基于三級(jí)喚醒機(jī)制的煤礦巷道應(yīng)變數(shù)據(jù)采集方法及裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】基于三級(jí)喚醒機(jī)制的煤礦巷道應(yīng)變數(shù)據(jù)采集方法及裝置。三級(jí)喚醒機(jī)制包括通過(guò)自適應(yīng)RTC定時(shí)器喚醒方法完成定時(shí)數(shù)據(jù)采集，根據(jù)采集的巷道應(yīng)變數(shù)據(jù)波動(dòng)情況自適應(yīng)調(diào)節(jié)RTC定時(shí)采集時(shí)間，這樣就能在不失真的采集煤礦巷道應(yīng)變突變數(shù)據(jù)的情況下降低CPU的工作頻率，降低整體功耗，提高存儲(chǔ)效率，同時(shí)煤礦下的巡邏員可通過(guò)采集按鍵喚醒方法完成即時(shí)數(shù)據(jù)采集，工作人員通過(guò)紅外信號(hào)喚醒方法完成采集數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸，使用手持終端查看巷道歷史應(yīng)變數(shù)據(jù)更加便捷，這三級(jí)喚醒機(jī)制降低了數(shù)據(jù)采集裝置的功耗，同時(shí)符合煤礦下的巡邏檢查機(jī)制。
【專(zhuān)利說(shuō)明】基于三級(jí)喚醒機(jī)制的煤礦巷道應(yīng)變數(shù)據(jù)采集方法及裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明專(zhuān)利涉及一種基于三級(jí)喚醒機(jī)制的煤礦巷道應(yīng)變數(shù)據(jù)采集方法及裝置，尤 其涉及到一種數(shù)據(jù)采集裝置，屬于測(cè)控和自動(dòng)化【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 應(yīng)變數(shù)據(jù)采集裝置是一種能夠煤礦巷道中進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、自動(dòng)存儲(chǔ)記錄、信 號(hào)預(yù)處理、即時(shí)顯示、即時(shí)狀態(tài)分析、自動(dòng)傳輸?shù)裙δ艿淖詣?dòng)化設(shè)備。
[0003] 當(dāng)前，煤礦巷道中的應(yīng)變數(shù)據(jù)采集裝置通常使用電池作為供電設(shè)備，但是電池的 使用壽命有限，并且工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)更換電池困難，所以如何降低系統(tǒng)功耗來(lái)延長(zhǎng)電池的使用壽 命很重要。
[0004] 隨著無(wú)線技術(shù)的發(fā)展，無(wú)線通信模塊廣泛應(yīng)用于應(yīng)變數(shù)據(jù)采集裝置中，這給數(shù)據(jù) 采集提供了很大的便利，例如移動(dòng)方便，工作范圍廣，操作簡(jiǎn)單等等，但是伴隨的一個(gè)缺點(diǎn) 是應(yīng)變采集裝置功率消耗更大，如今，功率消耗已經(jīng)成為設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采樣裝置的一項(xiàng)重要指 標(biāo)。
[0005] 傳統(tǒng)的應(yīng)變數(shù)據(jù)采集裝置中處理器處于連續(xù)工作狀態(tài)，功耗大，應(yīng)變數(shù)據(jù)采集裝 置使用壽命短，有些數(shù)據(jù)采集裝置通過(guò)增大電池容量來(lái)延長(zhǎng)使用壽命，但同時(shí)也會(huì)增加數(shù) 據(jù)采集裝置的體積，并且提高了成本，現(xiàn)在更多的降低功耗的方法是通過(guò)對(duì)處理器進(jìn)行固 定時(shí)間的模式切換，在連續(xù)工作和間歇工作之間切換來(lái)達(dá)到降低功耗的目的，但是這種方 法在實(shí)際工業(yè)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集時(shí)存在很大的弊端，比如煤礦巡邏人員到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采 集，必須等到處理器出于工作模式下，不能進(jìn)行即時(shí)采集，嚴(yán)重影響了工作效率。本文提出 一種基于三級(jí)喚醒機(jī)制的低功耗煤礦巷道應(yīng)變數(shù)據(jù)采集方法及裝置，更大程度降低了功 耗，提高了工作效率，使得數(shù)據(jù)采集裝置能在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)期有效工作。