CN101630439A

CN101630439A - 煤矿混合传输传感器网

Info

Publication number: CN101630439A
Application number: CN200910183607A
Authority: CN
Inventors: 徐钊; 郑红党; 霍羽; 田传耕
Original assignee: China University of Mining and Technology CUMT
Current assignee: China University of Mining and Technology CUMT
Priority date: 2009-08-12
Filing date: 2009-08-12
Publication date: 2010-01-20

Abstract

一种煤矿混合传输传感器网，适用于煤矿井下进行信息传输。在现场总线上设有可将无线信号转换成有线型号的转换结点，非移动设备安装的传感器上设有有线传感器结点，移动设备安装的传感器上设有无线传感器结点，当传感器发送信号时，有线传感器结点直接将信号发送到现场总线，无线传感器结点则通过无线电波将信号发送到转换结点，转换节点将信号转换最后发送到现场总线。结构简单，功耗低，可根据巷道内设置传感器节点的密度来选择使用有线或者无线设备，解决煤矿狭长巷道不利无线电波传播的问题，又可以解决布线困难的问题，具有广泛的实用性。

Description

煤矿混合传输传感器网

技术领域

本发明涉及一种信息传输传感器网，尤其是一种适用于煤矿井下的有线、无线混合传输传感器网。

背景技术

目前，传感器网技术已在煤矿井下得到应用和推广。由于煤矿井下工作空间以狭长巷道为主，限制了无线电波的传播，因而也限制了无线传感器网在煤矿井下的应用范围。而通过现场总线如CAN总线构建的有线传感器网，比较适用于煤矿的狭长巷道，但是在如采区变电所和工作面等设备相对集中的局部区域，需要安装许多传感器，造成结构复杂，特别是采煤机等监测对象需经常移动，此时采用单一的有线连接方式就比较困难。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种结构简单，应用范围广，可根据组网环境组建网络，组网灵活的煤矿混合传输传感器网。

技术方案：本发明的煤矿混合传输传感器网，包括监测监控系统主机、与监测监控系统主机或分站相连的现场总线和传感器，在现场总线上连接有可将无线信号转换成有线信号的m个转换结点和n个有线传感器结点；移动设备安装的传感器上设有无线传感器结点，无线传感器结点与转换结点之间通过无线信号连接；非移动设备安装的传感器上设有有线传感器结点，当传感器发送信号时，有线传感器结点直接将信号发送到现场总线，无线传感器结点则通过无线电波将信号发送到转换结点，转换节点将信号转换最后发送到现场总线。

所述的无线传感器结点由无线收发模块、微空制器模块和连接在传感器上的传感信号连模块顺序连接构成；其中，无线收发模块中单片机CC2420的引脚21、27、28、29、30、31、32、33、34、41与微控制器模块中的单片机PIC18F2580的引脚14、22、23、24、25、10、11、13、12、27分别顺序对应连接，微控制器模块中的单片机PIC18F2580的引脚28连接传感信号连模块中传感信号连接器的引脚1。

所述的转换节点由无线收发模块，微控制器模块和与CAN总线连接的CAN收发器模块顺序连接构成；其中，无线收发模块中单片机CC2420的引脚21、27、28、29、30、31、32、33、34、41与微控制器模块中的单片机PIC18F2580的引脚14、22、23、24、25、10、11、13、12、27分别顺序对应连接，微控制器模块中的单片机PIC18F2580的引脚20、21分别对应连接CAN收发器中单片机SN65HVD232的引脚1、4。

所述的有线传感器节点由微控制器模块，CAN收发器模块和传感信号连模块顺序连接构成；其中，微控制器模块中的单片机PIC18F2580的引脚20、21分别对应连接CAN收发器中单片机SN65HVD232的引脚1、4，引脚28连接传感信号连模块中传感信号连接器的引脚1。

有益效果：本发明将有线传输设备和无线传输设备相结合，结构简单，功耗低，可根据巷道内设置传感器节点的密度来选择使用有线或者无线设备，构建煤矿井下传感器网，该网络以有线传输设备为主，解决煤矿狭长巷道不利无线电波传播的问题，而在信息发送设备相对集中或经常移动的区域使用无线传输设备，从而解决布线困难的问题。使煤矿传感器网既有较大的覆盖范围，又有良好的组网灵活性。

