基於三級喚醒機制的煤礦巷道應變數據採集方法及裝置製造方法
2023-09-21 23:18:20
基於三級喚醒機制的煤礦巷道應變數據採集方法及裝置製造方法
【專利摘要】基於三級喚醒機制的煤礦巷道應變數據採集方法及裝置。三級喚醒機制包括通過自適應RTC定時器喚醒方法完成定時數據採集，根據採集的巷道應變數據波動情況自適應調節RTC定時採集時間，這樣就能在不失真的採集煤礦巷道應變突變數據的情況下降低CPU的工作頻率，降低整體功耗，提高存儲效率，同時煤礦下的巡邏員可通過採集按鍵喚醒方法完成即時數據採集，工作人員通過紅外信號喚醒方法完成採集數據無線傳輸，使用手持終端查看巷道歷史應變數據更加便捷，這三級喚醒機制降低了數據採集裝置的功耗，同時符合煤礦下的巡邏檢查機制。
【專利說明】基於三級喚醒機制的煤礦巷道應變數據採集方法及裝置
【技術領域】
[0001]本發明專利涉及一種基於三級喚醒機制的煤礦巷道應變數據採集方法及裝置，尤 其涉及到一種數據採集裝置，屬於測控和自動化【技術領域】。
【背景技術】
[0002] 應變數據採集裝置是一種能夠煤礦巷道中進行實時數據採集、自動存儲記錄、信 號預處理、即時顯示、即時狀態分析、自動傳輸等功能的自動化設備。
[0003] 當前，煤礦巷道中的應變數據採集裝置通常使用電池作為供電設備，但是電池的 使用壽命有限，並且工業現場更換電池困難，所以如何降低系統功耗來延長電池的使用壽 命很重要。
[0004] 隨著無線技術的發展，無線通信模塊廣泛應用於應變數據採集裝置中，這給數據 採集提供了很大的便利，例如移動方便，工作範圍廣，操作簡單等等，但是伴隨的一個缺點 是應變採集裝置功率消耗更大，如今，功率消耗已經成為設計數據採樣裝置的一項重要指 標。
[0005] 傳統的應變數據採集裝置中處理器處於連續工作狀態，功耗大，應變數據採集裝 置使用壽命短，有些數據採集裝置通過增大電池容量來延長使用壽命，但同時也會增加數 據採集裝置的體積，並且提高了成本，現在更多的降低功耗的方法是通過對處理器進行固 定時間的模式切換，在連續工作和間歇工作之間切換來達到降低功耗的目的，但是這種方 法在實際工業進行現場數據採集時存在很大的弊端，比如煤礦巡邏人員到現場進行數據採 集，必須等到處理器出於工作模式下，不能進行即時採集，嚴重影響了工作效率。本文提出 一種基於三級喚醒機制的低功耗煤礦巷道應變數據採集方法及裝置，更大程度降低了功 耗，提高了工作效率，使得數據採集裝置能在工業現場長期有效工作。
【發明內容】
[0006] 本發明解決的問題是：為了克服煤礦巷道應變數據採集裝置由於功率功耗太大而 影響裝置性能的缺點，結合以上背景和需求，本發明提供一種基於三級喚醒機制的煤礦巷 道應變數據採集方法及裝置，三級喚醒機制包括通過自適應RTC定時器喚醒方法完成定時 數據採集，能根據實際巷道的應變情況自動調節採集時間密度，保證應變數據的準確性並 能提前預警，巡邏人員通過採集按鍵喚醒方法完成即時數據採集，通過紅外信號喚醒方法 完成採集數據傳輸，三級喚醒機制通過不同的優先級來選擇不同的工作流程，這能夠降低 數據採集裝置的功耗，並且提高巷道應變數據採集工作效率。
[0007] 本發明的技術解決方案是：
[0008] 1、一種基於三級喚醒機制的煤礦巷道應變數據採集方法，其特徵在於，包括以下 步驟：
[0009] 步驟1 :數據採集裝置初始化。將手持終端（104)，中央處理器（106)，採樣模塊 (108)，無線通訊模塊（109)都設置為休眠模式，將紅外接收器（103)設置為接收模式；
[0010] 步驟2 :確定當前RTC定時採樣間隔時間。首先根據第i個應變片的N次歷史應 變數據計算平均應變
【權利要求】
1. 一種基於三級喚醒機制的煤礦巷道應變數據採集方法，其特徵在於，包括以下步 驟： 步驟1 :數據採集裝置初始化。將手持終端（104)，中央處理器（106)，採樣模塊（108)， 無線通訊模塊（109)都設置為休眠模式，將紅外接收器（103)設置為接收模式； 步驟2 :確定當前RTC定時採樣間隔時間。首先根據第i個應變片的最近的N次歷史應 變數據計算平均應5
，其中應變的單位為um，然後分別計算M個應變片的N次 歷史應變數據的方差