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明解決的問(wèn)題是：為了克服煤礦巷道應(yīng)變數(shù)據(jù)采集裝置由于功率功耗太大而 影響裝置性能的缺點(diǎn)，結(jié)合以上背景和需求，本發(fā)明提供一種基于三級(jí)喚醒機(jī)制的煤礦巷 道應(yīng)變數(shù)據(jù)采集方法及裝置，三級(jí)喚醒機(jī)制包括通過(guò)自適應(yīng)RTC定時(shí)器喚醒方法完成定時(shí) 數(shù)據(jù)采集，能根據(jù)實(shí)際巷道的應(yīng)變情況自動(dòng)調(diào)節(jié)采集時(shí)間密度，保證應(yīng)變數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性并 能提前預(yù)警，巡邏人員通過(guò)采集按鍵喚醒方法完成即時(shí)數(shù)據(jù)采集，通過(guò)紅外信號(hào)喚醒方法 完成采集數(shù)據(jù)傳輸，三級(jí)喚醒機(jī)制通過(guò)不同的優(yōu)先級(jí)來(lái)選擇不同的工作流程，這能夠降低 數(shù)據(jù)采集裝置的功耗，并且提高巷道應(yīng)變數(shù)據(jù)采集工作效率。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：
[0008] 1、一種基于三級(jí)喚醒機(jī)制的煤礦巷道應(yīng)變數(shù)據(jù)采集方法，其特征在于，包括以下 步驟：
[0009] 步驟1 :數(shù)據(jù)采集裝置初始化。將手持終端（104)，中央處理器（106)，采樣模塊 (108)，無(wú)線通訊模塊（109)都設(shè)置為休眠模式，將紅外接收器（103)設(shè)置為接收模式；
[0010] 步驟2 :確定當(dāng)前RTC定時(shí)采樣間隔時(shí)間。首先根據(jù)第i個(gè)應(yīng)變片的N次歷史應(yīng) 變數(shù)據(jù)計(jì)算平均應(yīng)變

【權(quán)利要求】
1. 一種基于三級(jí)喚醒機(jī)制的煤礦巷道應(yīng)變數(shù)據(jù)采集方法，其特征在于，包括以下步 驟： 步驟1 :數(shù)據(jù)采集裝置初始化。將手持終端（104)，中央處理器（106)，采樣模塊（108)， 無(wú)線通訊模塊（109)都設(shè)置為休眠模式，將紅外接收器（103)設(shè)置為接收模式； 步驟2 :確定當(dāng)前RTC定時(shí)采樣間隔時(shí)間。首先根據(jù)第i個(gè)應(yīng)變片的最近的N次歷史應(yīng) 變數(shù)據(jù)計(jì)算平均應(yīng)5
，其中應(yīng)變的單位為um，然后分別計(jì)算M個(gè)應(yīng)變片的N次 歷史應(yīng)變數(shù)據(jù)的方差
計(jì)算所有應(yīng)變片的方差的最大 值 S2niax = max (S12, S22……SM2}，建立方差門(mén)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(shí)采樣間隔時(shí)間（T1 = 1小時(shí)，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 鐘，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(duì)應(yīng)關(guān)系表，具體對(duì)應(yīng)關(guān)系為：
f(D)表示方差門(mén)限值和RTC定時(shí)采樣間隔時(shí)間對(duì)應(yīng)關(guān)系函數(shù)，D是函數(shù)變量，表示實(shí)際 計(jì)算得到的應(yīng)變方差。將#_作為函數(shù)f(D)的變量，即D = S2maxR入公式（1)得出當(dāng)前 的RTC定時(shí)采樣間隔時(shí)間T=f(S2max); 步驟3 :中央處理器（106)讀取喚醒信號(hào)： 步驟3. I :RTC定時(shí)器（101)計(jì)時(shí)到時(shí)間T后產(chǎn)生一個(gè)低電平定時(shí)采集信號(hào)P1，采集按 鍵（102)按下時(shí)產(chǎn)生一個(gè)低電平按鍵采集信號(hào)P2，紅外接收器（103)接收到手持終端（104) 發(fā)出的紅外信號(hào)后，通過(guò)紅外信號(hào)轉(zhuǎn)換電路產(chǎn)生一個(gè)低電平數(shù)據(jù)傳輸信號(hào)P 3 ; 步驟3. 2 JpPyP3信號(hào)作為與門(mén)電路（103)的輸入信號(hào)，與門(mén)電路（103)輸出一個(gè)低 電平喚醒信號(hào)W1送至中央處理器（106)的外部中斷引腳，在中斷信號(hào)作用下，中央處理器 (106)從休眠模式轉(zhuǎn)換為正常工作模式； 步驟4 =P^PyP3信號(hào)同時(shí)分別連接到中央處理器（106)的輸入輸出端口 IO1JO2JO3, 其中，P1與IO1相連，P2與IO2相連，P 3與IO3相連。當(dāng)中央處理器（106)被喚醒后正常工 作時(shí)，說(shuō)明中央處理器（106)有收到喚醒信號(hào)。