附图说明

图1是本发明煤矿混合传输传感器网的结构示意图。

图2是本发明中转换节点的结构示意图。

图3是本发明中有线传感器节点的结构示意图。

图4是本发明中无线传感器节点的结构示意图。

图5是本发明中无线收发模块的电路图。

图6是本发明中微控制器模块的电路图。

图7是本发明中CAN收发器模块的电路图。

图8是本发明中传感信号连模块及电源接口的电路图。

图中：1-无线传感器节点，2-转换节点，3-有线传感器节点，4-检测监控系统主机，5-现场总线，U1-无线收发模块，U2-微控制器模块，U3-CAN收发器模块，U4-传感信号连模块。

具体实施方式

所述的无线传感器结点由无线收发模块，微控制器模块和连接在传感器上的传感信号连接器顺序连接构成；所述的转换节点由无线收发模块，微控制器模块和与CAN总线连接的CAN收发器模块顺序连接构成；所述的有线传感器节点由微控制器模块，CAN收发器模块和传感信号连接器顺序连接构成；所述的无线收发模块使用的单片机型号为CC2420，微控制器模块使用的单片机型号为PIC18F2580，CAN收发器模块使用的CAN驱动器型号为SN65HVD232。

下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的描述：

如图所示，本发明的煤矿混合传输传感器网包括与监测监控系统主机4相连的现场总线5和设在被测设备上的传感器，在现场总线上设有可将无线信号转换成有线型号的转换结点2，转换结点2由无线收发模块U1，微控制器模块U2和与CAN总线连接的CAN收发器模块U3顺序连接构成；非移动设备安装的传感器上设有有线传感器结点3，传感器结点3由微控制器模块U2，CAN收发器模块U3和传感信号连接器U4顺序连接构成；移动设备安装的传感器上设有无线传感器结点1，无线传感器结点1由无线收发模块U1，微控制器模块U2和连接在传感器上的传感信号连接器U4顺序连接构成；当传感器发送信号时，有线传感器结点3直接将信号发送到现场总线5，无线传感器结点1则通过无线电波将信号发送到转换结点2，转换节点2将信号转换最后发送到现场总线5，其中述的无线收发模块U1使用的单片机型号为CC2420，微控制器模块U2使用的单片机型号为PIC18F2580，CAN收发器模块U3使用的CAN驱动器型号为SN65HVD232。本发明可根据需要设置各种节点，包括n个有线传感器结点、i个无线传感器结点和m个转换结点共3类结点，总线采用现场总线CAN规范，连接有线传感器结点和转换结点两类结点，总线的一端与监测监控主机或分站相连；无线传感器结点通过设定地址与邻近指定的转换结点通信。

图5中无线收发模块U1包括单片机CC2420，CC2420的引脚1、2、3、4串联，并且同时连接1.8V电源和电容C18，电容C18接地，引脚5、9接地，引脚6、7、8连接有一个天线适配电路，E1为无线收发天线，引脚10、15、16串联，并且同时连接1.8V电源和电容C8，电容C8接地，引脚17、18、20串联，并且同时连接1.8V电源和电容C9，电容C9接地，引脚19、22、23、24串联接地，引脚25、同时连接3.3V电源和电容C10，电容C10接地，引脚26、35串联，同时连接1.8V电源和电容C12，电容C12接地，引脚37、42、48串联，同时连接电源1.8V电源和电容C21、C25和C26，电容C21、C25和C26接地，引脚38、39连接有一个晶振电路，引脚43同时连接3.3V电源和电容C20，电容C20接地，引脚45连接有电阻R5，电阻R5接地，CC2420的引脚21、27、28、29、30、31、32、33、34、41与图6微控制器模块U2中单片机PIC18F2580的引脚14、22、23、24、25、10、11、13、12、27分别对应连接，PIC18F2580的引脚5、16接地，引脚6、7连接一个晶振电路，引脚7还连接有电阻R3，电阻R3连接3.3V电源，引脚17连接电源VCC，引脚26连接有电阻R4，电阻R4同时连接有电阻R7和电容C15，电阻R7连接电源VCC，电容C15接地，引脚28连接图8传感信号连模块U4中传感信号连接器J8的引脚1，传感信号连接器J8的引脚2接地，PIC18F2580的引脚20、21分别对应连接图7中CAN收发器U3所使用单片机SN65HVD232的引脚1、4，SN65HVD232的引脚3同时连接电源VCC和电容C1，电容C1与引脚2连接，引脚2通过电阻R1连接到引脚8，引脚2接地，引脚6、7分别与CAN总线导线连接器J7的引脚2、1连接，引脚6、7之间连有一个电阻R2。图8中J6为接入电路的电源连接器。3类结点有两种通信方式，即有线和无线方式，转换结点同时包括两种通信方式，所以电路说明仅以转换结点为例。微控制器模块U2通过不同接口分别与无线收发模块U1、CAN收发器模块U3和传感信号连接器U4相连，设计时根据结点性质的不同选用不同的模块组合。在有线传感器结点中，含有微控制器模块U2、CAN收发器模块U3和传感信号连模块U4以及传感元件，传感元件产生的模拟信号经U4接入微控制器模块U2，由微控制器模块U2内含的A/D转换电路转换成数字信号，再由微控制器模块U2内含的CAN控制器组成CAN传送帧，经CAN收发器模块U3送入CAN总线传输。对于无线传感器结点，则含有以及传感元件，传感元件同样经传感信号连模块U4接入微控制器模块U2并转换成数字信号，从微控制器模块U2送入无线收发模块U1后，按IEEE802.15.4标准调制成无线信号发射给转换结点。转换结点由无线收发模块U1、微控制器模块U2和CAN收发器模块U3组成，无线收发模块U1接收到无线信号后解调出数据送入微控制器模块U2，由微控制器模块U2转换成CAN信号，经CAN收发器模块U3送入CAN总线；CAN收发器模块U3接收到的CAN总线信号也经微控制器模块U2取出数据送入无线收发模块U1，由无线收发模块U1调制成无线信号发射给无线传感器结点。