計算所有應變片的方差的最大 值 S2niax = max (S12, S22……SM2}，建立方差門限值（D 1 = 0, D2 = 100, D3 = 200, D4 = 300, D5 =400, D6 = 500, D7 = 600, D8 = 700, D9 = 800, D10 = 900, D11 = 1000, D12 = 1100, D13 = 1200, D14 = 1300, D15 = 1400, D16 = 1500, D17 = 1600, D18 = 1700, D19 = 1800, D20 = 1900) 和RTC定時採樣間隔時間（T1 = 1小時，T2 = 50分鐘，T3 = 45分鐘，T4 = 40分鐘，T5 = 35 分鐘，T6 = 30分鐘，T7 = 25分鐘，T8 = 20分鐘，T9 = 15分鐘，Tltl = 10分鐘，T11 = 5分 鍾，T12 = 1 分鐘，T13 = 50 秒，T14 = 40 秒，T15 = 30 秒，T16 = 20 秒，T17 = 15 秒，T18 = 10 秒，T19 = 5秒，T2tl = 1秒）之間的對應關係表，具體對應關係為：
f(D)表示方差門限值和RTC定時採樣間隔時間對應關係函數，D是函數變量，表示實際 計算得到的應變方差。將#_作為函數f(D)的變量，即D = S2maxR入公式（1)得出當前 的RTC定時採樣間隔時間T=f(S2max); 步驟3 :中央處理器（106)讀取喚醒信號： 步驟3. I :RTC定時器（101)計時到時間T後產生一個低電平定時採集信號P1，採集按 鍵（102)按下時產生一個低電平按鍵採集信號P2，紅外接收器（103)接收到手持終端（104) 發出的紅外信號後，通過紅外信號轉換電路產生一個低電平數據傳輸信號P 3 ; 步驟3. 2 JpPyP3信號作為與門電路（103)的輸入信號，與門電路（103)輸出一個低 電平喚醒信號W1送至中央處理器（106)的外部中斷引腳，在中斷信號作用下，中央處理器 (106)從休眠模式轉換為正常工作模式； 步驟4 =P^PyP3信號同時分別連接到中央處理器（106)的輸入輸出埠 IO1JO2JO3, 其中，P1與IO1相連，P2與IO2相連，P 3與IO3相連。當中央處理器（106)被喚醒後正常工 作時，說明中央處理器（106)有收到喚醒信號。首先中央處理器（106)讀IO 1埠，如果IOi 讀取到低電平信號，說明喚醒信號是由定時採集信號P1產生，則進入步驟5 ;如果IO1沒有 讀取到低電平信號，中央處理器（106)讀IO2埠，如果IO 2讀取到低電平信號，說明喚醒信 號是由按鍵採集信號P2產生，則進入步驟5 ;如果IO2埠也沒有讀取到低電平信號，中央 處理器（106)讀IO3埠，如果IO 3讀取到低電平信號，說明喚醒信號是由數據傳輸信號P3 產生，進入步驟6 ; 步驟5:中央處理器（106)喚醒採樣模塊供電控制電路，進入數據採集中斷服務子程 序： 步驟5. 1 :中央處理器（106)通過輸入輸出通道IO4向採樣模塊供電控制電路（107)輸 出一個高電平信號LS1 ; 步驟5. 2 :採樣模塊供電控制電路（107)工作，向採樣模塊（108)供電； 步驟5.3 :採樣模塊（108)接通電源後進行初始化，初始化完成後開始正常工作，進行 數據採樣； 步驟5. 4 :採樣模塊（108)控制A/D晶片進行採樣和數據轉換； 步驟5. 5 :採樣模塊（108)將轉換後的採樣數據通過串行總線RS485發送給中央處理 器（106); 步驟5.6 :中央處理器（106)接收到採樣數據後，將數據以循環隊列的形式存儲在存儲 器中； 步驟5.7 :中央處理器（106)延時5s後，通過輸入輸出通道IO4向採樣模塊供電控制電 路（107)輸出一個低電平信號控制採樣模塊斷電，中央處理器（106)設置為休眠模式； 步驟5. 8 :採樣結束，進入步驟2 ; 步驟6 :中央處理器（106)喚醒無線通訊模塊（109)，進入數據傳輸中斷服務子程序： 步驟6. 1 :中央處理器（106)通過輸入輸出通道IO5向無線通訊模塊（109)復位引腳輸 出一個低電平信號LS 2，無線模塊開始工作； 步驟6. 2 :中央處理器（106)讀取存儲器中存放的採樣模塊（108)採集的數據，放入隊 列中； 步驟6. 3 :通過無線傳輸，中央處理器（106)將隊列中的採樣數據依次傳輸給無線通訊 模塊（109)，存儲在無線通訊模塊（109)的存儲器中，傳輸完成後，將中央處理器（106)存儲 器中已傳輸給無線通訊模塊（109)的數據刪除； 步驟6. 4 :採樣數據傳輸完畢，中央處理器（106)延時5s後設置為休眠模式； 步驟6. 5:無線通訊模塊（109)將存儲器中的採樣數據通過無線傳輸給手持終端 (104) ； 步驟6. 6 :無線通訊模塊（109)延時5s後設置為休眠模式； 步驟6. 7 :數據傳輸流程結束，進入步驟2。
