传感器网络的煤矿顶板压力监测系统解决方案
2.4 天线
CC2430在2.4 GHz频段上使用直接序列扩展频谱(DSSS)来扩展输出功率,从而使通信链路具有很强的抗干扰性,即使在嘈杂的环境中也能运行。CC2430可使用不同类型的天线。常用的是偶极子的差分天线,λ/2偶极子天线长度计算公式为:L=12 250/f。其中f的单位是MHz,长度单位是cm。2.45 GHz的天线必须是5.8 cm,每边为2.9 cm。如果用于短距离通信也可以应用单极子、螺旋或环状天线。在硬件设计中,须使用双面印刷电路板,板面必须很好地铺地。布置元件时应尽可能靠近,外接元件越小越好。元件接地时,需单独接地,切勿星状接地,形成环流,影响系统的运行。
3、汇聚节点
汇聚节点[6](如图1所示)采用无线接收、有线发送的方式。汇聚节点的主控制芯片为CC2430。CC2430无线接收各终端节点发送过来的矿井顶板地址数据和顶板压力数据,将其按相应的地址号存储在相应的地址单元。由于汇聚节点接收的数据量较大,本系统采用AT24C256作为数据存储器,控制图与图3相似,不再重复给出。汇聚节点将接收到的地址数据和顶板压力数据整理打包,通过USB口将数据发送至传输接口。CH341T是一个USB总线的转接芯片,通过USB总线提供串口、打印口或者并口。在串口方式下,CH341T 提供串口发送使能、串口接收就绪等交互式的速率控制信号以及常用的MODEM 联络信号,用于将普通的串口设备直接升级到USB 总线。在并口方式下,CH341T 提供了EPP 方式或者MEM方式的8 bit并行接口,用于在不需要单片机/DSP/MCU 的环境下,直接输入输出数据。CH341T与CC2430接口图如图4所示。图4中P0_3设置为TXD,P0_2设置为RXD,因此,CC2430控制寄存器需作相应的设置。具体设置为:外设控制寄存器PERCFG=XXXXXXX0;输入配置寄存器ADCCFG=XXXX00X1;端口功能选择器P0SEL=XXXX111。
4、传输接口
传输接口[6-7]安装在地面监测站和无线传感网络汇聚节点之间,将汇聚节点传输来的煤矿顶板的地址数据和顶板压力数据通过USB口传输至上位管理主机中。由于传输接口与地面监测站之间距离较远,因此为了确保传输数据的正确性,需要对USB通信加中继,提高其传输能力。同时,传输接口对接收到数据进行处理,当接收到某一地址的顶板压力数据接近或超过预先设置的数据时,发出声光报警。因此,从汇聚节点传输的USB信号需进行增强和分路,如图5所示。AU9254可实现USB 1路到4路的分路,同时可以从RJ-45口实现远距离传输。
传输接口采用C8051F320为主控芯片对接收到的数据进行处理。C8051F320系列器件使用Silicon Labs的专利CIP-51微控制器内核。CIP-51与MCS-51指令集完全兼容,可以使用标准803x/805x的汇编器和编译器进行软件开发,CIP-51内核具有标准8052的所有外设部件,片内调试电路提供全速、非侵入式的在系统调试。C8051F320的USB接口符合USB2。0版规范,可以实现全速(12 Mb/s)或低速(1。5 Mb/s)的串行通信。C8051F320与USB接口图如图6所示。
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