基于单片机及射频器设备的井下坐标系统建立

摘 要：应用STCIAP15W4K61S4单片机、RD2.4GD 定向远距离读卡器及LED电子显示板建立一种井下自动定位系统。实验表明：按照设计完成系统组建后，人们在井下可以通过自己手中LED电子显示板清楚看出自己所在位置，对于煤矿安全生产具有重要意义。

关键词：单片机；射频器；井下坐标建；立及定位

1 引言

随着社会生活节奏的加快，人们也开始注重生产安全及效率的提高。而对于采煤工人而言，在井下拥有一个显示自己准确位置的系统用以确定工作面、采空区、各个巷道的精确位置对于提高工作效率，增加采煤工作安全性具有重要意义。目前的联系测量方法都是以平面测量与高程测量两部分为基础，相比于这些方法，本方法具有多重指数的立体显示，直观方便；全部依靠智能系统，精确有效。

2 坐标系统硬件设计

2.1 单片机

系统单片机采用深圳宏晶科技的STCIAP15W4K61S4，它具有低功耗、高速和抗干扰强的优点，指令代码完全兼容传统的8051单片机，管脚也和AT89C（S）51/52兼容，而且在此基础上增加了其他功能。

2.2 RD2.4GD 定向远距离读卡器

系统所用读卡器具有如下特点：标签识别速度快且为分时顺序发送；标签读取能力强等优点。

读卡器通讯设置： 波特率115200， 8位数据位， 1位停止位， 无校验.

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

1 起始码 0x01固定字符

2-3 地址码 0x01值范围1-255分为 2字节ASCII码发送

4-13 卡 号 001234ABCD值范围0x00 - 0XFFFFFFFFFF分为10字节ASCII码发送

14-15 和校验 0xBF值范围0x00-0xFF地址与卡号的和和校验分为2字节ASCII码发送

16-17 结束码0x02 固定字符

读卡器接线说明：

2.2.1读卡器精度调校

由于读卡器是采用旋钮调节信号接收范围，并无固定刻度或者信号接收范围的显示，于是笔者进行了RD2.4GD定向远距离读卡器的范围参数与旋钮偏转度数的实验。表格如下

由于井下环境多变，更远的距离定位就显的无意义了。所以实验只做到定位范围20m。

综上，由于实验条件和实验精度的限制，卡片识别位置随着距离而变化，很难找到精确的临界值，以及部分卡片电池储量难以估计，所以难以精确测量范围，以上实验数据仅用做参考。

显然，实验数据非线性。难以用线性来拟合。且井下条件特殊，射频范围难以动态变化，来提高定位精度。所以我们固定测量范围，另外，距离越近，误差越大。初值定位120度偏转角，这样，产生的测量误差在可接受的范围。

3 坐标系统实现过程

当卡片靠近射频器一定范围内时，卡片自动发出电信号被射频器捕捉，引发射频器向单片机传出数据，单片机通过判断输入数据类型来判断是否将读卡器所在位置点显示在LED电子显示板上，从而使人们得以知晓自己所在位置，完成井下坐标系统的建立及定位。

单片机与RD2.4GD通过R485链接的原理图：

由上述原理，链接实验仪器。

3.1 射频数据发送及单片机接收

射频器有数据发送时，通过时序把要接收的地址和发送的数据传输给单片机，传输效率根据通信协议和器件配置来确定。通过置高单片机相应引脚来是单片机进入接收状态，当引脚便为低电平，接收完成并进行待机。

3.2 单片机显示

在接受数据完成后，通过中断程序，刷新屏幕显示，将相应位置的像素点点亮来实现井下坐标位置的显示，供工作人员参考。

4 结束语

应用单片机，读卡器及LED电子显示板等装置组建井下坐标定位系统并完成定位，多次试验证明：在卡片靠近读卡器一定距离范围内，读卡器能够有效识别卡片信息并触发内部存储程序，从而在LED电子显示板上显示出卡片所在位置，实现井下定位功能。通过调节旋转调节器，可以使系统工作有效距离在0-50米范围。具有较高安全性和可靠性，对于确定工作面、采空区、各个巷道的精确位置从而提高工作效率，增加采煤工作安全性具有重要意义。

参考文献

[1] 宏晶科技.EasySTC15W开发板原理图+系列单片机器件手册[DB/OL].http：///datasheet/etc/STC.pdf，2010-12-01

[2] 崔政委 ，汪焰恩.基于单片机和nRF905SE的无线射频收发模块的系统设计.机械与电子，2011，（6），19-22.