【正文】 ，達(dá)到自動(dòng) 報(bào)警 的目的。研究者們的重點(diǎn)是考慮到傳感器節(jié)點(diǎn)有限的處理和存儲(chǔ)能力的情況下，如何確保這些信息能被鑒別并被安全地傳輸 ， 該研究在公共海岸線的污染即時(shí)檢測(cè)方面有著很廣的應(yīng)用前景。軍事領(lǐng)域方面 ： UC Berkeley 的 Smart Mote 的應(yīng)用背景就是戰(zhàn)場(chǎng)偵察系統(tǒng)，在未來(lái)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)將會(huì)成 為進(jìn)的高科技技術(shù)，為未來(lái)的現(xiàn)代化戰(zhàn)爭(zhēng)設(shè)計(jì)一個(gè)集命令、控制、通信、計(jì)算、智能、監(jiān)視、偵察和定位于一體的戰(zhàn)場(chǎng)指揮系統(tǒng) ； C4ISRT 系統(tǒng)是利用先 如美國(guó)的 DARPA(美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局 )和 NSF(National Science Foundation)投入了資金支持高校和科研機(jī)構(gòu)研究無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò) 。 該系列的安防產(chǎn)品對(duì)煤礦行業(yè)安 全 帶來(lái)了很大的幫助，保證了礦井人員的人身安全而且節(jié)省布線成本，現(xiàn)在的煤礦監(jiān)控系統(tǒng)早已經(jīng)不是以前單純的對(duì)象性檢控己經(jīng)是無(wú)線網(wǎng)，有線網(wǎng)等各種網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)，這些有線的監(jiān)控 關(guān) 系部分環(huán)境的檢測(cè) 。這樣不僅大大節(jié)省井下的各種電纜鋪設(shè)，降低硬件投入成本，而且可以 有效的避免礦難的發(fā)生。 一切的理論研究都是建立 在 實(shí)際需要的基礎(chǔ)上的，這也是本設(shè)計(jì)的宗旨。面對(duì)現(xiàn)階段煤礦安全生產(chǎn)的嚴(yán)峻形勢(shì)，用高新技術(shù)和先進(jìn)實(shí)用技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，增加科技含量，促進(jìn)產(chǎn)品更新?lián)Q代，提高產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益，是走新型煤炭工業(yè)化道路的必然選擇。 Radio Brushless Machine Control System Design based on AVR Abstract: As the main conversional device of mechanical energy to electrical energy, the motor has mainly three types, such as ， the DC motor, the synchronous motor, the asynchronous motor .Because of having lots of disadvantages, the application of the DC motor has been limited strongly. The brushless DC motor has the advantages which includes the simple structure， reliable operation and being convenient. All of these above are possessed by AC motor. They also maintain series of merits from the DC motor. The brushless DC motor operates efficiently, and has excited capacity Base on the development of the brushless DC motor and new kind’s instruction of electrics and electronics, the thesis includes several parts, for examples: operational principles of the brushless DC motor and AVR single chip microputer, the design of the circuit which is used to control the motor, the design of the software and the summary of the whole graduation. The result suggests that the design of the circuit generally achieves the goal and the request of the thesis. Keywords: AVR Single Chip Micyoco。硬件設(shè)計(jì)主要包括瓦斯傳感器、無(wú)線傳輸模 塊的設(shè)計(jì)和能量供應(yīng)模塊的 設(shè)計(jì) ： 其中 詳細(xì)說(shuō)明了一種帶有現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警功能的新型 瓦斯 傳感器的設(shè)計(jì)過(guò)程，它能夠?qū)?