CN101811509A

CN101811509A - 一种基于ZigBee协议的可集成到矿车中的车载控制台

Info

Publication number: CN101811509A
Application number: CN200910266159A
Authority: CN
Inventors: 王超; 李明璋; 陆振华; 孙卫东; 郭东东; 张德军; 穆海军; 李汉杰; 任龙博; 陈刚; 唐小勇; 万洪涛
Original assignee: Qingdao Santong Digital Science & Technology Co Ltd
Current assignee: Qingdao Santong Digital Science & Technology Co Ltd
Priority date: 2009-12-30
Filing date: 2009-12-30
Publication date: 2010-08-25

Abstract

一种基于ZigBee协议的可集成到矿车中的车载控制台，它涉及无线通信网络技术领域。它包含车载电脑，车载控制台和道路标识器，车载电脑和车载控制台之间通过UART协议通信，车载控制台和道路标识器之间通过无线ZigBee协议通信；ID地址分配的灵活性强，具备系统软重启功能，定位较精确，成本低，天线的覆盖距离远，传输速率的灵活性，安全性高，功耗低，网络容量大，发射功率大、灵敏度高，采用一体化设计，可集成度高，双天线接口设计，具有USB接口和UART接口，具有很强的接口灵活性。

Description

一种基于ZigBee协议的可集成到矿车中的车载控制台

技术领域：

本发明涉及无线通信网络技术领域，具体涉及一种基于ZigBee协议的能够提供矿车运行区间、移动通信、报警信息的上传和指令数据的下达、矿车调度等服务的车载信息装置。

背景技术：

矿井开采作为安全事故频发的重工业，对安全监督管理系统的要求很高。矿车运输是我国大多数矿井物料运输的主要方式，为了提高生产效率，矿车在井下的运行速度一般都比较高，这就存在着安全隐患。近年来，矿车脱轨事故，矿车失控撞人事故不断，怎样才能在提高矿车利用效率的同时保障安全，并对井下高速运行的矿车进行跟踪定位，获得矿车在运行中的工作状态、路况信息，是一个亟待解决的问题。

目前国内一些煤矿采用RFID技术实现煤矿矿车管理，该方法的具体实现是首先在井口和各分支巷道入口处根据现场具体需要放置一定数量的无线标识传感器，将无线标识传感器通过传输总线与地面计算机连接，然后为每台矿车上安装一个无线标识卡，只要通过或接近放置在巷道入口处的任何一个无线标识传感器，无线标识传感器便会马上感应到信号，并上传到中心站主机，这样中心站主机的软件就可判断出矿车的具体信息。

但是这种方法有很大的局限性，采用RFID技术在航道入口处才能获得矿车的具体信息。而在矿井下的其他位置不能对矿车进行跟踪定位和实时监控，也无法获得矿车在高速运行中的工作状态和路况信息，更无法实现对矿车周围的无线终端设备进行控制。

发明内容：

本发明的目的是提供一种基于ZigBee协议的可集成到矿车中的车载控制台，它ID地址分配的灵活性强，具备系统软重启功能，定位较精确，成本低，天线的覆盖距离远，传输速率的灵活性，安全性高，功耗低，网络容量大，发射功率大、灵敏度高，采用一体化设计，可集成度高，双天线接口设计，具有USB接口和UART接口，具有很强的接口灵活性。

为了解决背景技术所存在的问题，本发明是采用以下技术方案：它包含车载电脑，车载控制台和道路标识器，车载电脑和车载控制台之间通过UART协议通信，车载控制台和道路标识器之间通过无线ZigBee协议通信。

所述的车载控制台包含电源滤波电路1、主控芯片MG2455-F482、天线的前端设计电路3和USB接口电路4；道路标识器也包含电源滤波电1路主控芯片MG2455-F482和天线的前端设计电路3；电源滤波电路1与主控芯片MG2455-F482连接，主控芯片MG2455-F482与天线的前端设计电路3连接，天线的前端设计电路3与USB接口电路4连接；电源滤波电路为系统提供稳定的工作电压；主控芯片MG2455-F48是基于ZigBee协议的微处理器；天线的前端设计电路完成射频信号的发送和接收；USB接口电路采用USB桥接芯片CP2102，该芯片实现了USB协议和UART协议的转换，且该芯片在PC机上映射为一个虚拟串口，提高了该无线模块的可移植性。

