CN104268301B - 基于三级唤醒机制的煤矿巷道应变数据采集方法及装置 - Google Patents

基于三级唤醒机制的煤矿巷道应变数据采集方法及装置 Download PDF

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CN104268301B CN201410514416.5A CN201410514416A CN104268301B CN 104268301 B CN104268301 B CN 104268301B CN 201410514416 A CN201410514416 A CN 201410514416A CN 104268301 B CN104268301 B CN 104268301B
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Abstract

基于三级唤醒机制的煤矿巷道应变数据采集方法及装置。三级唤醒机制包括通过自适应RTC定时器唤醒方法完成定时数据采集，根据采集的巷道应变数据波动情况自适应调节RTC定时采集时间，这样就能在不失真的采集煤矿巷道应变突变数据的情况下降低CPU的工作频率，降低整体功耗，提高存储效率，同时煤矿下的巡逻员可通过采集按键唤醒方法完成即时数据采集，工作人员通过红外信号唤醒方法完成采集数据无线传输，使用手持终端查看巷道历史应变数据更加便捷，这三级唤醒机制降低了数据采集装置的功耗，同时符合煤矿下的巡逻检查机制。

Description

基于三级唤醒机制的煤矿巷道应变数据采集方法及装置
技术领域
本发明专利涉及一种基于三级唤醒机制的煤矿巷道应变数据采集方法及装置，尤其涉及到一种数据采集装置，属于测控和自动化技术领域。
背景技术
应变数据采集装置是一种能够煤矿巷道中进行实时数据采集、自动存储记录、信号预处理、即时显示、即时状态分析、自动传输等功能的自动化设备。
当前，煤矿巷道中的应变数据采集装置通常使用电池作为供电设备，但是电池的使用寿命有限，并且工业现场更换电池困难，所以如何降低***功耗来延长电池的使用寿命很重要。
随着无线技术的发展，无线通信模块广泛应用于应变数据采集装置中，这给数据采集提供了很大的便利，例如移动方便，工作范围广，操作简单等等，但是伴随的一个缺点是应变采集装置功率消耗更大，如今，功率消耗已经成为设计数据采样装置的一项重要指标。
传统的应变数据采集装置中处理器处于连续工作状态，功耗大，应变数据采集装置使用寿命短，有些数据采集装置通过增大电池容量来延长使用寿命，但同时也会增加数据采集装置的体积，并且提高了成本，现在更多的降低功耗的方法是通过对处理器进行固定时间的模式切换，在连续工作和间歇工作之间切换来达到降低功耗的目的，但是这种方法在实际工业进行现场数据采集时存在很大的弊端，比如煤矿巡逻人员到现场进行数据采集，必须等到处理器出于工作模式下，不能进行即时采集，严重影响了工作效率。本文提出一种基于三级唤醒机制的低功耗煤矿巷道应变数据采集方法及装置，更大程度降低了功耗，提高了工作效率，使得数据采集装置能在工业现场长期有效工作。
发明内容
本发明解决的问题是：为了克服煤矿巷道应变数据采集装置由于功率功耗太大而影响装置性能的缺点，结合以上背景和需求，本发明提供一种基于三级唤醒机制的煤矿巷道应变数据采集方法及装置，三级唤醒机制包括通过自适应RTC定时器唤醒方法完成定时数据采集，能根据实际巷道的应变情况自动调节采集时间密度，保证应变数据的准确性并能提前预警，巡逻人员通过采集按键唤醒方法完成即时数据采集，通过红外信号唤醒方法完成采集数据传输，三级唤醒机制通过不同的优先级来选择不同的工作流程，这能够降低数据采集装置的功耗，并且提高巷道应变数据采集工作效率。
本发明的技术解决方案是：