現(xiàn)對(duì)礦井瓦斯?jié)舛鹊牟杉蛨?bào)警控制，以及信號(hào)濾波、零點(diǎn)漂移的抑制 。 I 礦山瓦斯無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng) 摘要： 論文 論述了煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題，比較用于遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的通信技術(shù)，為本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選擇了一種較優(yōu)的通信方式，詳細(xì)介紹 Zigbee 無(wú)線傳感技術(shù)。軟件設(shè)計(jì)包括瓦斯 氣 體濃度的采集，節(jié)點(diǎn)間的通信等。 Wireless。 為了有效地監(jiān)控和管理煤礦的安全狀態(tài)，采取科學(xué)、系統(tǒng)、完整的措施改變我國(guó)煤礦安全現(xiàn)狀及落后面貌，加強(qiáng)礦井安全生產(chǎn)監(jiān)控技術(shù)及其方法的研究，是目前煤炭工業(yè)需要解決的迫切問(wèn)題，建立信息智能化煤礦管理體系勢(shì)在必行。本設(shè)計(jì)為了加強(qiáng)安全過(guò)程的管理應(yīng)用了測(cè)量控制技術(shù)。 發(fā)展歷史與研究現(xiàn)狀 國(guó)外研制礦井監(jiān)控系統(tǒng)起步較早，大約開始于 20 世紀(jì) 60 年代。 比如有毒有害氣體，溫度 ，濕度等，以及井下主 要 設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)等的監(jiān)控等，具有一定程度的智能化。 uAMPS 是 MIT 的關(guān)于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)研究，低功耗的無(wú)線傳感器系統(tǒng)取得了在商業(yè)和軍事領(lǐng)域非常重要的應(yīng)用，從安全設(shè)備、醫(yī)療監(jiān)控到機(jī)器診斷和生化檢測(cè)，傳感器網(wǎng)絡(luò)極大地改進(jìn)了對(duì)環(huán)境的監(jiān)控。 Zigbee 無(wú)線模塊是一組基于 IEEE 批準(zhǔn)通過(guò)的 無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)，是一個(gè)有關(guān)組網(wǎng)、安全和應(yīng)用軟件方面的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，被稱作 （ zigbee）技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)， ZigBee 技術(shù)是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單、低功耗、低速率和可靠性高的雙向無(wú) 3 線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，使用的頻段為 、 868MHz 及 915MHz，均為免執(zhí)頻段，可以嵌入各種設(shè)備中，同時(shí)支持地理定位功能。 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括以下幾個(gè)方面的工作： （一）、總體框圖設(shè)計(jì) 。 （三） 、 zigbee 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)模塊的設(shè)計(jì)。 （五） 、實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)報(bào)警監(jiān)控 邏輯控制器的中處理單元 。片上 Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。其 P3口各引腳的第二功能如表 : 5 表 21 P3 口各引腳的第二功能定義 接口線 引腳 第二功能 10 RXD (串行輸入口 ) 11 TXD (串行輸出口 ) 12 INT0 (外部中斷 0) 13 INT1 (外部中斷 1) 14 T0 (定時(shí)器 0外部輸入 ) 15 T1 (定時(shí)器 1外部輸入 ) 16 WR (外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫脈沖 ) 17 RD (外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀脈沖 ) 在多數(shù)電子設(shè)計(jì)當(dāng)中，基于性價(jià)比的考慮， 8 位單片機(jī)仍是首選。 方案一： CTZ2GJ4(A)型智能遙控 瓦斯 傳感器 ： 用于檢測(cè)煤礦井下甲烷濃度?？蓮V泛應(yīng)用于火災(zāi)探測(cè)，爆炸性氣體檢測(cè)等。為此，設(shè)計(jì)了一種基于 ZigBee 技術(shù)的煤礦瓦斯監(jiān)測(cè)網(wǎng)格型無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 。 