首先中央處理器（106)讀IO 1端口，如果IOi 讀取到低電平信號(hào)，說(shuō)明喚醒信號(hào)是由定時(shí)采集信號(hào)P1產(chǎn)生，則進(jìn)入步驟5 ;如果IO1沒(méi)有 讀取到低電平信號(hào)，中央處理器（106)讀IO2端口，如果IO 2讀取到低電平信號(hào)，說(shuō)明喚醒信 號(hào)是由按鍵采集信號(hào)P2產(chǎn)生，則進(jìn)入步驟5 ;如果IO2端口也沒(méi)有讀取到低電平信號(hào)，中央 處理器（106)讀IO3端口，如果IO 3讀取到低電平信號(hào)，說(shuō)明喚醒信號(hào)是由數(shù)據(jù)傳輸信號(hào)P3 產(chǎn)生，進(jìn)入步驟6 ; 步驟5:中央處理器（106)喚醒采樣模塊供電控制電路，進(jìn)入數(shù)據(jù)采集中斷服務(wù)子程 序： 步驟5. 1 :中央處理器（106)通過(guò)輸入輸出通道IO4向采樣模塊供電控制電路（107)輸 出一個(gè)高電平信號(hào)LS1 ; 步驟5. 2 :采樣模塊供電控制電路（107)工作，向采樣模塊（108)供電； 步驟5.3 :采樣模塊（108)接通電源后進(jìn)行初始化，初始化完成后開(kāi)始正常工作，進(jìn)行 數(shù)據(jù)采樣； 步驟5. 4 :采樣模塊（108)控制A/D芯片進(jìn)行采樣和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換； 步驟5. 5 :采樣模塊（108)將轉(zhuǎn)換后的采樣數(shù)據(jù)通過(guò)串行總線RS485發(fā)送給中央處理 器（106); 步驟5.6 :中央處理器（106)接收到采樣數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)以循環(huán)隊(duì)列的形式存儲(chǔ)在存儲(chǔ) 器中； 步驟5.7 :中央處理器（106)延時(shí)5s后，通過(guò)輸入輸出通道IO4向采樣模塊供電控制電 路（107)輸出一個(gè)低電平信號(hào)控制采樣模塊斷電，中央處理器（106)設(shè)置為休眠模式； 步驟5. 8 :采樣結(jié)束，進(jìn)入步驟2 ; 步驟6 :中央處理器（106)喚醒無(wú)線通訊模塊（109)，進(jìn)入數(shù)據(jù)傳輸中斷服務(wù)子程序： 步驟6. 1 :中央處理器（106)通過(guò)輸入輸出通道IO5向無(wú)線通訊模塊（109)復(fù)位引腳輸 出一個(gè)低電平信號(hào)LS 2，無(wú)線模塊開(kāi)始工作； 步驟6. 2 :中央處理器（106)讀取存儲(chǔ)器中存放的采樣模塊（108)采集的數(shù)據(jù)，放入隊(duì) 列中； 步驟6. 3 :通過(guò)無(wú)線傳輸，中央處理器（106)將隊(duì)列中的采樣數(shù)據(jù)依次傳輸給無(wú)線通訊 模塊（109)，存儲(chǔ)在無(wú)線通訊模塊（109)的存儲(chǔ)器中，傳輸完成后，將中央處理器（106)存儲(chǔ) 器中已傳輸給無(wú)線通訊模塊（109)的數(shù)據(jù)刪除； 步驟6. 4 :采樣數(shù)據(jù)傳輸完畢，中央處理器（106)延時(shí)5s后設(shè)置為休眠模式； 步驟6. 5:無(wú)線通訊模塊（109)將存儲(chǔ)器中的采樣數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線傳輸給手持終端 (104) ； 步驟6. 6 :無(wú)線通訊模塊（109)延時(shí)5s后設(shè)置為休眠模式； 步驟6. 7 :數(shù)據(jù)傳輸流程結(jié)束，進(jìn)入步驟2。
2.根據(jù)權(quán)利要求書(shū)1所述的數(shù)據(jù)采集裝置，該裝置主要包括：RTC定時(shí)器（101)、采集 按鍵（102)、紅外接收器（103)、手持終端（104)、與門(mén)電路（105)、中央處理器（106)、采樣模 塊供電控制電路（107)、采樣模塊（108)、無(wú)線通訊模塊（109)。所述RTC定時(shí)器（101)采用 定時(shí)器進(jìn)行計(jì)時(shí)，定時(shí)器在達(dá)到設(shè)定計(jì)數(shù)時(shí)間后產(chǎn)生一個(gè)低電平脈沖的中斷信號(hào)；所述采 集按鍵（102)是當(dāng)該按鍵按下時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)低電平信號(hào)；所述紅外接收器（103)用于接收紅 外信號(hào)，當(dāng)收到紅外信號(hào)時(shí)，通過(guò)紅外信號(hào)轉(zhuǎn)換電路產(chǎn)生一個(gè)低電平的脈沖信號(hào)；所述手持 終端（104)用來(lái)發(fā)送紅外信號(hào)給紅外接收器（103)，并且進(jìn)行采樣數(shù)據(jù)傳輸；所述與門(mén)電路 (105) 采用74HC11芯片，是對(duì)RTC定時(shí)器（101)、采集按鍵（102)和紅外接收器（103)產(chǎn)生 