2.根據權利要求書1所述的數據採集裝置，該裝置主要包括：RTC定時器（101)、採集 按鍵（102)、紅外接收器（103)、手持終端（104)、與門電路（105)、中央處理器（106)、採樣模 塊供電控制電路（107)、採樣模塊（108)、無線通訊模塊（109)。所述RTC定時器（101)採用 定時器進行計時，定時器在達到設定計數時間後產生一個低電平脈衝的中斷信號；所述採 集按鍵（102)是當該按鍵按下時，產生一個低電平信號；所述紅外接收器（103)用於接收紅 外信號，當收到紅外信號時，通過紅外信號轉換電路產生一個低電平的脈衝信號；所述手持 終端（104)用來發送紅外信號給紅外接收器（103)，並且進行採樣數據傳輸；所述與門電路 (105) 採用74HC11晶片，是對RTC定時器（101)、採集按鍵（102)和紅外接收器（103)產生 的信號進行"與"操作，輸出信號作為中央處理器（106)喚醒信號；所述中央處理器（106) 採用STM32晶片，管理信號的接收與發送，以及數據的傳輸與存儲；所述採樣模塊供電控制 電路（107)通過輸入輸出通道的信號控制採樣模塊電源的通斷；所述採樣模塊（108)包括 採樣晶片和A/D轉換晶片以及RS485通信接口，用於數據的採集；所述無線通訊模塊（109) 採用FZB5300型號的zigbee模塊，用於實現和手持終端（104)以及和中央處理器（106)之 間無線數據傳輸功能。
3. 根據權利要求2所述的數據採集裝置，其特徵在於，所述RTC定時器（101)輸出端和 與門電路（105)的輸入端以及中央處理器（106)的輸入輸出通道IO tl相連；所述採集按鍵 (102)輸出端和與門電路（105)的輸入端以及中央處理器（106)的輸入輸出通道IO 1相連； 所述紅外接收器（103)當接收到手持終端（104)發出的紅外信號時，經過紅外信號轉換電 路，紅外信號轉換電路的輸出端和與門電路（105)的輸入端以及中央處理器（106)的輸入 輸出通道IO 2相連；所述與門電路（105)的輸出端和中央處理器（106)的外部中斷引腳相 連；所述中央處理器（106)的輸入輸出通道IO 3和採樣模塊供電控制電路（107)控制端相 連；所述採樣模塊供電控制電路（107)的輸出和採樣模塊（108)的電源相連；所述中央處 理器（106)的輸入輸出通道IO 4和無線通訊模塊（109)的復位引腳相連。
4. 根據權利要求1所述的基於三級喚醒機制的煤礦巷道應變數據採集方法，其特徵 是，步驟5. 2中採樣模塊供電控制電路（107)採用如下方法： 步驟5. 2. 1 :利用三極體的放大作用增強驅動能力，採用NPN三極體驅動PMOS場效應 管； 步驟5. 2. 2 :利用PMOS管的開關特性，採用PMOS場效應管作為電源通斷開關； 步驟5. 2. 3 :三極體的基極輸入電壓Ui, Ui通過一個電阻連接到三極體的基極，三極體 的發射極接地，三極體的集電極通過一個電阻連接到PMOS管的柵極，PMOS管的源極接電源 VCC，PMOS管的漏極接採樣模塊的電源正極； 步驟5. 2. 4 :當Ui為低電壓時，由於基極沒有電流，三極體集電極和發射極未導通，三 極管的集電極為電源電壓高電壓，所以PMOS管源極和漏極未導通，採樣模塊沒有電流，相 當於採樣模塊電源斷開； 步驟5. 2. 5 :當Ui為高電壓時，由於有基極有電流流動，三極體集電極和發射極導通， 三極體的集電極為低電壓，所以PMOS管源極和漏極導通，採樣模塊有電流，相當於採樣模 塊電源通電。
5. 根據權利要求1所述的基於三級喚醒機制的煤礦巷道應變數據採集方法，其特徵 是，步驟3. 1中紅外信號轉換電路採用如下方法： 步驟3. I. 1 :紅外信號發送到光敏二極體D上，光敏二極體D導通； 步驟3. 1. 2 :光敏二極體D導通後使得三極體Ql門極電平變為高電平，三極體Ql導通， 進行信號一級放大； 步驟3. 1. 3 :三極體Ql導通後，使得三極體Q2門極為高電平，三極體Q2導通，進行信 號二級放大； 步驟3. 1. 4 :三極體Q2集電極的電平作為施密特觸發器的輸入，通過施密特觸發器的 電平穩定，輸出標準的CMOS電平信號。
【文檔編號】G06F17/40GK104268301SQ201410514416
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月29日 優先權日:2014年9月29日
【發明者】黃永明, 虞金花, 章國寶, 張露, 吳奧 申請人:東南大學