煤矿井下TD无线数据采集终端的设计 数据采集, 煤矿井下, 无线, 而且, 煤炭

关键字：串口通信   AT指令   LC6311(+)   TD-SCDMA
我国煤炭主要依靠井下开采，而且高瓦斯矿井多，瓦斯泄漏、透水事故多发。因此，快速、准确地监测井下瓦斯浓度、矿井压力等信息，并把这些物理信息控制在安全范围内，是避免矿井事故的有效手段。随着无线通信技术的发展及其成熟运用，应国家对煤炭产业安全化、信息化的要求，无线通信技术在矿井中得到广泛运用。为对井下环境、人员健康和安全状况等大量信息进行监测并及时报警，文中设计了一种适合煤矿井下无线通信网络的信息采集系统，可以手持或挂于巷壁。该系统硬件采用联芯科技的TD终端LC6311(+)作为无线传输平台，以低功耗著称的MSP430单片机作为主控单元，给出了系统的软硬件设计方案，外部接口丰富，配置简单，可以很好地与外部传感器或传输模块互连。
1 系统架构

系统整体结构如图1所示，该煤炭专用网络集成了公网通信的主体功能，相当于小型化TD-SCDMA无线通信系统，支持实时语音、数据传输以及实时调度等，还可实现煤矿信息共享，远程数据查询等功能。系统中井下基站为本质安全型设计，井下设备全部采用光缆连接，不涉及任何电信号-安全可靠，不会有打火的危险。井下采集数据通过综合接入控制设备连接至地面控制平台，也可以连接PSTN或者移动网络，实现信息的远距离交互。TD-SCDMA煤炭专网的覆盖，可同时解决煤矿井上、井下的通信调度问题，达到纵向调度灵活可靠，矿区内外通信畅通无阻，不仅能满足日常安全生产的通信需要，而且能够保证在自然灾害和矿井事故发生时进行应急指挥通信，从而有效降低人员伤亡与财产损失。




利用TD-SCDMA网络高速的Internet接入，选择采集终端设备与基站间采用TD无线网络结合Internet的组网方案。基站连接Internet网络，终端设备登录TD-SCDMA网络建立与基站之间的连接。TD-SCDMA无线应用的组网方式有多种，在实际应用中可以使用公网固定IP、动态域名解析、APN专线接入等方案。

2 矿用采集终端的硬件设计

矿用数据采集终端由以下3部分组成：主处理单元、TD无线传输单元和传感器接口单元，如2图所示。




2．1 TD无线传输单元LC6311(+)

联芯科技的LC6311(+)模块，是一款TD-SCDMA&GSM(GPRS)双模无线模块，支持TD-SCDMA与GSM系统间跨网自动无缝切换，通过配置可以设置TD-SCDMA模式。在TD制式下，支持上下行非对称数据传输能力，上下行数据传输速率可分别达384 kbit·s-1；支持UART和USB两种通信接口，使用更为方便灵活，可以满足不同主控设备的需求；采用2．9 mm装配高度的超薄设计，使其可以方便应用于智能手机和各类数据卡中；内部集成TCP／IP协议，可以方便连接Internet。

TD无线传输单元的主要功能：为数据采集系统提供无线传输通道，将采集的数据信息传输至地面控制平台，接收地面控制中心发送的相关指令，转发给主处理单元。

2．2 硬件接口设计

采集终端选择MSP430F149作为主处理单元，MSP430系列单片机以超低功耗著称，同时，将大量的外围模块整合到片内，接口丰富，可很好地与外部传感器或传输模块互连。单片机与TD模块(LC6311(+))的硬件接口电路如图3所示。