无线收发模块U1与微控制器模块U2之间有10对引脚相连，即CC2420的第21、27～34和41引脚分别对应连接到PIC18F2580的第14、22～25、10、11、13、12、27引脚；微控制器模块U2与CAN收发器模块U3仅有2对引脚相连，即PIC18F2580的第20、21引脚对应连接到SN65HVD232的第1、4引脚。J8是传感信号连接器，实现模块U4的功能，其中J8的第1引脚连接到PIC18F2580的第28引脚。J6为接入电路的电源连接器，J7为CAN总线一对导线的连接器。E1为无线收发天线。

Claims

1.一种煤矿混合传输传感器网，包括监测监控系统主机(4)、与监测监控系统主机或分站(4)相连的现场总线(5)和传感器，其特征在于：在现场总线(5)上连接有可将无线信号转换成有线信号的m个转换结点(2)和n个有线传感器结点(3)；移动设备安装的传感器上设有无线传感器结点(1)，无线传感器结点(1)与转换结点(2)之间通过无线信号连接；非移动设备安装的传感器上设有有线传感器结点(3)，当传感器发送信号时，有线传感器结点(3)直接将信号发送到现场总线(5)，无线传感器结点(1)则通过无线电波将信号发送到转换结点(2)，转换节点(2)将信号转换最后发送到现场总线(5)。

2、根据权利要求1所述的煤矿混合传输传感器网，其特征在于：所述的无线传感器结点(1)由无线收发模块(U1)、微控制器模块(U2)和连接在传感器上的传感信号连模块(U4)顺序连接构成；其中，无线收发模块(U1)中单片机CC2420的引脚21、27、28、29、30、31、32、33、34、41与微控制器模块(U2)中单片机PIC18F2580的引脚14、22、23、24、25、10、11、13、12、27分别顺序对应连接，微控制器模块(U2)中单片机PIC18F2580的引脚28连接传感信号连模块(U4)中传感信号连接器(J8)的引脚1。

3.根据权利要求1所述的煤矿混合传输传感器网，其特征在于：所述的微控制器模块(U2)由无线收发模块(U1)，微控制器模块(U2)和与CAN总线连接的CAN收发器模块(U3)顺序连接构成；其中，无线收发模块(U1)中单片机CC2420的引脚21、27、28、29、30、31、32、33、34、41与微控制器模块(U2)中的单片机PIC18F2580的引脚14、22、23、24、25、10、11、13、12、27分别顺序对应连接，微控制器模块(U2)中的单片机PIC18F2580的引脚20、21分别对应连接CAN收发器(U3)中单片机SN65HVD232的引脚1、4。

4.根据权利要求1所述的煤矿混合传输传感器网，其特征在于：所述的有线传感器节点(3)由微控制器模块(U2)，CAN收发器模块(U3)和传感信号连模块(U4)顺序连接构成；其中，微控制器模块(U2)中的单片机PIC18F2580的引脚20、21分别对应连接CAN收发器(U3)中单片机SN65HVD232的引脚1、4，引脚28连接传感信号连模块(U4)中传感信号连接器(J8)的引脚1。