1、一种基于三级唤醒机制的煤矿巷道应变数据采集方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：数据采集装置初始化。将手持终端(104)，中央处理器(106)，采样模块(108)，无线通讯模块(109)都设置为休眠模式，将红外接收器(103)设置为接收模式；
步骤2：确定当前RTC定时采样间隔时间。首先根据第i个应变片的N次历史应变数据计算平均应变其中应变的单位为μm，然后分别计算M个应变片的N次历史应变数据的方差 计算所有应变片的方差的最大值S2 max＝max{S1 2,S2 2……SM 2}，建立方差门限值(D1＝0，D2＝100，D3＝200，D4＝300，D5＝400，D6＝500，D7＝600，D8＝700，D9＝800，D10＝900，D11＝1000，D12＝1100，D13＝1200，D14＝1300，D15＝1400，D16＝1500，D17＝1600，D18＝1700，D19＝1800，D20＝1900)和RTC定时采样间隔时间(T1＝1小时，T2＝50分钟，T3＝45分钟，T4＝40分钟，T5＝35分钟，T6＝30分钟，T7＝25分钟，T8＝20分钟，T9＝15分钟，T10＝10分钟，T11＝5分钟，T12＝1分钟，T13＝50秒，T14＝40秒，T15＝30秒，T16＝20秒，T17＝15秒，T18＝10秒，T19＝5秒，T20＝1秒)之间的对应关系表，具体对应关系为：
f(D)表示方差门限值和RTC定时采样间隔时间对应关系函数，D是函数变量，表示实际计算得到的应变方差。将S2 max作为函数f(D)的变量，即D＝S2 max代入公式(1)得出当前的RTC定时采样间隔时间T；
步骤3：中央处理器(106)读取唤醒信号：
步骤3.1：RTC定时器(101)计时到时间T后产生一个低电平中断信号P1，采集按键(102)按下时产生一个低电平采集信号P2，红外接收器(103)接收到手持终端(104)发出的红外信号后，通过红外信号转换电路产生一个低电平转换信号P3；
步骤3.2：P1、P2、P3信号作为与门电路(103)的输入信号，与门电路(103)输出一个低电平唤醒信号W1送至中央处理器(106)的外部中断引脚，在中断信号作用下，中央处理器(106)从休眠模式转换为正常工作模式；
步骤4：P1、P2、P3信号同时分别连接到中央处理器(106)的输入输出端口IO1、IO2、IO3，其中，P1与IO1相连，P2与IO2相连，P3与IO3相连。当中央处理器(106)被唤醒后正常工作时，说明中央处理器(106)有收到唤醒信号。首先中央处理器(106)读IO1端口，如果IO1读取到低电平信号，则进入步骤5；如果IO1没有读取到低电平信号，中央处理器(106)读IO2端口，如果IO2读取到低电平信号，则进入步骤5；如果IO2端口也没有读取到低电平信号，说明唤醒信号是由红外接收器产生，进入步骤6；
步骤5：中央处理器(106)唤醒采样模块供电控制电路，进入数据采集中断服务子程序：
步骤5.1：中央处理器(106)通过输入输出通道IO3向采样模块供电控制电路(107)输出一个高电平信号LS1；
步骤5.2：采样模块供电控制电路(107)工作，向采样模块(108)供电；
步骤5.3：采样模块(108)接通电源后进行初始化，初始化完成后开始正常工作，进行数据采样；
步骤5.4：采样模块(108)控制A/D芯片进行采样和数据转换；
步骤5.5：采样模块(108)将转换后的采样数据通过串行总线RS485发送给中央处理器(106)；
步骤5.6：中央处理器(106)接收到采样数据后，将数据以循环队列的形式存储在存储器中；
步骤5.7：中央处理器(106)延时5s后，通过输入输出通道IO4向采样模块供电控制电路(107)输出一个低电平信号控制采样模块断电，中央处理器(106)设置为休眠模式；
步骤5.8：采样结束，进入步骤2；
步骤6：中央处理器(106)唤醒无线通讯模块(109)，进入数据传输中断服务子程序：
步骤6.1：中央处理器(106)通过输入输出通道IO5向无线通讯模块(109)复位引脚输出一个低电平信号LS2，无线模块开始工作；
