李文龙

（晋能控股煤业集团有限公司，山西 大同 037001）

引言

目前煤矿生产自动化程度越来越高，伴随着其实时监测的要求也越来越高，以便实现煤矿生产系统集中控制。然而矿用提升机是煤矿自动化生产的重要环节，所以监测矿用提升机是必不可少的。

在文献[1]中，一种由Lindberg 等人研究了多图像、多终端端传感器和多数据通道技术，将矿用提升机的工作区设定为多图像的重合区，多摄像头传感器拾取的图像画面可以多维的监测提升机状态信息，通过对多维图像信息进行综合判断，进一步对控制策略进行发送。且对控制策略进行评估，无害决策才会被控制系统下发。该专利技术对提升机监测存在很大的不确定性，不利于广泛使用和信息共享。

在文献[2-3]中，刘松国对利用物联网技术进行提升机监测报警管理的系统平台进行了论述，在文献[4-5]中，吴卫等人对RFID 无线标签技术在提升机远程监测中的应用进行了设计，并且对该成果进行了应用测试，对进一步研究远程监控矿用提升机的技术打下基础。文献[6]设计研究了C8051F340 串口在提升机远程监测方向的应用。上述监测技术均是建立额外的数据基站成本颇高并且数据的共享成本也很高。

综合上所述，国外对提升机的安全监测尤为重视，矿用提升机的使用安全更为重要，即利用各种通信设备优势，开发了各种提升机监测报警系统。但是研究最主要集中在建立相对独立的数据基站，共享成本非常高，互联程度不高。没有发挥目前移动网络特有的广覆盖，监测成本低，监测实时性好的特点。

1 智能监测控制系统的总体设计方案

如图1 所示，信息平台包括移动SIM 卡900 MHz的BN-LOT 模块和温度传感器，BN-LOT 通过获得温度传感器的温度信息发送给移动基站。共享平台可以把信息通过手机移动网络发送到各个平台和维修人员。

图1 系统总体设计图

1.1 信息平台设计

其信息平台中，选择移动运营商提供的模块服务，其型号为WH-NB73-B8。如图2 所示是WH-NB73-B8 引脚图。该模块采用窄带频率技术，虽然其速率较低，但是通信功耗极低，便于移动通信。WH-NB73-B8 模块利用其低功耗优势，应用到蜂窝移动通信技术中，模块化使用技术成熟度高，便捷。

图2 WH-NB73-B8 引脚图

选择TMP101 作为温度传感器，其引脚图如下页图3 所示，其为TI 公司生产的低功耗，高精度数字温度传感器其采用I2C 两线数字接口。可用于高分辨率和宽量程的环境中。采用SOT23 封装，六个引脚，分别为串行时钟口、接地脚、总线报警输出、开路、电源端、用户设置地址输入、串行数据线。

图3 TMP101 引脚图

1.2 信息平台的硬件连接

如图4 所示，SCL 和SDA 分别是时钟线和串行总线，即通过时钟信号线对数据接收进行规范，确保数据的传输。由于模块的I2C_SDA 内部电路的特性图中的数据线需要上拉电阻。I2C 总线通信协议，只有当总线不忙时才可以开始传输数据。在总线传输数据时，时钟信号线为高电平时，数据线SDA 必须保持不变，只用在启动或停止的状态信号到来后，数据线SDA 才能改变。当时钟信号为高电平且数据线SDA 从高电平变为低电平时产生起始位信号，TMP101 监测SDA 和SCL的状态，只有当接收到启动信号后，启动工作。

图4 信息平台的连接示意图

2 数据采集模块与软件的设计

通过安装在矿用提升机中的温度传感器，监测到温度值，通过I2C的两线传输方式传输给NB-IOT模块。NB-IOT 模块则通过自身的安装的天线以及安装的SIM 卡把信息发送给配置好的联系人。

数据采集是通过TMP101 传感器对矿用提升机周围的温度信息进行采集，转换的数字信号，发送给WH-NB73-B8。

软件设计是对3GPP 标准指令集，NB 模块通用兼容。通过打包AT 指令发送数据，轮询AT 指令查询接收数据。如图5 所示，AT 指令初始化图。如图6所示，参数设置界面：主要设置模块的基本参数，配置指令内容，设置发送地址，即用户信息。如图7 所示，为联网检测模式：对模块初始状态进行检测，简单确认模块状态。

图5 指令初始化设置

图6 参数设置界面

图7 联网监测状态

3 数据接收和检验

通过上文信息平台设计并且实现硬件连接，包括使用TMP101 传感器和WH-NB73-B8 模块I2C数据总线连接方式以及串行总线通讯协议。最后对WH-NB73-B8 模块的软件配置，包括对AT 指令的初始化和用户信息的设置。通过用户数据发送传感器信息，不需要额外的基站。

矿用提升机采集到提升机监测数据后，将数据进行格式编码。利用串口通信模式，编码后的数据通过AT 命令形式发到NB-IoT 模块。NB-IoT 模块对接收的数据进行解析，按照AT 格式，最后利用物联网网协议模式，打包监测数据包，包格式为UDP 协议。当平台接收到物联网信息，对数据包进行解析，找到对应的编码格式，对设备profile 中描述的service 进行匹配，存储于平台中，利用平台服务器获取平台信息；同时共享服务数据，开通订阅接口，当数据发生变化，实时更新数据。服务器或手机终端会实时接受平台发出的POST 消息。

本文通过对比手机接收温度信息和温度计温度信息，确定矿用提升机的智能监测系统的可用性。其数据结果如图8 所示。经计算数据在工业5%误差范围内，可以正常使用。

图8 测试数据和标准数据比较图