模块安卓4

1煤矿阀门类产品用无线模块选型袁酉亮*天地常州自动化股份有限公司,江苏213015摘要:随着我公司阀门应用范围的不断延伸,需求不断地扩展,在阀门设计之初存在的功能性不足也逐渐暴露,其中经常遇到的我们所缺少的一个功能就是无线通信.
本文通过分析煤矿阀门类产品用无线模块选型,以期满足阀门应用范围的拓展需求.
关键词:煤矿阀门;无线模块;选型一、需求分析无线通信与有线通信相比,最大的优势在于设备布线方便,不需要另加通信电缆.
但缺点也很明显,就是井下受干扰比较严重,可靠性要远弱于有线通信,因此井下无线通信很少用来做自动化中的控制主干网.
一般在数据采集、人员定位等可靠性要求较弱的场合或移动设备上进行应用.
无线用于我部门相关产品时分为三个应用场合:(一)用于井下工作面尘源跟踪:与DFH20/10配套,主要用于在架间传递红外发射器的位置信息和各个阀门的状态;(二)用于大巷降尘的传感器数据向阀门或其他集控设备进行传输:如GRH7的人员探测的信号、GUJ30中的触控信号以及后继的流量、压力等信号;(三)与智能手机连接,用于设备的状态查看和参数设置.
二、应用场景分析(一)井下工作面尘源跟踪:采煤机尘源跟踪喷雾降尘系统主要由显示用主控制箱(ZP127-Z(A))、红外发射器、红外接收器、DFH20、电源电缆、通讯电缆、供水管路(高压胶管)、喷嘴及其他必要设备组成.
系统基本功能应包括:喷雾参数设定功能,可以设置喷雾数量、范围等;无线及有线通讯传输功能;参数存储、显示、指示及故障自诊断功能;以及环境参数采集功能(如可采集粉尘浓度);采煤机位置信息监测;跟踪及喷雾控制功能,执行设定的喷雾参数.
如果为减少工作面的线缆连接,提高安装便捷和可维护性,主控箱与DFH20之间需要通过无线方式进行数据传输,而DFH20的电源由所在支架的矿灯电源或后备电池供电.
无线传输方式:在尘源跟踪无线通信过程中,由于工作面狭长,金属障碍物多,无线节点呈线性排列,相邻之间距离10m左右,无线节点数量多(一般数量在30~120个),无线模块不可能从机尾直接将信号发送到机头.
为提高通信效率,减少吞吐量,系统将采用逐级递传(如图1)、广播发送(如图2)、跳跃传递(如图3)和红外发射器转发(如图4)等方式相结合的模式进行传输数据.
*通讯作者:袁酉亮,1981年9月,男,汉族,江苏常州人,现任天地常州自动化股份有限公司研发人员,中级工程师,硕士.
研究方向:矿井自动化,无线通信.
2图1数据逐级递传模式图2数据广播模式图3数据跳跃传递模式图4红外发射器转发模式由此看出,无线模块应用到尘源跟踪时,需要满足如下几个条件:①低功耗:静态电流小于10mA②多跳点(100个以上)③传输距离不小于20m.
(二)井下大巷阀门用(数据采集):大巷主要有喷雾降尘系统和ZJK系列阀门,喷雾降尘系统主要由喷雾降尘主控制箱(ZP127-Z(A)或DFH20)、红外收发器或红外热释或震动传感器及其他必要设备组成;ZJK系列阀门以单设备或执行装置为主.

系统基本功能应包括:喷雾参数设定功能,可以设置喷雾时间等;无线及有线通讯传输功能;参数存储、显示、指示及故障自诊断功能;以及环境参数采集功能(如可采集粉尘浓度).
如果为减少大巷喷雾降尘系统线缆连接,一般由电池供电的DFH20和电池供电的红外收发器或红外热释或震动传感器组成,DFH20和传感器之间采用无线连接方式且有较小的无线上传的应用.

无线传输方式:在大巷喷雾降尘系统中,煤矿井下移动通信环境主要以巷道为主.
井下巷道具有弯道、分支并且是纵向延伸的.

3一般无线收发均在巷道的可视范围内进行,距离受巷道直线部分的长度和无线功率限制,以及目前设备的应用范围,一般不超过200m,可采用星形连接方式(如图5).
如果需要在大巷支路处架设则需要无线中继(如图6).

阀门服务器模式GRH7客户端模式GUJ30客户端模式图5星形连接阀门服务器模式GRH7客户端模式GUJ30客户端模式GRH7无线中继障碍物图6无线中继方式连接由此看出,无线模块应用到大巷时,需要满足如下几个条件:①低功耗:静态电流小于10mA②多跳点(3个以上)③传输距离不小于50m.
④兼容本公司其他无线设备.
(三)参数设置设备的参数可通过无线通道进行设置,用于设置参数的设备一般为矿用手机,运行安卓系统,安卓系统的手机最常用的无线连接方式是蓝牙或Wi-Fi.
三、无线频率的选择(一)井下工作面尘源跟踪:尘源跟踪所需要的是多点接力传输的无线模块,组成的网络为链状网,地面多用于路灯等无线控制.
其中除首尾两个无线模块外,链路中的每个模块都相当于一个路由器,每个无线模块不仅自己产生数据,还要需要作为路由器转发其他设备的数据[1].
参考《煤矿工作面无线信号耦合规律分析》,我们获得无线模块的布局和距离等参数如下表1:4表1无线模块的布局和距离等参数其中符合上表的433MHz和2.
4G两个频段的无线模块市场上都有出售,常见的Wi-Fi和ZIgbee协议也都带有多节点转发功能,但是对应的模块或协议都限制了数据转发的深度(就是数据层层转发次数),我们依据这个有如下几个无线方案备选:1.
如果采用Wi-Fi协议,转发次数(节点深度)最大为5,不满足我们的传输要求,排除.