步骤6.2：中央处理器(106)读取存储器中存放的采样模块(108)采集的数据，放入队列中；
步骤6.3：通过无线传输，中央处理器(106)将队列中的采样数据依次传输给无线通讯模块(109)，存储在无线通讯模块(109)的存储器中，传输完成后，将中央处理器(106)存储器中已传输给无线通讯模块(109)的数据删除；
步骤6.4：采样数据传输完毕，中央处理器(106)延时5s后设置为休眠模式；
步骤6.5：无线通讯模块(109)将存储器中的采样数据通过无线传输给手持终端(104)；
步骤6.6：无线通讯模块(109)延时5s后设置为休眠模式；
步骤6.7：数据传输流程结束，进入步骤2。
2、根据权利要求书1所述的数据采集装置，该装置主要包括：RTC定时器(101)、采集按键(102)、红外接收器(103)、手持终端(104)、与门电路(105)、中央处理器(106)、采样模块供电控制电路(107)、采样模块(108)、无线通讯模块(109)。所述RTC定时器(101)采用定时器进行计时，定时器在达到设定计数时间后产生一个低电平脉冲的中断信号；所述采集按键(102)是当该按键按下时，产生一个低电平信号；所述红外接收器(103)用于接收红外信号，当收到红外信号时，通过红外信号转换电路产生一个低电平的脉冲信号；所述手持终端(104)用来发送红外信号给红外接收器(103)，并且进行采样数据传输；所述与门电路(105)采用74HC11芯片，是对RTC定时器(101)、采集按键(102)和红外接收器(103)产生的信号进行“与”操作，输出信号作为中央处理器(106)唤醒信号；所述中央处理器(106)采用STM32芯片，管理信号的接收与发送，以及数据的传输与存储；所述采样模块供电控制电路(107)通过输入输出通道的信号控制采样模块电源的通断；所述采样模块(108)包括采样芯片和A/D转换芯片以及RS485通信接口，用于数据的采集；所述无线通讯模块(109)采用FZB5300型号的zigbee模块，用于实现和手持终端(104)以及和中央处理器(106)之间无线数据传输功能。
3、根据权利要求2所述的数据采集装置，其特征在于，所述RTC定时器(101)输出端和与门电路(105)的输入端以及中央处理器(106)的输入输出通道IO0相连；所述采集按键(102)输出端和与门电路(105)的输入端以及中央处理器(106)的输入输出通道IO1相连；所述红外接收器(103)当接收到手持终端(104)发出的红外信号时，经过红外信号转换电路，红外信号转换电路的输出端和与门电路(105)的输入端以及中央处理器(106)的输入输出通道IO2相连；所述与门电路(105)的输出端和中央处理器(106)的外部中断引脚相连；所述中央处理器(106)的输入输出通道IO3和采样模块供电控制电路(107)控制端相连；所述采样模块供电控制电路(107)的输出和采样模块(108)的电源相连；所述中央处理器(106)的输入输出通道IO4和无线通讯模块(109)的复位引脚相连。
4、根据权利要求1所述的基于三级唤醒机制的煤矿巷道应变数据采集方法，其特征是，步骤5.2中采样模块供电控制电路(107)采用如下方法：
步骤5.2.1：利用三极管的放大作用增强驱动能力，采用NPN三极管驱动PMOS场效应管；
步骤5.2.2：利用PMOS管的开关特性，采用PMOS场效应管作为电源通断开关；
步骤5.2.3：三极管的基极输入电压Ui，Ui通过一个电阻连接到三极管的基极，三极管的发射极接地，三极管的集电极通过一个电阻连接到PMOS管的栅极，PMOS管的源极接电源VCC，PMOS管的漏极接采样模块的电源正极；
步骤5.2.4：当Ui为低电压时，由于基极没有电流，三极管集电极和发射极未导通，三极管的集电极为电源电压高电压，所以PMOS管源极和漏极未导通，采样模块没有电流，相当于采样模块电源断开；