7 圖 22 網(wǎng)格型無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 對(duì)于應(yīng)用于環(huán)境檢測(cè)、工業(yè)控制等領(lǐng)域 的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量小，傳輸速率低，通信終端設(shè)備通常為電池供電，因此要求傳輸設(shè)一備必須具有成本低、功耗小的特點(diǎn)。這樣可以大大提高系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理速度，還可以方便的對(duì)單片機(jī)進(jìn)行控制。 本系統(tǒng)中以 瓦斯 傳感器作為 瓦斯 信號(hào) 的 采集與轉(zhuǎn)換單元； AT89C52 單片機(jī)作為數(shù)據(jù)處理和控制單元；蜂鳴器作為 超瓦斯?jié)舛葓?bào)警單元。 系統(tǒng) 硬件 設(shè)計(jì) 結(jié)構(gòu)框圖 圖如圖 32 所示 ： 9 圖 32 基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的煤礦瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 結(jié)構(gòu) 框圖 各單元功能介紹 單片機(jī)：該部分的功能不僅包括讀取 瓦斯 數(shù)據(jù) 處理 ，同時(shí)還要執(zhí)行單元進(jìn)行控制 ， 單片機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的控制核心 及數(shù)據(jù)處理核心 。 圖 34 傳感器 節(jié) 點(diǎn)硬件結(jié)構(gòu)示意圖 串口通信：串口通信的主要功能是完成單片機(jī)與 傳感器以及與蜂鳴器之間 的通信，便于進(jìn)行 瓦斯超標(biāo)報(bào)警系統(tǒng)設(shè) 計(jì) ， 為將來(lái)系統(tǒng)功能的擴(kuò)展做好基礎(chǔ)工作。 不同于傳統(tǒng)的接收與發(fā)送模式的是不僅僅局限于有線的傳輸，無(wú)線傳輸能夠滲透到各個(gè)角落，使得信號(hào)的傳輸更加有效， 全天候不間斷的對(duì)井下瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行監(jiān)測(cè) ， 同時(shí)采用報(bào)警系統(tǒng)，一旦瓦斯超標(biāo)，系統(tǒng)立即提醒正在井下作業(yè)的工人緊急撤離，避免人員傷亡。該傳感器可以有效的監(jiān)測(cè)井下低濃及高濃瓦斯，試用范圍非常廣泛。該傳感器可以對(duì) 1100%LEL 濃度的氣體進(jìn)行檢測(cè)，適用于煤礦 04%濃度的環(huán)境監(jiān)測(cè)。 10 靈敏度（ mV） 1%甲烷 20~40 1%丁烷 30~50 1%氫氣 25~45 線形度（ %） ≤ 5 測(cè)量范圍（ %LEL） 0~100 響應(yīng)時(shí)間（ 90%） 小于 10 秒 恢復(fù)時(shí)間（ 90%） 小于 30 秒 使用環(huán)境 40~+70℃低于 95%RH 儲(chǔ)存環(huán)境 20~+70 ℃低于95%RH 外形尺寸（ mm） MJC4/: 14 19 MJC4/ 載體催化元件是由一個(gè)檢測(cè)元件（黑元件）與一個(gè)補(bǔ)償元件（白元件） 組成。 MJC4/ 的工作條件是：工作電壓為直流 177。 ZigBee 無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊的硬件設(shè)計(jì)框圖如圖 39 所示．為了實(shí)現(xiàn)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊的硬件基礎(chǔ)架構(gòu)，將硬件設(shè)計(jì)分為四部分：無(wú)線收發(fā)電路、電源電路、 JTAG 電路和串口轉(zhuǎn)換電路．在這里，設(shè)計(jì)了串口轉(zhuǎn)換電路，可以實(shí)現(xiàn) RS232 串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換．因此，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)線模塊與 PC 機(jī)之間的串口數(shù)據(jù)通信．無(wú)線收發(fā)電路是本次硬件設(shè)計(jì)的核心，而 JTAG 電路主要實(shí)現(xiàn)對(duì) CC2430 的編程和測(cè)試． 圖 39 硬件工作原理圖 本次設(shè)計(jì)的無(wú)線通信模塊采用射頻芯片 CL39。物理層、 MAc 層屬于 。物理層的特征是啟動(dòng)和關(guān)閉無(wú)線收發(fā)器，能量檢測(cè)，鏈路質(zhì)量，信道選擇，清除信道評(píng)估 (CCA)，以及通過(guò)物理媒體對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行發(fā)送和接收。 915/868MHz 頻段是基于差分編碼的二進(jìn)制相移鍵控(BPSK)。在 頻段總共有 16 個(gè)不同的信道為全球統(tǒng)一的無(wú)需申請(qǐng)的 ISM 頻段，可提供 250kb/s 的傳輸速率。除此之外， MAC 層為應(yīng) 用合適的安全機(jī)制提供了一些方法。 