基于單片機及射頻器設(shè)備的井下坐標(biāo)系統(tǒng)建立

郝雪弟+盧修遠(yuǎn)+任禹+宋晉韜+趙體豪+蔡靖

摘 要：應(yīng)用STCIAP15W4K61S4單片機、RD2.4GD 定向遠(yuǎn)距離讀卡器及LED電子顯示板建立一種井下自動定位系統(tǒng)。實驗表明：按照設(shè)計完成系統(tǒng)組建后，人們在井下可以通過自己手中LED電子顯示板清楚看出自己所在位置，對于煤礦安全生產(chǎn)具有重要意義。

關(guān)鍵詞：單片機；射頻器；井下坐標(biāo)建；立及定位

1 引言

隨著社會生活節(jié)奏的加快，人們也開始注重生產(chǎn)安全及效率的提高。而對于采煤工人而言，在井下?lián)碛幸粋€顯示自己準(zhǔn)確位置的系統(tǒng)用以確定工作面、采空區(qū)、各個巷道的精確位置對于提高工作效率，增加采煤工作安全性具有重要意義。目前的聯(lián)系測量方法都是以平面測量與高程測量兩部分為基礎(chǔ)，相比于這些方法，本方法具有多重指數(shù)的立體顯示，直觀方便；全部依靠智能系統(tǒng)，精確有效。

2 坐標(biāo)系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 單片機

系統(tǒng)單片機采用深圳宏晶科技的STCIAP15W4K61S4，它具有低功耗、高速和抗干擾強的優(yōu)點，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)的8051單片機，管腳也和AT89C（S）51/52兼容，而且在此基礎(chǔ)上增加了其他功能。

2.2 RD2.4GD 定向遠(yuǎn)距離讀卡器

系統(tǒng)所用讀卡器具有如下特點：標(biāo)簽識別速度快且為分時順序發(fā)送；標(biāo)簽讀取能力強等優(yōu)點。

讀卡器通訊設(shè)置： 波特率115200， 8位數(shù)據(jù)位， 1位停止位， 無校驗.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

<02><30><31><30><30><31><32><33><34><41><42><43><44><42><46>

<0D><0A>

1 起始碼 0x01固定字符

2-3 地址碼 0x01值范圍1-255分為 2字節(jié)ASCII碼發(fā)送

4-13 卡 號 001234ABCD值范圍0x00 - 0XFFFFFFFFFF分為10字節(jié)ASCII碼發(fā)送

14-15 和校驗 0xBF值范圍0x00-0xFF地址與卡號的和和校驗分為2字節(jié)ASCII碼發(fā)送

16-17 結(jié)束碼0x02 固定字符

讀卡器接線說明：

2.2.1讀卡器精度調(diào)校

由于讀卡器是采用旋鈕調(diào)節(jié)信號接收范圍，并無固定刻度或者信號接收范圍的顯示，于是筆者進行了RD2.4GD定向遠(yuǎn)距離讀卡器的范圍參數(shù)與旋鈕偏轉(zhuǎn)度數(shù)的實驗。表格如下

由于井下環(huán)境多變，更遠(yuǎn)的距離定位就顯的無意義了。所以實驗只做到定位范圍20m。

綜上，由于實驗條件和實驗精度的限制，卡片識別位置隨著距離而變化，很難找到精確的臨界值，以及部分卡片電池儲量難以估計，所以難以精確測量范圍，以上實驗數(shù)據(jù)僅用做參考。

顯然，實驗數(shù)據(jù)非線性。難以用線性來擬合。且井下條件特殊，射頻范圍難以動態(tài)變化，來提高定位精度。所以我們固定測量范圍，另外，距離越近，誤差越大。初值定位120度偏轉(zhuǎn)角，這樣，產(chǎn)生的測量誤差在可接受的范圍。

3 坐標(biāo)系統(tǒng)實現(xiàn)過程

當(dāng)卡片靠近射頻器一定范圍內(nèi)時，卡片自動發(fā)出電信號被射頻器捕捉，引發(fā)射頻器向單片機傳出數(shù)據(jù)，單片機通過判斷輸入數(shù)據(jù)類型來判斷是否將讀卡器所在位置點顯示在LED電子顯示板上，從而使人們得以知曉自己所在位置，完成井下坐標(biāo)系統(tǒng)的建立及定位。

單片機與RD2.4GD通過R485鏈接的原理圖：

由上述原理，鏈接實驗儀器。

3.1 射頻數(shù)據(jù)發(fā)送及單片機接收

射頻器有數(shù)據(jù)發(fā)送時，通過時序把要接收的地址和發(fā)送的數(shù)據(jù)傳輸給單片機，傳輸效率根據(jù)通信協(xié)議和器件配置來確定。通過置高單片機相應(yīng)引腳來是單片機進入接收狀態(tài)，當(dāng)引腳便為低電平，接收完成并進行待機。

3.2 單片機顯示

在接受數(shù)據(jù)完成后，通過中斷程序，刷新屏幕顯示，將相應(yīng)位置的像素點點亮來實現(xiàn)井下坐標(biāo)位置的顯示，供工作人員參考。

4 結(jié)束語

應(yīng)用單片機，讀卡器及LED電子顯示板等裝置組建井下坐標(biāo)定位系統(tǒng)并完成定位，多次試驗證明：在卡片靠近讀卡器一定距離范圍內(nèi)，讀卡器能夠有效識別卡片信息并觸發(fā)內(nèi)部存儲程序，從而在LED電子顯示板上顯示出卡片所在位置，實現(xiàn)井下定位功能。通過調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)器，可以使系統(tǒng)工作有效距離在0-50米范圍。具有較高安全性和可靠性，對于確定工作面、采空區(qū)、各個巷道的精確位置從而提高工作效率，增加采煤工作安全性具有重要意義。

參考文獻

[1] 宏晶科技.EasySTC15W開發(fā)板原理圖+系列單片機器件手冊[DB/OL].http：//www.mcu-memory.com/datasheet/etc/STC.pdf，2010-12-01

[2] 崔政委 ，汪焰恩.基于單片機和nRF905SE的無線射頻收發(fā)模塊的系統(tǒng)設(shè)計.機械與電子，2011，（6），19-22.