步骤5.2.5：当Ui为高电压时，由于有基极有电流流动，三极管集电极和发射极导通，三极管的集电极为低电压，所以PMOS管源极和漏极导通，采样模块有电流，相当于采样模块电源通电。
5、根据权利要求1所述的基于三级唤醒机制的煤矿巷道应变数据采集方法，其特征是，步骤3.1中红外信号转换电路采用如下方法：
步骤3.1.1：红外信号发送到光敏二极管D上，光敏二极管D导通；
步骤3.1.2：光敏二极管D导通后使得三极管Q1门极电平变为高电平，三极管Q1导通，进行信号一级放大；
步骤3.1.3：三极管Q1导通后，使得三极管Q2门极为高电平，三极管Q2导通，进行信号二级放大；
步骤3.1.4：三极管Q2集电极的电平作为施密特触发器的输入，通过施密特触发器的电平稳定，输出标准的CMOS电平信号。
本发明的有益效果包括：
(1)本发明采用三级唤醒机制，降低了采集模块、无线通讯模块、中央处理器、手持终端的功率消耗，应变采集装置用于煤矿巷道中，通常使用电池作为供电设备，但煤矿下由于要考虑本安防爆，不宜采用容量太大的电池，故电池的使用寿命有限且更换困难，电池的短期使用严重影响数据采集装置的工作效率，本发明的三级唤醒机制能够延长数据采集装置的使用寿命；
(2)本发明采用的自适应RTC定时器中断唤醒采集装置进行数据采集，通过对历史应变数据分析，计算每个应变测量点的历史应变数据方差来反映巷道应变的波动情况，对照建立的方差和采样间隔时间表自动设定RTC定时采样时间，巷道应变波动大时说明巷道的结构很不稳定很有可能会产生塌方等事故，因此采样间隔时间比较短，通过密集的应变数据采集可以确认是否有塌方危险，及时做好防范工作。当巷道应变波动不大且应变值小于标准值，说明巷道结构稳定且无塌方危险，因此采样间隔时间比较长，非采样时间装置处于休眠状态，功耗更低，同时可节约数据存储空间，减少内存消耗。自适应RTC定时器既保证了数据采集装置在无人控制下的自动控制采集，又能根据实际巷道的应变情况自动调节采集时间密度，提前预警保证巷道内的安全，而且装置功耗极大降低；
(3)本发明采用采集按键唤醒采集装置进行数据采集，煤矿下的巡逻人员在所到之处用按键控制应变数据采集，同时本发明采用红外信号唤醒无线通讯模块进行数据传输，能够让巡逻人员随时获取数据采集装置的历史数据，这种方法既符合煤矿下的巡逻检查机制并保证了数据采集良好的实时性，方便数据分析与现场调整，又能保证在巡逻人员离开后自动进入休眠模式，降低整体功耗；
附图说明
图1为本发明的工作原理流程图；
图2为本发明的数据采集装置框图；
图3为本发明的数据采集装置的连接图；
图4为本发明的采样模块供电控制电路框图；
图5为本发明的红外信号转换框图；
具体实施方式
实施例1
步骤1：数据采集装置初始化。将手持终端(104)，中央处理器(106)，采样模块(108)，无线通讯模块(109)都设置为休眠模式，将红外接收器(103)设置为接收模式；
步骤2：确定当前RTC定时采样间隔时间。首先根据第i个应变片的N次历史应变数据计算平均应变其中应变的单位为μm，然后分别计算M个应变片的N次历史应变数据的方差 计算所有应变片的方差的最大值S2 max＝max{S1 2,S2 2……SM 2}，建立方差门限值(D1＝0，D2＝100，D3＝200，D4＝300，D5＝400，D6＝500，D7＝600，D8＝700，D9＝800，D10＝900，D11＝1000，D12＝1100，D13＝1200，D14＝1300，D15＝1400，D16＝1500，D17＝1600，D18＝1700，D19＝1800，D20＝1900)和RTC定时采样间隔时间(T1＝1小时，T2＝50分钟，T3＝45分钟，T4＝40分钟，T5＝35分钟，T6＝30分钟，T7＝25分钟，T8＝20分钟，T9＝15分钟，T10＝10分钟，T11＝5分钟，T12＝1分钟，T13＝50秒，T14＝40秒，T15＝30秒，T16＝20秒，T17＝15秒，T18＝10秒，T19＝5秒，T20＝1秒)之间的对应关系表，具体对应关系为：