圖 310 ZigBee 協(xié)議組成 協(xié)議規(guī)定，每一個(gè) ZigBee 網(wǎng)絡(luò)都有一個(gè) 16 位網(wǎng)絡(luò) ID，用于標(biāo)示這個(gè)網(wǎng)絡(luò)。附帶由標(biāo)準(zhǔn)指定的全部 IEEE802.巧 .4 功能和所有特征，更多的存儲(chǔ)器、計(jì)算能力可使其在空閑時(shí)起網(wǎng)絡(luò)路由器作用。通過(guò)附帶有限的功能來(lái)控制 17 成本和復(fù)雜性，在網(wǎng)絡(luò)中通常用作終端設(shè)備。 無(wú)線傳輸模塊設(shè)計(jì)包括發(fā)送與接收兩部分，本系統(tǒng)為了提高無(wú)線傳輸?shù)目垢蓴_能力，采用專門的編碼解碼芯片組成的發(fā)送與接收?？紤]到不同的模塊對(duì)電源有不同的要求，可采用兩種供電模塊分別進(jìn)行供電的方式。 電源采用礦燈電源，礦用鉛酸電池標(biāo)稱電壓為 4V，但由于 MJC4/ 工作在 177?？紤]到每個(gè)有源器件的工作需要，電源模塊采用的是 LDO 穩(wěn)壓芯片 REG1133，該芯片可以生成 3V電壓。 報(bào)警電路實(shí)現(xiàn)的是當(dāng)溫度 值超過(guò)系統(tǒng)設(shè)置的上限值或者小于系統(tǒng)設(shè)置的下限值時(shí)，都將通過(guò) I/O 口驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，進(jìn)行蜂鳴器報(bào)警。環(huán)境監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)為全功能設(shè)備，構(gòu)成無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的主干，具有通信路由的功能，主要負(fù)責(zé)環(huán)境參數(shù)的檢測(cè)。井下的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)形成無(wú)線網(wǎng)絡(luò)后 完成數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜蝿?wù)，即起到協(xié)議轉(zhuǎn)換的功能。 這里的串口發(fā)送子程序首先是判斷數(shù)據(jù)是否發(fā)送完畢，沒(méi)有發(fā)完才繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)先把數(shù)據(jù)送入串口0 的數(shù)據(jù)收發(fā)緩沖器 (UOI)BUF)， CL2430 模塊的串口通信是只要你不停放數(shù)據(jù)到UODBUF 就行，當(dāng)然事先要沒(méi)置好你所需要的串口，具體的數(shù)據(jù)發(fā)送是由硬件完成，編程的時(shí)候不需要考慮這些．因?yàn)?CC2430 的內(nèi)核是一個(gè) 51 核，所以每次的傳輸都是一個(gè)字節(jié)一個(gè)字節(jié)的，也就是說(shuō)每次只能一個(gè)字母一個(gè)字母的發(fā)送數(shù)據(jù)．在這里，發(fā)送函數(shù)做了個(gè)等待中 斷標(biāo)志的處理，也就是送一個(gè)字節(jié)到緩沖器，需要等待中斷的產(chǎn)生，當(dāng)中斷產(chǎn)生了，說(shuō)明 UODBUF 里的數(shù)據(jù)已經(jīng)被發(fā)送出去了，這時(shí)才可以繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)，同時(shí)在繼續(xù)發(fā)送前還得把中斷標(biāo)志清零．需要指出的是，如果是需要一組數(shù)據(jù)一組數(shù)據(jù)的接收或者傳送的話，就必須不停的調(diào)用函數(shù)，直到把整個(gè)數(shù)組中的數(shù)據(jù)都傳送完之后再停止．在這個(gè)發(fā)送主程序里，先是調(diào)用發(fā)送函數(shù)發(fā)送了一個(gè)字符串，之后清除已發(fā)送數(shù)據(jù)，再發(fā)送一個(gè)字符串，之后進(jìn)行延時(shí)處理，再循環(huán)發(fā)送數(shù)據(jù)．串口發(fā)送程序的流程圖如圖 43 所示： 圖 43 發(fā)送子程序和發(fā)送主程序的流程圖 雖然 硬件設(shè)計(jì)是建立信號(hào)收發(fā)的基礎(chǔ)，但是數(shù)據(jù)能夠正確收發(fā)必須靠軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。另外還有發(fā)送地址、接收地址、發(fā) 送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度 (字節(jié)數(shù) )，可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用配置。本程序中設(shè)計(jì)延時(shí) 1OOms，之后設(shè)置 TRxCE 為低電平， nRF905 結(jié)束數(shù)據(jù)發(fā)送并回到待機(jī)模式。差分電壓和瓦斯?jié)舛却嬖诰€性關(guān)系，因此可通過(guò)差分電壓的值計(jì)算瓦斯?jié)舛龋⑴袛嗍欠裉幱诎踩秶鷥?nèi)。首先設(shè)置 ADC 控制寄存器 ADCCON3 為0x38，即采用 參考電壓，以 14 位的精度，對(duì)