2.
采用Zigbee协议,目前市场上可直接采购到的模块路由节点深度最大为22,Zigbee协议深度可按我们的要求定制,但目前不知能否达到120.
3.
采用自定义协议,自己设计转发,优势在于协议完全由自己掌握,路由深度不受限制,缺点是需要一段时间的调试和稳定期.
4.
目前市场上用于短距离通信较为常见的为433和2.
4G两个频段,根据调研结果,井下工作面这两个频段都有应用经验,其中2.
4G频段应用较多.
以下表2为两个频段的优劣对比表.
从表中可以看出,2.
4G和433MHz各有优劣,但2.
4G的频段应用比较符合我部门目前的使用要求,另外公司实际的应用中2.
4G的应用比较广泛.
表2两个频段的优劣对比表5结论:井下工作面尘源跟踪尽量采用2.
4G频段模块,如果2.
4G的Zigbee模块不能满足我公司应用要求则选择2.
4G的透传模块NRF2401来实现,转发协议需要自定义.
(二)井下大巷降尘(数据采集):井下大巷降尘主要采用星形组网模式,一般当作为控制器时用于对传感器的数据采集,无线模块需处于服务端模式,当作为传感器用于数据上传或受控时,无线模块处于客户端模式[2].
当作为路由节点转发数据(中继)时,无线模块既处于客户端模式又处于服务端(AP)模式.
我们依据这些要求有如下表3几个无线方案备选:表3无线方案备选频段中继功能网络实现难度接入公司无线主传输网络ZigBee2.
4G是易否蓝牙否易否Wi-Fi是易是NRF模块是(自定义协议)难否LoRa及其他433MHz模块433MHz是(自定义协议)难否由于井下大巷大部分为近似为直线矩形,利用巷道模式理论对井下无线电波传播的影响因素分析.
在矩形空直巷道中,随着频率的增加,电波的衰减率将减小,巷道壁粗糙情况下同样如此(参见《煤矿井下有限空间无线电波传播特性研究》),因此应采用较高的频率在大巷进行无线传输,考虑到网络实现的容易程度和网络兼容性,建议采用2.
4G的Wi-Fi进行组网.
以下表4为模拟矿井巷道作为测试地点,该巷道总长度约300m,巷道宽约10m,高约4m,相对实际的矿井巷道,巷道较平直.
测试前在巷道每20m标定一个测试点,然后组建系统进行的测试.
表4模拟矿井巷道测试地点结论:井下大巷降尘或数据无线上传可采用2.
4G频段Wi-Fi模块.
(三)与智能手机连接,用于设备的状态查看和参数设置与智能手机连接主要采用点对点模式,手机作为客户端,而无线模块需处于服务端模式,通信距离一般不超过2m,由于手机常见的无线通信方式只有蓝牙或Wi-Fi,因此为了方便无线模块应采用蓝牙或Wi-Fi其中一种进行通信[3].
当采用蓝牙通信时,无线模块处于服务端,手机通过自带蓝牙搜索到该蓝牙设备后进行主动连接,连接成功后即6可通过App进行数据交互.
当采用Wi-Fi进行通信时,无线模块处于服务端,并启动AP功能,手机通过自带Wi-Fi搜索到该Wi-Fi热点后进行连接,连接成功即通过App进行数据交互[4-5].
由于上述两种无线方案均可满足功能需求,考虑到兼容无线数据采集功能,建议采用Wi-Fi方式.

结论:与智能手机连接应采用2.
4G频段Wi-Fi模块.
四、无线模块选型井下工作面尘源跟踪采用2.
4G无线模块,要求低功耗、通信距离不小于50m,数据能实现透传、体积小、天线内置[6-7].
因此建议选择Zigbee模块或目前人员定位卡采用的NRF2401,NRF2401模块除能满足尘源跟踪技术要求外,还是我公司一直在采购并使用的组件.
井下大巷通信和与智能手机连接时采用2.
4G的Wi-Fi模块,该模块目前流行的有两种芯片,对比如下表5:表5两种芯片内容对比ESP8266(ESP-07S)CC3200(USR-C322)电压3.
0~3.
6V3.
0~3.
6V工作电流71mA75mA待机电流2mA3.
5mA可编程√*AP功能√√STA功能√√AP+STA功能√*配置方式AT+指令集,网页配置,自编程AT+指令集,网页配置售价8元47元外形16mm*17mm26.
6mm*18.
2mm研发中心推荐√*很明显可以看出ESP8266方案无论从性能、经济和接受度上比CC3200要高.
五、结论建议大巷通信采用2.
4GWi-Fi方案,模块采用安信可的ESP8266(ESP-07,同时具有陶瓷天线和SMA天线座).