CN102610074A

CN102610074A - 一种矿用无线数据采集终端

Info

Publication number: CN102610074A
Application number: CN2011100274845A
Authority: CN
Inventors: 何兵
Original assignee: SHANGHAI CHIEFIN ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SHANGHAI CHIEFIN ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2011-01-25
Filing date: 2011-01-25
Publication date: 2012-07-25

Abstract

一种矿井无线数据采集终端，采用LPC2210核心处理器、基于uC/OS-II嵌入式实时操作系统、以Zigbee无线通信技术为手段，实现了数据采集、处理和传输一体化，网络化。该数据采集终端能可靠的完成数据实时采集和无线传输，在矿井的安全保障及自动化建设方面具有重要的意义。

Description

一种矿用无线数据采集终端

技术领域：

本发明属于矿用设备领域，涉及一种矿用无线数据采集终端，具体的讲，是一种安全可靠、稳定高效的无线数据采集终端。

背景技术：

在矿井系统中，经常需要对矿井中众多的位置进行实时监测，大部分的监测数据需要实时发送到管理中心的后端服务器进行处理。由于监测点分散，分布范围广，通过传统的有线网络传送方式往往事倍功半，需要采用现代远程监控技术来解决这个问题。如何建立起实用性强、覆盖面广、灵活性好的数据采集及传输系统，满足各方面的监测信息需求，是一个需要解决的重要问题。

发明内容：

矿井远程监控系统由监控中心和多个数据采集终端组成，各个数据采集终端可采集人员、气体浓度等各种数据，并实现实时数据处理、参数设定等功能。同时，测量得到的数据通过Zigbee无线通信方式传送到远程监控中心，监控中心对收到的数据进行分解、计算、显示、保存、统计、报表等处理；监控中心能下传控制参数或控制命令，对错误数据能给出报警信息。

为实现上述功能，系统的总体设计如下：数据采集终端主要由LPC2210核心模块、数据采集模块、人机交互模块、实时时钟模块、E2PROM存储模块和Zigbee通信模块六部分组成。

LPC2210核心模块包括LPC2210微处理器、存储模块、系统时钟电路、电源电路和系统复位电路等。LPC2210内有16kb的静态RAM，可存储代码/数据；它同时具备外部存储接口，系统扩展了2M字节NOR FLASH，8M字节PSRAM和16M字节NAND FLASH。LPC2210微控制器可使用外部晶振或外部时钟源，系统采用11.0592MHz晶振，支持LPC2210微控制器芯片内部PLL功能及ISP功能。LPC2210控制器的I/O接口供电电源为3.3V，所以设计为3.3V应用系统。核心模块复位电路复位电路使用了带IIC存储器的电源监控芯片CAT1025JI-30，复位门槛电压为3.0～3.15V，提高了系统的可靠性。

数据采集模块由LPC2210定时控制采集数据，采集的数据主要包括井下人员位置、危险气体浓度等信号。人员位置、危险气体浓度等由各种数字式集成传感器采集得到，然后通过RS232接口放大后送入LPC2210的UART1口。

为了便于现场的维护和检查，系统设计了人机交互模块，包括显示输出和键盘输入两大功能。显示模块用来显示采集到的数据、各类报警标志位及操作提示；键盘输入模块主要用于各种上下限值的设定。显示模块采用的MS240128A是一款240*128LCD，可以直接与核心模块上的显示接口连接。控制模块为16个按键，通过ZLG7290芯片与系统的IIC总线连接。

Zigbee通信模块主要实现与上位监控中心的通信，能够定时地将采集到的各类数据打包发送给数据中心，同时监控中心也可通过Zigbee通信模块对数据采集终端进行控制，如：从数据采集终端读取各个数据的上下限值、配置各个数据的上下限值、配置发送和采集的时间间隔等。

由于数据采集终端的核心模块采用的是LPC2210嵌入式微处理器，它提供了对实时操作系统的支持，本系统的软件设计采用了Uc/OS-II实时操作系统。uC/OS-II是专为嵌入式硬件设计的实时多任务内核，其内核精简，多任务管理功能相对完善，实时性能好，可裁剪，可固化，源码开放，可移植性强，能较好满足本系统对实时性、稳定性和可靠性的要求。数据采集终端要实现实时数据采集、数据显示、定时发送数据、对异常数据报警、定时校准时间等功能，根据uc/OS-II操作系统多任务特点，应仔细考虑任务划分，既要保证每个任务相对独立，又要避免任务划分过细导致任务调度频繁致使系统效率下降。本系统设计了12个任务。uC/OS-II为任务的通信提供了多种通信方式，如信号量、邮箱、消息队列，并提供了对这些方式进行操作的函数，比如建立信号量、删除、等待、发送等。本系统任务间的通信采用了三种方式，即全局变量方式，消息邮箱方式和消息队列方式。模拟信号由LPC2210自带的A/D转换器采集，在开始A/D转换之前，要对功能模块进行初始化。LPC2210的A/D转换器包含2个寄存器：控制寄存器ADCR和数据寄存器ADDR，初始化工作就是设置ADCR使A/D转换器按照系统要求的方式工作。ADCR是一个32位寄存器，0～7位负责输入通道选择，8～15位负责设定A/D转换时钟；16位BURST可选择A/D转换是通过软件控制还是自动重复执行；17～19位CLKS用来选择自动转换时的速度和精度，精度，速度越高，精度越低；21位置1选择正常工作模式，置0处于掉电模式；22～23位用于测试，缺省值为正常工作模式；24～26位START控制A/D转换的启动方式，是软件命令启动还是定时器信号启动。EDA9033D电参数采集模块采用的是MODBUS-RTU通信规约，它规定三相电压、电流是存于0x0040h开始的连续6个寄存器中，而电度值则是存于0x000ch开始的寄存器中，即这些电参量不是连续存储的，需要调用两条采集命令才能获取所需的全部监控数据。首先采集三相电压、电度值，经CRC校验正确无误后采集电度值，并进行CRC校验，若校验正确则将采集的数据存储起来，否则提示报警。

