矿井主要通风机风量测试系统设计

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1、矿井主要通风机风量测试系统设计摘要在分析了传统矿用主要通风机在测试风量数据时存在的如布线困难、数据处理不及时等问题的基础上，提出应用GPRS技术来解决这些问题的实现方法。详细介绍了GPRS应用于该系统的设计与实现方法，并对系统软硬件设计做了详尽描述。关键词矿井主要通风机风量GPRS目前在采集矿用主要通风机风量参数时所选用的仪器仪表，多采用有线方式进行数据传输［1-3］o有线传输方式有着速度快、稳定可靠的优点，但其在矿碉布线的过程中需要架设仪器、铺设电缆，难度较大，不利于人工现场作业；通常所测得的数据大多只能直接打印输出，在分析和处理数据的

2、时候还需要手工重新录入，即浪费了人力、物力，又给后续工作带来很大不便［4］。针对以上风机风量参数测试中传统仪器测量存在的诸多缺陷，本系统将从数据传输方式、系统构成上进行相应的改进。首先，将有线传输改为无线传输，GPRS模块由于具有永远在线、自由切换、传输速率高、计费灵活便宜等优点而有着极为广泛的应用［5,6］o因此选用GPRS无线传输技术作为系统的传输方式。其次，对于系统整体结构而言，改变以往单一仪器工作的方式，将测得的风速数据通过无线传输技术送到远程中心计算机当中，从而构成一个测试系统，这样既可以对采集的数据进行相应的分析处理操作，又可

3、以永久保存，随时调取打印，还能通过互联网能实现资源共享。1系统设计为了得到准确的矿用主要通风机风量值，要对矿碉中同一截面多点位置的风速进行采集，本系统在GPRS网络成熟发展和高密度的网络覆盖的基础上，利用现有的资源，以最低的投资，建立一个矿用主要通风机风量无线传输系统。系统主要包括现场部分、公共网络部分和远程测试中心三部分，且具有三层网络结构。现场部分主要由风速传感器、数据采集板、GPRS无线传输板组成。数据采集板通过不断唤醒风速传感器测量风速数据，并在数据采集板中的控制部件单片机进行处理、存储。当数据的发送时间到时，数据采集板就立即通过

4、标准串行口电路将数据送到GPRS无线传输板上，经过对数据的打包、封装发送到中国移动的GPRS网络及Internet网络上，最终将采集到的风速数据以无线传输方式发送到远程测试中心计算机上，从而完成数据的永久保存、打印输出，并可通过局域网实现共享。2系统硬件设计本系统所设计的系统硬件由数据采集板、GPRS无线数传板、串行通信模块和电源模块四部分组成。系统硬件结构图如图1所示。系统硬件完成的功能是当数据采集板完成对风速数据的采集与处理工作后，将获得的风速数据通过标准串行口模块输送到GPRS无线数传板上，并在GPRS无线数传板内置的嵌入式处理器进

5、行处理以及协议的封装，然后发送到GPRS网络以及Internet网络上，最终由远程测试中心计算机通过查询方式接收传来的风速数据，同时完成风速数据的显示、存储和输出。2.1数据采集板片选及硬件电路图数据采集板选用的风速传感器是采用三杯式光电风速传感器，当风吹动三杯时，带动光码盘旋转利用发射管和接收管光电作用使之产生与风速相对应的电脉冲信号。将获得的电脉冲信号经过放大，整形送数据采集板中的多路接口电路，进行风速的采样，然后由单片机按一定的时间进行循环扫描，得到各路风速值，从而完成数据采集板的风速数据采集工作，并将采集到的风速值通过标准的串口电

6、路模块送到GPRS无线数传板中。(1)单片机控制模块：在数据采集板中选用AVR系列的ATmegal28L-8AU单片机作为数据采集板的控制核心部件。数据采集板上的单片机控制模块需用引脚电路图如图2所示。(2)风速传感器及数据信号转化模块本系统选用三杯式风速传感器，使用环境在-20oC~50oCo该风速传感器探头引线桔黄色“+”为+5V电源，蓝为“-”为接地和灰“信号”为产生脉冲信号端。风速传感器产生10个脉冲对应风速为1.Om/so每个风速传感器所产生的脉冲信号通过74LS04进行TTL电平转换后直接接到Atmegal28的INT0-IN

7、T7和PD4口上。分别对应关系为1-8号风速传感器接到Atmegal28的专门用于信号输入的端口INTO-INT7；9号风速传感器接到Atmegal28的PD4。从而完成9路风速数据的采集过程。其数据信息转化模块硬件电路及接口电路如图3所示。(1)串口通信模块在系统串口通信模块中，串行口采用9芯标准RS-232C接口，所用到的引脚为2号接收数据RXD端和3号发送数据TXD端。由于RS-232C的电平与TTL电平不兼容，在单片机的串口和单片机接口之间加入了电平转换芯片MAX232O(2)电源模块电源模块采用AC-DC,可以外接220V电源，

8、该电源模块将220V电源转换为系统所需的+12V和+5V电源。2.2GPRS无线传输板片选及硬件电路图GPRS无线数传板的功能是接收地面测试中心发送的指令，并进行相应的处理，然后通过串行通信模