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一种基于RFID技术嵌入式矿山安全监控系统设计 附电路图

2013-12-18   来源:中国自动识别网   作者:CNAIDC.COM编录   点击:62
摘要:本系统可以根据实际的环境手动设置各项检测数据的上下限报警值。射频技术具有很强的抗干扰能力,在各种恶劣的环境下可进行无线监控。一旦出现危机情况可在第一时间发出警报,人员抢救过程中可清楚的知道每位矿工的具体位置。
关键词: 射频识别 读写器 智能监控

  0 引言

  目前在大部分的中小型矿山中还不能全面的使用高端电子产品,效益好的矿山里用上了GPRS定位系统,但因成本过高不能应用到每一个工人的身上。由此设计了这套基于射频识别技术的矿山安全监控系统,这套设备具有比GPRS更高的发射频率为2.4 GHz,具有更强的穿透能力。一个总台可同时监控125个分点的温度、湿度和瓦斯浓度值以及所在区域矿工的具体身份、位置信息,可根据实际的环境设定各项检测数据的报警值。

  1 硬件设计

  整个系统采用模块化设计,硬件结构由微处理器、传感器、A/D转换(STM32F103RBT6内部A/D转换器)、键盘控制、显示电路、备用电源组成,硬件电路框图如图1所示。系统中分点微控制器和总台微控制器均采用STM32F103RBT6。分点微控制器主要采集传感器所收集的环境数据;通过射频模块收集各分点在监控区域内的矿工具体位置、身份数据;控制射频模块将收集的各项信息传送给控制总台。总台微控制器主要控制射频收发总台收集各分点的具体数据;出现危机情况时启动报警系统;通过键盘接收人为信息调整系统控制数据;将总台的运转信息如实的显示在显示器上。在各个模块中还添加了UPS电源模块,防止出现特殊情况断电使各个模块不能正常工作。

 一种基于RFID技术嵌入式矿山安全监控系统设计 硬件电路图

图1 硬件电路框图
 

  1.1 传感检测电路

  温度采集模块采用美国DALLAS公司生产的一线数字温度传感器DS18B20,测温范围是-55~125℃,与单片机交换信息仅需要一根I/O线,其读/写及温度转换的功率也可来源于数据总线,而无需额外电源,节省I/O口且成本不高。

  线性电压式集成湿度传感器HM1500LF湿度测量范围为5%~99%RH,HM1500采用恒压供电,内置放大电路,能输出与相对湿度呈线性关系的电压值。通过A/D转换后可得到非常精确的湿度值。

  瓦斯浓度传感器KGS-20是以二氧化锡为基本敏感材料,专门用于可燃气浓度检测的一种半导体型气体传感器。有极高灵敏度和极快的响应速度且功耗低。用于对瓦斯等可燃气浓度的检测。工作温度为-22~50℃;工作湿度范围为0%~95%RH;采用直流电源供电,电压范围为3~5 V,非常适用于对瓦斯等可燃气浓度的检测。负载电阻RL上的电压变化可以反映出传感器敏感组件的电阻RS的变化。传感器内部电路如图2所示。KGS-20输出的模拟信号经A/D转换后可得到非常精确的浓度值。

瓦斯传感器内部电路图
瓦斯传感器内部电路图
 

  1.2 键盘和显示电路

  为操作方便需要较多的控制按钮,而总台微控制器STC89C52RC有多余的I/O口,这里采用4x4的矩阵键盘接总台微控制器P1口;设0~9十个数字键和6个功能键(开机、关机、选频、调节、显示、复位)。这样操作起来简单又直观。

  中文字库的128x64是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式,内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块;其显示分辨率为128×64,内置8 192个16×16点汉字,128个16×8点ASCII字符集。利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令,可构成全中文人机交互图形界面。可以显示8x4行,16×16点阵的汉字,也可完成图形显示。这样就可以直观的一次性显示一个分点的所有信息。

  如图3所示的显示电路,可以根据当时天气或用户的习惯调节液晶显示器的亮度。

显示器电路图

显示器电路图
 

  1.3 读写和控制模块

  系统的关键部件是读写器,它由微处理器、外围扩展器件、读写芯片、射频天线、串行通信接口等几部分组成。接上串行口和+5 V电源之后不仅可以读卡而且可以与计算机进行通信。读写器是由STM32F103RBT6型ARM控制专用读写芯片(MF RC500)组成,其系统原理图如图4所示。

读写器控制电路图

读写器控制电路图
 

  1.4 数据收发控制

  无线射频模块收发模式有ShockBurstTM收发模式和直接收发模式两种,nRF24L01收发模式由器件配置字决定,具体配置将在器件配置部分详细介绍。在Shock-BurstTM收发模式下,nRF24L01自动处理字头和CRC校验码。在接收数据时,自动把字头和CRC校验码移去。在发送数据时,自动加上字头和CRC校验码,这样数据就非常的准确。本系统采用ShockBurstTM收发模式。

  2 程序设计

  系统采用C语言编程,在编写程序时采用模块化编程方法,将程序分为主程序、通信、键盘中断、模/数转换、温度数字信号的采集和转换、键盘5个模块。这样增加了程序的可读性、可移植性,使软件的功能扩展更灵活。程序设计流程图如图5所示。

程序流程图

程序流程图
 

  3 结语

  本系统可以根据实际的环境手动设置各项检测数据的上下限报警值。射频技术具有很强的抗干扰能力,在各种恶劣的环境下可进行无线监控。一旦出现危机情况可在第一时间发出警报,人员抢救过程中可清楚的知道每位矿工的具体位置。在这套设备的监控下将减少更多不必的损失,给更多的矿山工作人员带来更大的安全指数。

编辑  来源:中国自动识别网  责任编辑:CNAIDC
 
 
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