然后通过无线传输将数据传送。拟调节电路，一△调制器，可编程数字滤波器等部件。能直从机以S3C44BOX和nRF401为核心，S3C44BOX主要完成接将传感器测量到的多路微小信号进行A／D转换。这种器对从机系统的控制和简要的数据处理，通过SIO模块发送到件还具有高分辨率、宽动态范围

5、、自校准、优良的抗噪声性能nRF401模块，nRF401主要完成数据的发射。以及低电压低功耗等特点，非常适合微小信号的采集。当然主机系统包括和发送方基本一致的射频收发模块由于要采集的信号十分微弱，所以我们要首先进行放大滤波。nRF401，以及S3C44BOX为核心的接收信号处理模块，这个操处理如图2所示：作和从机大致相同。同时S3C44BOX模块通过UART借口与一低L一后级L带通L计算机相连，计算机再对数据进行分析和处理，从而了解矿工圆．的身体状况和甲烷浓度。(一)硬件设计一输出移动终端硬件系统框图和上位机结构设计框图如图1所图2示：

6、(五)无线传输芯片的接口电路传感器组放大滤波ARM控尤线传IS3C44B0X内部有自己的SIO模块，它通过自己的SIO模(脉搏，电路A／D转制系统块与nRFdO1无线接收芯片相连，并通过天线将数据发送到血压甲烷化输设备Il∥／、>等)无线信道中。主机主要完成数据接收和处理，nRF401将接收工

7、∥到的数据通过SIO接口将数据传送到S3C44B0X进行处理，ARM摔无线接I土机MAX232制系统收设各I然后通过RS一232电缆线将数据传送到PC机上进行数据处PC理及分析。S3C44BOX的SIO能与各种类型的串行外设接口，图1系统框图这个

8、sr0能以一定的频率发送和接收8位串行数据。此模块(二)ARM的选择具有以下功能：8位数据缓冲，12位预定标器，8位间隔计数S3C44BOX专门用于手持移动终端，具有极高的性价比，器，时钟选择逻辑，串行数据I／O脚(SIORXD和SIOTXD)，外采用0．25umCMOS制造工艺和新的总线结构SAMBAII，使用部时钟输入／输出脚(SIOCK)，DMA运行模式。ARM7TDMI内核。(六)无线传输模块设计(三)传感器的选择无线传输模块的选择至关重要，本设计中我们选用的——40——nRF401的收发芯片，它采用抗干扰能力强的FSK调制方式

9、，工作频率稳定，便于设计生产，功耗极低，适合于便携式手持产品的设计，由于采用了低发射功率、高接收灵敏度的设计，满足了无线管制要求。nRF401是目前低功耗无线数传芯片的理想选择。该芯片工作在433MHzIS