的信號(hào)進(jìn)行"與"操作，輸出信號(hào)作為中央處理器（106)喚醒信號(hào)；所述中央處理器（106) 采用STM32芯片，管理信號(hào)的接收與發(fā)送，以及數(shù)據(jù)的傳輸與存儲(chǔ)；所述采樣模塊供電控制 電路（107)通過(guò)輸入輸出通道的信號(hào)控制采樣模塊電源的通斷；所述采樣模塊（108)包括 采樣芯片和A/D轉(zhuǎn)換芯片以及RS485通信接口，用于數(shù)據(jù)的采集；所述無(wú)線通訊模塊（109) 采用FZB5300型號(hào)的zigbee模塊，用于實(shí)現(xiàn)和手持終端（104)以及和中央處理器（106)之 間無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸功能。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于，所述RTC定時(shí)器（101)輸出端和 與門(mén)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；所述采集按鍵 (102)輸出端和與門(mén)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(dāng)接收到手持終端（104)發(fā)出的紅外信號(hào)時(shí)，經(jīng)過(guò)紅外信號(hào)轉(zhuǎn)換電 路，紅外信號(hào)轉(zhuǎn)換電路的輸出端和與門(mén)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(mén)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和采樣模塊供電控制電路（107)控制端相 連；所述采樣模塊供電控制電路（107)的輸出和采樣模塊（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(wú)線通訊模塊（109)的復(fù)位引腳相連。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于三級(jí)喚醒機(jī)制的煤礦巷道應(yīng)變數(shù)據(jù)采集方法，其特征 是，步驟5. 2中采樣模塊供電控制電路（107)采用如下方法： 步驟5. 2. 1 :利用三極管的放大作用增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力，采用NPN三極管驅(qū)動(dòng)PMOS場(chǎng)效應(yīng) 管； 步驟5. 2. 2 :利用PMOS管的開(kāi)關(guān)特性，采用PMOS場(chǎng)效應(yīng)管作為電源通斷開(kāi)關(guān)； 步驟5. 2. 3 :三極管的基極輸入電壓Ui, Ui通過(guò)一個(gè)電阻連接到三極管的基極，三極管 的發(fā)射極接地，三極管的集電極通過(guò)一個(gè)電阻連接到PMOS管的柵極，PMOS管的源極接電源 VCC，PMOS管的漏極接采樣模塊的電源正極； 步驟5. 2. 4 :當(dāng)Ui為低電壓時(shí)，由于基極沒(méi)有電流，三極管集電極和發(fā)射極未導(dǎo)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(dǎo)通，采樣模塊沒(méi)有電流，相 當(dāng)于采樣模塊電源斷開(kāi)； 步驟5. 2. 5 :當(dāng)Ui為高電壓時(shí)，由于有基極有電流流動(dòng)，三極管集電極和發(fā)射極導(dǎo)通， 三極管的集電極為低電壓，所以PMOS管源極和漏極導(dǎo)通，采樣模塊有電流，相當(dāng)于采樣模 塊電源通電。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于三級(jí)喚醒機(jī)制的煤礦巷道應(yīng)變數(shù)據(jù)采集方法，其特征 是，步驟3. 1中紅外信號(hào)轉(zhuǎn)換電路采用如下方法： 步驟3. I. 1 :紅外信號(hào)發(fā)送到光敏二極管D上，光敏二極管D導(dǎo)通； 步驟3. 1. 2 :光敏二極管D導(dǎo)通后使得三極管Ql門(mén)極電平變?yōu)楦唠娖?，三極管Ql導(dǎo)通， 進(jìn)行信號(hào)一級(jí)放大； 步驟3. 1. 3 :三極管Ql導(dǎo)通后，使得三極管Q2門(mén)極為高電平，三極管Q2導(dǎo)通，進(jìn)行信 號(hào)二級(jí)放大； 步驟3. 1. 4 :三極管Q2集電極的電平作為施密特觸發(fā)器的輸入，通過(guò)施密特觸發(fā)器的 電平穩(wěn)定，輸出標(biāo)準(zhǔn)的CMOS電平信號(hào)。
【文檔編號(hào)】G06F17/40GK104268301SQ201410514416
【公開(kāi)日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月29日
【發(fā)明者】黃永明, 虞金花, 章國(guó)寶, 張露, 吳奧 申請(qǐng)人:東南大學(xué)