基于單片機及射頻器設備的井下坐標系統建立

郝雪弟+盧修遠+任禹+宋晉韜+趙體豪+蔡靖

摘 要：應用STCIAP15W4K61S4單片機、RD2.4GD 定向遠距離讀卡器及LED電子顯示板建立一種井下自動定位系統。實驗表明：按照設計完成系統組建后，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，對于煤礦安全生產具有重要意義。

關鍵詞：單片機；射頻器；井下坐標建；立及定位

1 引言

隨著社會生活節奏的加快，人們也開始注重生產安全及效率的提高。而對于采煤工人而言，在井下擁有一個顯示自己準確位置的系統用以確定工作面、采空區、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。目前的聯系測量方法都是以平面測量與高程測量兩部分為基礎，相比于這些方法，本方法具有多重指數的立體顯示，直觀方便；全部依靠智能系統，精確有效。

2 坐標系統硬件設計

2.1 單片機

系統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點，指令代碼完全兼容傳統的8051單片機，管腳也和AT89C（S）51/52兼容，而且在此基礎上增加了其他功能。

2.2 RD2.4GD 定向遠距離讀卡器

系統所用讀卡器具有如下特點：標簽識別速度快且為分時順序發送；標簽讀取能力強等優點。

讀卡器通訊設置： 波特率115200， 8位數據位， 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ASCII碼發送

4-13 卡 號 001234ABCD值范圍0x00 - 0XFFFFFFFFFF分為10字節ASCII碼發送

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ASCII碼發送

16-17 結束碼0x02 固定字符

讀卡器接線說明：

2.2.1讀卡器精度調校

由于讀卡器是采用旋鈕調節信號接收范圍，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定向遠距離讀卡器的范圍參數與旋鈕偏轉度數的實驗。表格如下

由于井下環境多變，更遠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，以上實驗數據僅用做參考。

顯然，實驗數據非線性。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度偏轉角，這樣，產生的測量誤差在可接受的范圍。

3 坐標系統實現過程

當卡片靠近射頻器一定范圍內時，卡片自動發出電信號被射頻器捕捉，引發射頻器向單片機傳出數據，單片機通過判斷輸入數據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，完成井下坐標系統的建立及定位。

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 射頻數據發送及單片機接收

射頻器有數據發送時，通過時序把要接收的地址和發送的數據傳輸給單片機，傳輸效率根據通信協議和器件配置來確定。通過置高單片機相應引腳來是單片機進入接收狀態，當引腳便為低電平，接收完成并進行待機。

3.2 單片機顯示

在接受數據完成后，通過中斷程序，刷新屏幕顯示，將相應位置的像素點點亮來實現井下坐標位置的顯示，供工作人員參考。

4 結束語

應用單片機，讀卡器及LED電子顯示板等裝置組建井下坐標定位系統并完成定位，多次試驗證明：在卡片靠近讀卡器一定距離范圍內，讀卡器能夠有效識別卡片信息并觸發內部存儲程序，從而在LED電子顯示板上顯示出卡片所在位置，實現井下定位功能。通過調節旋轉調節器，可以使系統工作有效距離在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、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的無線射頻收發模塊的系統設計.機械與電子，2011，（6），19-22.