所述的电源滤波电路1是由电容C6、电感L6、电容C6b、电感L6、电容C5、电感L5、电容C5b、电感L5、电容C7、AVDD、电容C7b、电容C7、电阻R3组成；电容C6并联在电感L6的两端，电容C6b的一端设置在电感L6的右侧且相连，另一端接地，电容C5并联在电感L5的两端，电容C5b的设置在电感L5的右侧且相连，另一端接地，电容C7一端与AVDD连接，另一端接地，电容C7b的一端设置在电容C7一端的右侧，另一端接地，电阻R3的一端接地，另一端与主控芯片MG2455-F482的5脚连接，电源的VCC与主控芯片MG2455-F482的7脚连接，7脚、18脚、25连接，13脚与14脚连接。

所述的道路标识器是定时发送心跳数据包，心跳数据包中包含该道路标识器的ID地址和定时发送定位信息，定位信息中也包含该道路标识器的ID地址。

所述的车载控制台是定时发送心跳数据包，心跳数据包主要包括以下信息：车载控制台的身份ID地址。同时将心跳数据包通过串口发送给PC机；定时发送定位信息，如果车载控制台没有收到道路标识器发来的定位信息数据包，则车载控制台外发的定位信息数据包只含有自己的身份ID地址，如果车载控制台收到道路标识器发来的定位信息数据包，则车载控制台外发的定位信息数据包除了含有自己的身份ID地址外，还有接收到的道路标识器的身份ID地址；对PC机串口进行实时监测，如果有PC机通过串口发来的指令数据包，则通过ZigBee通讯模块发送给矿车周围的基于ZigBee协议的终端设备；将ZigBee通讯模块接收的数据包通过串口发送给PC机，车载控制台对矿车周围的基于ZigBee协议的终端设备进行实时监测，如果这些终端设备有数据包发给车载控制台，则车载控制台将数据包通过串口发送给PC机。

本发明具有以下有益效果：ID地址分配的灵活性强，由于车载控制台和道路标识器的ID地址既可以在烧写时设定，也可以在以后的使用过程中根据实际需要动态修改，增强了ID地址分配的灵活性；具备系统软重启功能，当车载控制台和道路标识器由于意外死机或工作不正常时，看门狗可以控制系统重启；定位较精确，由于车载控制台定时上报定位数据包，该数据包中包含矿车周围道路标识器的ID地址信息，而每个道路标识器的位置信息是事先确定的，故上位机可以实现对矿车的跟踪定位；成本低，本发明的通信平台是基于Zigbee协议的MG2455芯片，该芯片具有很低的成本；由于传输速率低，网络协议简单，ZigBee协议免专利费等原因，整个系统的成本将会很低；天线的覆盖距离远，和同样具有无线传输的Bluetooth设备相比，同样是0dBm的发射功率，Bluetooth设备能达到10m的传输距离，而本发明能够达到70m的传输距离；传输速率的灵活性，在数据传输率方面，Bluetooth设备固定为1Mbps，而本发明具有250Kbps/500kbps/1Mbps三种传输速率可供选择；安全性高，本发明采用AES-128加密算法，各个应用可灵活确定其安全属性，安全性比Bluetooth设备要高的多；功耗低，在电流消耗方面，不管是休眠还是工作，本发明都比Bluetooth设备低的多；网络容量大，Bluetooth设备的网络容量是1∶7，而本发明的网络容量是1∶65500；发射功率大、灵敏度高，本发明的最大发射功率能达到10dBm，灵敏度高达-99dBm；采用一体化设计，可集成度高，本发明车载控制台的体积非常小巧，尺寸仅为25mm*35mm；双天线接口设计；具有USB接口和UART接口，具有很强的接口灵活性。

附图说明：

图1是本发明的系统框图；

图2是本发明车载控制台的电路原理图。

具体实施方式：

参看图1，本具体实施方式采用以下技术方案：它包含车载电脑，车载控制台和道路标识器，车载电脑和车载控制台之间通过UART协议通信，车载控制台和道路标识器之间通过无线ZigBee协议通信。

所述的车载控制台是定时发送心跳数据包，心跳数据包主要包括以下信息：车载控制台的身份ID地址。同时将心跳数据包通过串口发送给PC机；定时发送定位信息，如果车载控制台没有收到道路标识器发来的定位信息数据包，则车载控制台外发的定位信息数据包只含有自己的身份ID地址，如果车载控制台收到道路标识器发来的定位信息数据包，则车载控制台外发的定位信息数据包除了含有自己的身份ID地址外，还有接收到的道路标识器的身份ID地址。；对PC机串口进行实时监测，如果有PC机通过串口发来的指令数据包，则通过ZigBee通讯模块发送给矿车周围的基于ZigBee协议的终端设备；将ZigBee通讯模块接收的数据包通过串口发送给PC机，车载控制台对矿车周围的基于ZigBee协议的终端设备进行实时监测，如果这些终端设备有数据包发给车载控制台，则车载控制台将数据包通过串口发送给PC机。

