和机械化开采水平。 通过无线监控系统将数据传送到地表再做处理， 实现了顶板和液压支架的远程监控， 实现了顶板支护由 机械化向机械自动化的变革， 提高了液压支架控制管理系统 的可靠性与稳定性， 为满足煤矿安全生产的机械化、数 字化与无人化建设提供了有利的技术保障。
在井下采煤过程中， 采用顶板支护。为了尽最大可能避免在割 煤过程中， 由于采煤机割煤， 使煤层遭到破坏， 使强大的 压力传递给顶板， 造成顶板塌下， 发生冒顶事故， 本文设 计了一种顶板压力无线监控系统。该系统最重要的包含两 个部分， 顶板压力无线采集系统和数据处理控制管理系统。 在矿压监测中．液压支架承受的压力是一个关键 的参数， 在顶板上安置多处压力传感器， 观测压力变化， 控制采煤机的割煤速度。另外， 实时采集巷道中的顶板 压力数据， 也可根据其压力变化趋势对该区域也许会出现 的事故做出预测。 在压力采集处理系统上采用单片机 Ａ Ｔ ｍ ｅ ｇ ａ １ ６ 为 控制器， 对采集来的压力信号处理后， 进行 Ａ ／ Ｄ 转换， 数
芯片内部有一个电压转换器， 可以把输入的 ＋ ５ ｖ 电 压转换为 ＲＳ－２３２ 接口所需的± １０Ｖ 电压，非常适合于 没有± １ ２ Ｖ 的单电源系统， 其外围电路如图 ４ 所示。
在顶板压力数据处理系统中， 通讯系统接口设计采 用了 ＭＡＸ２３２ 芯片的转换口 ＭＡＸ２３２，是 ＭＡＸＩＭ 公司 生产的， 包含两路驱动器和接收器的 ＲＳ－２３２ 转换芯片，
顶板压力数据采集硬件设计中采用了 Ａ Ｔ ｍ ｅ ｇ ａ １ ６ （下转第 ９ ９ 页）
无线 作为无线Ｍｈｚ，为开放 ＩＳＭ 频段，免许可证使 用，最高工作速率 ５０ｋｂｐｓ，高效 ＧＦＳＫ 调制，抗干扰能力 强， 内置硬件 Ｃ Ｒ Ｃ 检错， 很适合工业控制场合。最大 发射功率为 ２ ７ ｄ Ｂ ｍ ， 模块在以上限功率发射信号时， 瞬 间电流≤ ５００ｍＡ，低功耗 ３．３－３．６Ｖ 工作，本设计中采用 了 ３ ． ６ Ｖ 供电。３ ． ６ Ｖ 供电工作时， 开阔地视距无干扰可 通信 ２０００ 米，模块在收发模式切换时间＜２ｍｓ，很好的满 足了井下与井上的通讯系统。模块可软件设地址， 可直 接接各种单片机使用， 软件编程十分便捷。本设计中
在井下采用 ＡＴｍｅｇａ１６ 作为核心处理器，ＡＴｍｅｇａ１６ 片内 ＲＯＭ 全都采用 ＦｌａｓｈＲＯＭ，能以 ３Ｖ 的超低压工 作， 该芯片内部有 １ ６ Ｋ Ｂ Ｒ Ｏ Ｍ 的存储空间， 同样具有 ＡＴ８９Ｃ５１ 的功能，且具有在线编程可擦除技术。在对电 路进行调试时， 由于程序的错误修改或对程序的新增功 能需要烧入程序时， 不需要对芯片多次拔插， 避免对芯 片造成损失破坏。同时其 ５１２Ｂ 的 ＥＥＰＲＯＭ 可完成该设计 的要求，具有 １０００００ 的擦除寿命。本文中利用压力传感 器进行多路压力数据采集， 经过转换后输入到单片机 中， 一部分数据可以存储起来， 以便随时调用原始数据， 一部分能够最终靠无线传输系统传输给地面进行数据处 理， 进而控制采煤机的动作。顶板压力采集传输系统框 图如图 １ 所示。
Ｓ３Ｃ４４Ｂ０Ｘ 与 ｎＲＦ９０５ 的连接和单片机 ＡＴｍｅｇａ１６ 与 ｎＲＦ９０５的连接方式是一样的，以 ＡＴｍｅｇａ１６ 与 ｎＲＦ９０５ 为例， 如图 ３ 所示。它们之间的双向数据传输使用 Ｓ Ｐ Ｉ 接口，单片机的 ＰＢ２、ＰＢ４连接 ｎＲＦ９０５的 ＳＰＩ 接口， ＰＤ２、ＰＤ７ 连接 ｎＲＦ９０５ 的控制信号和检测信号，用于 ｎＲＦ９０５ 的模式切换以及通信过程中必须的信号指示借 口。ｎＲＦ９０５ 在正常工作前应由 ＡＴｍｅｇａ１６ 先根据自身的需求 写好配置寄存器， 其后的工作主要是两个： 发送数据和 接收数据。发送数据时，ＡＴｍｅｇａ１６ 先把 ｎＲＦ９０５ 置于待 机模式，然后把 ｎＲＦ９０５ 的 ＰＷＲ＿ＵＰ 引脚置为高电平、 ＴＲＸ＿ＣＥ 引脚设置为低电平，然后通过 ＳＰＩ 总线把发送 地址和待发送的数据都写入相应的寄存器中， 之后把 ｎＲＦ９０５ 置于发送模式 ｎＲＦ９０５的 ＰＷＲ＿ＵＰ、ＴＲＸ＿ＣＥ 和 ＴＸ＿ＥＮ 全置高，数据就会通过天线自动发送出去。为 了数据可靠地传输， 将射频配置寄存器中的自动重发位 （ＡＵＴＯ＿ＲＥＴＲＡＮ）设为有效，数据包重复不断地一直向 外发，直到 ＡＴｍｅｇａ１６ 把 ＴＲＸ＿ＣＥ 拉低，退出发送模式 为止。接收数据时，ＡＴｍｅｇａ１６ 把 ｎＲＦ９０５ 的 ＴＲＸ＿ＣＥ 引脚置为高电平， Ｔ Ｘ ＿ Ｅ Ｎ 引脚拉为低电平后， 就开始接 收数据。ｎＲＦ９０５ 在顶板压力数据处理系统中也是同样 的原理， 会把处理好的命令发送出去， 从而控制采煤机 的动作。
