物联网技术的嵌入式矿下环境监视测定系统设计
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物联网技术的嵌入式矿下环境监视测定系统设计

时间: 2023-12-02 来源:消防监测

  实际安装在各个采集点的数据采集终端,在夜间断电时还要能够监测矿井里各个点的环境数据,使用电池和电力交叉供电的方式。基于Cortex—M0内核的LPC11C14微处理器作为主控芯片,它是一个超低功耗的ARM内核CPU,可以在保证系统功能的情况下,实现在电池供电状态下的较长待机时间。

  数据采集终端M0,安装于矿井的每个部分,负责各个点的环境监视测定与数据上报,整体架构如图6所示。系统功能包括:环境信息采集,即如温度、湿度、瓦斯浓度;RFID数据采集,每个M0终端可以连接一个RFID读卡器,用于工人位置的简单定位;辅助信息采集,模块本身电池的电量、Axis_3三轴加速度(在发生地震时,由于不平衡,震动而触发);数据上报,通过ZigBee模块将采集的数据上报到A8前端数据模块进行统一处理;异常报警,一般的情况下,模块的异常告警由A8模块来控制,在异常产生时,可以独立生产异常报警信息;运作时的状态指示,简单的LED指示系统当前运作时的状态(是否在工作)等。

  M0终端需要采集环境的湿度、温度、瓦斯浓度及其他相关信息,并处理ZigBee通信。

  主要包括:采用DHT11传感器对温湿度信息进行采集;采用MMA7455L传感器采集三轴加速度;采用CY14443/SPI对RFID信息采集;采用ADC 3通道对电池的电量信息采集;采用ADC0通道对电位器信息采集;采用RS232接口的集成ZigBee模块进行无线终端工作流程

  在本系统中,M0作为分布式模块安装于矿井的各个监测点,负责采集各个环境信息并通过ZigBee模块进行上报,最重要的包含4个处理流程:ZigBee接收中断处理、RFID中断处理、秒中断处理和主流程。

  首先,系统上电初始化M0终端设备,系统定时器、GPIO口、SPI、UART、I2C总线等设备,配置系统定时器为1ms,配置中断处理函数为1 s,第一次采集信息。

  然后,主程序进行轮询判断,在没有外部中断(ZigBee接收中断,RFID刷卡中断)情况下进行数据的采集,尝试与主站A8模块进行通信。在通信未成功之前,M0终端设置为自动报警模式(自我环境监视测定、异常报警等)。

  当有外部RFID时,其他数据正常采集,RFID中断函数同时对磁卡数据采集校验,并通过ZigBee模块发送给A8模块。

  当有外部中断ZigBee接收中断时,中断处理函数接收A8服务器发过来的命令,执行不同的操作,同时将M0终端设置为受控模式。

  从安全稳定的角度考虑,在A8模块异常、M0终端无法和A8模块通信超过30 s时,M0终端将会切换到自动模式,自己进行异常检测,根据设置好的参数判断会不会产生报警信息(声光报警)。

  整个系统的构建很复杂,涉及硬件设计、ARM内核编程、系统bootloader、Linux内核移植、驱动程序、嵌入式Linux应用编程、网页编程、AJAX网页动态加载技术、数据库编程等多各项技术的综合应用。

  在系统的构建过程中,一定要保持清晰的模块化设计,并且在模块分布架构前,必须设计好整个数据流,依据数据流来进行模块的划分与交互,单个模块的技术应用并不复杂,总系统的实现与架构是设计的难点。

  目前,本设计已经实现了总系统的基本框架,完成了总系统的数据流闭环,需要完善的是根据实际的使用情况改善使用者真实的体验度,例如网页的操作模式、工人井下操作的便利性等。

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