一种单片机控制的猴车节能运行系统

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摘 要 猴车在井下作为一种简易便捷的交通运输工具，在矿山企业得到越来越广泛的应用。本文利用ZigBee和红外线传感器两大核心技术，以STC89C52单片机为主控芯片，利用串行通信的多机通信中断方式，并结合CAN-232B智能转换网桥，将数据传输到上位机，在上位机端发出各种指令，很好地实现了猴车系统的节能增效。

关键词 猴车；单片机；红外线传感器；ZigBee；

中图分类号：TD76 文献标识码：A 文章编号：1671—7597（2013）051-046-02

猴车是井下专用的一种固定在钢丝绳上的简易交通工具，也叫架空人车。它具有上下人员方便，随到随行，操作维护简单等优点，能够有效的减少人工体力消耗。目前，许多矿井的猴车系统都是人工控制开停，猴车在很长一段时间内都处于空运行状态，既造成设备的磨损，又增加了电能的消耗。因此，需要设计一种低成本，高效能，安全实用的自动控制系统来减少猴车无人乘坐时的空运行消耗。

1 系统总体设计

1.1 系统组成

本系统主要由控制间主控PC、集成有红外线传感器二级基站及移动人员携带的身份卡三大部分组成。系统结构图如图1所示。为安全起见，系统采用了红外线传感器与ZigBee无线传感器双层检测模式。

1.2 系统原理

在系统运行前，需在控制间PC终端注册好井下工作人员的身份卡，并将其植入矿工安全帽或矿灯里，当携带身份卡的矿工进入到基站检测区域内即需乘坐猴车时，此时基站在检测到信号后会将此人员信息发送至控制间，并在3s后自动控制电机启动，且在检测区域内只要有人员信号，系统会一直运行直至检测区域无人员时，电机将会自动停车。在系统运行过程中，如遇到电机过载，人员越位，超速运行等紧急情况，系统会自动停车并发出报警。其拓扑结构如图2所示。

由于系统采用红外线传感器与ZigBee无线双层冗余检测机制，在ZigBee无线模式出现故障时，自动启动红外线传感器进行工作，并在控制间PC终端发出报警。

2 系统硬件设计

系统硬件主要包括：计算机、STC89C52单片机、红外线传感器、CAN-232B智能转换网桥等。

2.1 单片机STC89C52

单片机STC89C52内部资源十分丰富， 有1280字节的SRAM、8K字节的内部程序存储器、2K字节的ISP引导码、片内自带EEPROM、看门狗、双数据指针等；它是由STC公司生产的，并且具有抗干扰、宽电压、低功耗等特点，不用编程器可以直接烧程序，并且支持ISP在线下载方式等许多优点。

2.2 热释电人体红外线传感器RE200B

RE200B红外线传感器主要用于检测人体发射出的红外线，其内部是由两个敏感元件反向串联。其工作原理如图3所示。

为了提高检测灵敏度及频率响应速度，在检测电路前配用了菲涅尔透视镜，可使有效检测距离高达12米左右。

2.3 CAN-232B智能转换网桥

系统采用CAN总线技术实现数据的远距离传输，CAN的多主结构、能够连接最多32个节点数和额定最大速率1Mbit/s 的传输速率以及在5Kbit/s传输速率下可无中继传输10公里的传输距离等特点，都非常适用于煤矿安全监控系统的组成特点和传输要求。

CAN-232B智能转换网桥是由微处理器、232电平转换器、光电隔离器、CAN协议控制器（如SJA1000）、CAN总线收发器（如82C250）组成。因为带有光电隔离模块，在控制电路和CAN电路之间可实现完全电气隔离；加上独立的DC/DC电源，并且同时采用防雷设计，每线提供600W的抗雷击承受力，在这样的三重保险设计上，使智能转换网桥CAN-232B具有了很强很高的抗干扰能力，大大提高此系统在恶劣环境中使用的可靠性与稳固定。

3 关键技术

3.1 ZigBee技术

ZigBee技术是以低成本、低功耗、低复杂度为显著优点的短距离无线通信协议，其关键技术包括微功率网络传输技术和微功率网络定位技术，在满足小型化、低成本同时，实现了移动设备无线联网的要求。由于ZigBee技术的收发模块体积小，功耗低，很容易直接安放在设备或工作人员的器械上，而且它们使用的是直序扩频技术，具有很好的抗干扰能力。

3.2 红外线传感器技术

红外线传感器技术作为一项现代信息技术，逐渐获得人们的广泛关注。红外线给人们的感觉是，觉得只有由热的物体放射出来，可事实却相反，凡是存在于自然界的物体，如人类、火、冰等等全部都会射出红外线，只是其波长因其物体的温度而存在着不同的差异。红外线又被称为红外光，它具有干涉、吸收、反射、散射、折射等性质。任何物质，只要它本身具有一定的温度（高于绝对零度），都能辐射出红外线。

人体的体温约为36℃～37℃，所放射出远红外线峰值为90 μm～10 μm。红外线传感器测量时不与被测物体直接接触，因而不存在摩擦，并且有灵敏度高，反应快等优点。

红外线传感器技术在矿产资源、海洋开发、生命科学、生物工程等领域也都有着广泛的用途，传感器技术已受到各国的高度重视，并已发展成为一种专门的技术学科。

4 结束语

针对井下候车系统的节能问题，更好的实现降本增效，开发了猴车节能运行系统。经实践表明，系统投入运行后，其经济效益与安全效益都有显著提高，不仅提升了矿井的自动化水平，而且更好地保障了井下工人的人身安全。

本系统可用于各类矿山井下的猴车运行系统，由于其成本低廉、性能可靠，抗干扰能力强等优点，相信该系统会在各个矿区取得广泛的应用。

参考文献

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作者简介

崔松涛（1970-），男，汉族，山东莱州人，本科，经理，电气自动化工程师，研究方向：电气自动化。