由于Zigbee提供的控件已完成了套接字连接，确认握手，心跳包检测用户状态等功能，所以本系统只需完成数据传输协议的设计，包括两部分内容，一是发送数据格式的定义，二是监控中心对数据采集终端命令字的定义。发送数据格式定义包括参数的设定，信号类型的设定，每类信号所占的字节数的设定等，这些数据以字节为单位，1到4字节不等，如果该数据为多字节数据，先存高位。监控中心对数据采集终端的帧格式定义为：以命令字母开头，第二位是数据长度，第三位是命令解释，后接数据。

与Zigbee模块相关的任务有Zigbee接收任务，检查Zigbee连接任务，定时发送数据任务，命令任务，消息队列任务和报警任务。

Zigbee接收任务实时监视是否有命令或数据收到，如果收到的是命令则恢复命令任务并将命令发送到Zigbee邮箱。命令任务被恢复后读取Zigbee邮箱中数据，根据收到的命令执行相应任务。

定时发送Zigbee数据任务是按一定的时间间隔给消息队列发送消息。消息队列任务读取消息值后，如判断为定时发送Zigbee数据任务则发送数据，同时启动检查Zigbee连接任务，如果不连接，将报警位置1，报警任务读取标志位后报警。

附图说明：

图1是系统总体设计框图；

图2是采集终端软件总体任务框图；

图中1.LPC2210核心模块，2.数据采集模块，3.人机交互模块，4.实时时钟模块，5.E2PROM存储模块，6.Zigbee通信模块，Q1.主任务，Q2.报警任务，Q3.命令任务，Q4.键盘接收任务，Q5.消息队列任务，Q6.定时校准任务，Q7.显示任务，Q8.Zigbee接收任务，Q9.串口1接收任务，Q10.检查Zigbee接收任务，Q11.Zigbee定时发送任务，Q12.定时采集任务，

具体实施方式：

如图1所示，数据采集终端主要由LPC2210核心模块(1)、数据采集模块(2)、人机交互模块(3)、实时时钟模块(4)、E2PROM存储模块(5)和Zigbee通信模块(6)六部分组成。其中LPC2210核心模块(1)包括LPC2210微处理器、存储模块、系统时钟电路、电源电路和系统复位电路等。其中数据采集模块(2)，由LPC2210定时控制采集数据，采集的数据主要包括井下人员位置、危险气体浓度等信号；人员位置、危险气体浓度等由各种数字式集成传感器采集得到，然后通过RS232接口放大后送入LPC2210的UART1口。其中人机交互模块(3)，包括显示输出和键盘输入两大功能：显示输出用来显示采集到的数据、各类报警标志位及操作提示；键盘输入模块主要用于各种上下限值的设定。其中实时时钟模块(4)为系统的命令执行提供时钟信号；其中E2PROM存储模块(5)，用于采集到的数据及交换到的信息的数据缓存及存储；其中Zigbee通信模块(6)，主要实现与上位监控中心的通信，能够定时地将采集到的各类数据打包发送给数据中心，同时监控中心也可通过Zigbee通信模块对数据采集终端进行控制。

如图2所示，采集终端软件包含1个主任务(Q1)和11个子任务共计12个任务，其子任务包括报警任务(Q2)，命令任务(Q3)，键盘接收任务(Q4)，消息队列任务(Q5)，定时校准任务(Q6)，显示任务(Q7)，Zigbee接收任务(Q8)，串口1接收任务(Q9)，检查Zigbee连接任务(Q10)，Zigbee定时发送任务(Q11)和定时采集任务(Q12)。不同子任务之间通过主任务有效的结合在一起，可以同时处理1个或多个任务。

以上是对本发明的说明而非限定，基于本发明思想的其他实施方式，均在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种矿用无线数据采集终端，包括硬件及软件两大部分，其特征是，硬件部分是以LPC2210为核心处理器，以Zigbee模块为无线通信部件，软件部分基于uC/OS-II嵌入式实时操作系统。

2.根据权利要求1所述的一种矿用无线数据采集终端，其特征是，所述硬件部分包括LPC2210核心模块，数据采集模块，人机交互模块，实时时钟模块，E2PROM存储模块和Zigbee通信模块。

3.根据权利要求2所述的一种矿用无线数据采集终端，其特征是，所述LPC2210核心模块包括LPC2210微处理器、存储单元、时钟电路、电源电路和复位电路。

4.根据权利要求2所述的一种矿用无线数据采集终端，其特征是，所述人机交互模块包括显示输出和键盘输入两大功能，显示输出用来显示采集到的数据、各类报警标志位及操作提示，键盘输入用于各种上下限值的设定。

5.根据权利要求2所述的一种矿用无线数据采集终端，其特征是，所述Zigbee通信模块主要实现与上位监控中心的的通信，能够定时的将采集到的各类数据打包发送给监控中心，同时监控中心也可以通过Zigbee通信模块对数据采集终端进行控制。

6.根据权利要求1所述的一种矿用无线数据采集终端，其特征是，所述软件部分包括1个主任务和11个子任务，其子任务分别是报警任务，命令任务，键盘接收任务，消息队列任务，定时校准任务，显示任务，Zigbee接收任务，串口1接收任务，检查Zigbee连接任务，Zigbee定时发送任务和定时采集任务。