本具体实施方式ID地址分配的灵活性强，由于车载控制台和道路标识器的ID地址既可以在烧写时设定，也可以在以后的使用过程中根据实际需要动态修改，增强了ID地址分配的灵活性；具备系统软重启功能，当车载控制台和道路标识器由于意外死机或工作不正常时，看门狗可以控制系统重启；定位较精确，由于车载控制台定时上报定位数据包，该数据包中包含矿车周围道路标识器的ID地址信息，而每个道路标识器的位置信息是事先确定的，故上位机可以实现对矿车的跟踪定位；成本低，本发明的通信平台是基于Zigbee协议的MG2455芯片，该芯片具有很低的成本；由于传输速率低，网络协议简单，ZigBee协议免专利费等原因，整个系统的成本将会很低；天线的覆盖距离远，和同样具有无线传输的Bluetooth设备相比，同样是0dBm的发射功率，Bluetooth设备能达到10m的传输距离，而本发明能够达到70m的传输距离；传输速率的灵活性，在数据传输率方面，Bluetooth设备固定为1Mbps，而本发明具有250Kbps/500kbps/1Mbps三种传输速率可供选择；安全性高，本发明采用AES-128加密算法，各个应用可灵活确定其安全属性，安全性比Bluetooth设备要高的多；功耗低，在电流消耗方面，不管是休眠还是工作，本发明都比Bluetooth设备低的多；网络容量大，Bluetooth设备的网络容量是1∶7，而本发明的网络容量是1∶65500；发射功率大、灵敏度高，本发明的最大发射功率能达到10dBm，灵敏度高达-99dBm；采用一体化设计，可集成度高，本发明车载控制台的体积非常小巧，尺寸仅为25mm*35mm；双天线接口设计；具有USB接口和UART接口，具有很强的接口灵活性。

Claims

1.一种基于ZigBee协议的可集成到矿车中的车载控制台，其特征在于它包含车载电脑，车载控制台和道路标识器，车载电脑和车载控制台之间通过UART协议通信，车载控制台和道路标识器之间通过无线ZigBee协议通信。

2.根据权利要求1所述的一种基于ZigBee协议的可集成到矿车中的车载控制台，其特征在于车载控制台包含电源滤波电路1、主控芯片MG2455-F482、天线的前端设计电路3和USB接口电路4；道路标识器也包含电源滤波电1路主控芯片MG2455-F482和天线的前端设计电路3；电源滤波电路1与主控芯片MG2455-F482连接，主控芯片MG2455-F482与天线的前端设计电路3连接，天线的前端设计电路3与USB接口电路4连接。

3.根据权利要求1所述的一种基于ZigBee协议的可集成到矿车中的车载控制台，其特征在于电源滤波电路1是由电容C6、电感L6、电容C6b、电感L6、电容C5、电感L5、电容C5b、电感L5、电容C7、AVDD、电容C7b、电容C7、电阻R3组成；电容C6并联在电感L6的两端，电容C6b的一端设置在电感L6的右侧且相连，另一端接地，电容C5并联在电感L5的两端，电容C5b的设置在电感L5的右侧且相连，另一端接地，电容C7一端与AVDD连接，另一端接地，电容C7b的一端设置在电容C7一端的右侧，另一端接地，电阻R3的一端接地，另一端与主控芯片MG2455-F482的5脚连接，电源的VCC与主控芯片MG2455-F482的7脚连接，7脚、18脚、25连接，13脚与14脚连接。

4.根据权利要求1所述的一种基于ZigBee协议的可集成到矿车中的车载控制台，其特征在于所述的道路标识器是定时发送心跳数据包，心跳数据包中包含该道路标识器的ID地址和定时发送定位信息，定位信息中也包含该道路标识器的ID地址。

5.根据权利要求1所述的一种基于ZigBee协议的可集成到矿车中的车载控制台，其特征在于所述的车载控制台是定时发送心跳数据包，心跳数据包主要包括以下信息：车载控制台的身份ID地址。同时将心跳数据包通过串口发送给PC机；定时发送定位信息，如果车载控制台没有收到道路标识器发来的定位信息数据包，则车载控制台外发的定位信息数据包只含有自己的身份ID地址，如果车载控制台收到道路标识器发来的定位信息数据包，则车载控制台外发的定位信息数据包除了含有自己的身份ID地址外，还有接收到的道路标识器的身份ID地址。对PC机串口进行实时监测，如果有PC机通过串口发来的指令数据包，则通过ZigBee通讯模块发送给矿车周围的基于ZigBee协议的终端设备；将ZigBee通讯模块接收的数据包通过串口发送给PC机，车载控制台对矿车周围的基于ZigBee协议的终端设备进行实时监测，如果这些终端设备有数据包发给车载控制台，则车载控制台将数据包通过串口发送给PC机。