据存盘， 然后通过无线传输系统发送到地面 ［ １ ］ 。地面采 用核心芯片 Ａ Ｒ Ｍ ７ ， 对传输过来的数据来进行处理， 一部 分通过显示系统显示实时数据， 一部分传至井下， 用以 控制采煤机的动作。
色 ＳＴＮ），带专用 ＤＭＡ的 ＬＣＤ控制器（最大支持 ２５６ 色 ＤＳＴＮ ） ；两个通用的 ＤＭＡ 通道， 两个带外部请求引脚 的外围 ＤＭＡ 通道；两个 ＵＡＲＴ／ 一个 ＳＩＯ（ＩＲＤＡ１．０，１６ 字节的 ＦＩＦＯ）；一个多主控器的 ＩＩＣ 总线控制器和一个 ＩＩＳ 总线 个 ＰＷＭ 定时器和一个内部定时器；看门 狗定时器； ７ １ 位的通用 Ｉ ／ Ｏ 接口和 ８ 个外部中断源； 电 源控制：Ｎｏｒｍａｌ，Ｓｌｏｗ，Ｉｄｌｅ 和 Ｓｔｏｐ 模式；８ 通道的 １０ 位 ＡＤＣ；带日历功能的实时时钟（ＲＴＣ）；片上带 ＰＬＬ 的时钟 发生器； 片上 Ｕ Ｓ Ｂ 控制器等等。 Ｓ３Ｃ４４Ｂ０Ｘ 的配置性能高、成本低，适合矿井使用。 Ｓ３Ｃ４４Ｂ０Ｘ１６／３２位ＲＩＳＣ处理器在设计时，为监控设 备提供一个低成本高性能的方案［ ３ ］ 。设计中主要是对无 线接收装置传过来的数据进行实时处理， 还可以将数据 通过 ＲＳ２３２ 上传给计算机，做进一步的分析、处理。同 时可以对数据进行实时显示， 监控压力变化规律， 为研 究顶板压力变化规律提供了可靠的数据， 还设计了报警 系统， 可以随时提醒井下存在的隐患。顶板压力数据处 理系统如图 ２ 所示。
ＣＭＯＳ 工艺制造，频率最高可达 ６６ＭＨＺ，存储器寻址空 间达 ２５６ＭＢ， 集成了丰富的外围功能模块， 具有低功耗、 简单明快的特点， 适合价格低和低功耗方面的应用。 Ｓ３Ｃ４４Ｂ０Ｘ 可以提供以下配置：２．５ＶＡＲＭ７ＴＤＭＩ 内核，带有 ８ＫＢｃａｃｈｅ（高达 ７５ＭＨＺ 的 ＳＡＭＢＡ 总线结 构；可选的 ｉｎｔｅｒｎａｌＳＲＡＭ；外部储存控制器（ＦＰ／ＥＤＯ／ ＳＤＲＡＭ 控制、 片选逻辑）；ＬＣＤＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ（最大支持 ２５６
近些年， 我国煤矿安全事故时有发生， 提高煤炭开 采的安全已经是煤炭工业增加产量、提高生产率的首 要任务。早期瓦斯爆炸是煤矿开采中最大的灾难， 威 胁开采人员的安全， 毁坏矿井设施。现如今顶板所受 压力过大， 引起顶板断裂的现象不断产生， 造成的危害 逐年增多。从煤矿事故统计来看， 顶板事故一直居各 类事故之首。 随着自动化技术和计算机通信技术的发展， 采用 计算机远程无线监控技术， 可以实现对煤炭生产的安 全监控。将工作面数据传输到地表， 实现在地面的控 制， 可以预防和降低事故发生。采煤机割煤是引起顶 板压力变化导致顶板破碎的主要因素， 采用无线监控 技术， 在生产过程中自动采集顶板压力的有关数据， 通 过无线传输到地表做处理后， 实时把相关信息作为 反馈指令传递给采煤机及支架， 确定合理的采煤机割 煤速度及移架速度， 即可保证工作面顶板安全， 减少冒 顶事故发生， 降低人工操作的失误， 能大大的提升生产效率
摘要：针对井下采掘工作面顶板损坏引起冒顶或塌方事故，造成人员伤害和财产损失的现象，设计了一种智能式的顶板压力无线监 控系统，实时监控井下顶板压力变化，实现对井下采煤机和液压支架的自动控制。 关键字：冒顶；顶板压力；Ｓ３Ｃ４４Ｂ０Ｘ；采煤机；数据处理 中图分类号：ＴＰ２７７．２文献标识码：Ｂ文章编号：１００３－７２４１（２０１１）０５－００９３－０４
在顶板压力数据处理上选用 Ｓ３Ｃ４４ＢＯＸ 的微控制 器。ＳＡＭＳＵＮＧ 公司推出的 Ｓ３Ｃ４４Ｂ０Ｘ 是基于 ＡＲＭ 公 司 ＡＲＭＴＤＭＩ 内核的 １６／３２ 位 ＲＩＳＣ 处理器，是最早最 广泛使用的处理器核