f(D)表示方差门限值和RTC定时采样间隔时间对应关系函数，D是函数变量，表示实际计算得到的应变方差。将S2 max作为函数f(D)的变量，即D＝S2 max代入公式(1)得出当前的RTC定时采样间隔时间T；
步骤3：中央处理器(106)读取唤醒信号：
步骤3.1：RTC定时器(101)计时到时间T后产生一个低电平中断信号P1，采集按键(102)按下时产生一个低电平采集信号P2，红外接收器(103)接收到手持终端(104)发出的红外信号后，通过红外信号转换电路产生一个低电平转换信号P3；
步骤3.2：P1、P2、P3信号作为与门电路(103)的输入信号，与门电路(103)输出一个低电平唤醒信号W1送至中央处理器(106)的外部中断引脚，在中断信号作用下，中央处理器(106)从休眠模式转换为正常工作模式；
步骤4：P1、P2、P3信号同时分别连接到中央处理器(106)的输入输出端口IO1、IO2、IO3，其中，P1与IO1相连，P2与IO2相连，P3与IO3相连。当中央处理器(106)被唤醒后正常工作时，说明中央处理器(106)有收到唤醒信号。首先中央处理器(106)读IO1端口，如果IO1读取到低电平信号，则进入步骤5；如果IO1没有读取到低电平信号，中央处理器(106)读IO2端口，如果IO2读取到低电平信号，则进入步骤5；如果IO2端口也没有读取到低电平信号，说明唤醒信号是由红外接收器产生，进入步骤6；
步骤5：中央处理器(106)唤醒采样模块供电控制电路，进入数据采集中断服务子程序：
步骤5.1：中央处理器(106)通过输入输出通道IO3向采样模块供电控制电路(107)输出一个高电平信号LS1；
步骤5.2：采样模块供电控制电路(107)工作，向采样模块(108)供电；
步骤5.3：采样模块(108)接通电源后进行初始化，初始化完成后开始正常工作，进行数据采样；
步骤5.4：采样模块(108)控制A/D芯片进行采样和数据转换；
步骤5.5：采样模块(108)将转换后的采样数据通过串行总线RS485发送给中央处理器(106)；
步骤5.6：中央处理器(106)接收到采样数据后，将数据以循环队列的形式存储在存储器中；
步骤5.7：中央处理器(106)延时5s后，通过输入输出通道IO4向采样模块供电控制电路(107)输出一个低电平信号控制采样模块断电，中央处理器(106)设置为休眠模式；
步骤5.8：采样结束，进入步骤2；
步骤6：中央处理器(106)唤醒无线通讯模块(109)，进入数据传输中断服务子程序：
步骤6.1：中央处理器(106)通过输入输出通道IO5向无线通讯模块(109)复位引脚输出一个低电平信号LS2，无线模块开始工作；
步骤6.2：中央处理器(106)读取存储器中存放的采样模块(108)采集的数据，放入队列中；
步骤6.3：通过无线传输，中央处理器(106)将队列中的采样数据依次传输给无线通讯模块(109)，存储在无线通讯模块(109)的存储器中，传输完成后，将中央处理器(106)存储器中已传输给无线通讯模块(109)的数据删除；
步骤6.4：采样数据传输完毕，中央处理器(106)延时5s后设置为休眠模式；
步骤6.5：无线通讯模块(109)将存储器中的采样数据通过无线传输给手持终端(104)；
步骤6.6：无线通讯模块(109)延时5s后设置为休眠模式；
步骤6.7：数据传输流程结束，进入步骤2。
步骤5.2中采样模块供电控制电路(107)采用如下方法：
步骤5.2.1：利用三极管的放大作用增强驱动能力，采用NPN三极管驱动PMOS场效应管；
步骤5.2.2：利用PMOS管的开关特性，采用PMOS场效应管作为电源通断开关；
步骤5.2.3：三极管的基极输入电压Ui，Ui通过一个电阻连接到三极管的基极，三极管的发射极接地，三极管的集电极通过一个电阻连接到PMOS管的栅极，PMOS管的源极接电源VCC，PMOS管的漏极接采样模块的电源正极；
步骤5.2.4：当Ui为低电压时，由于基极没有电流，三极管集电极和发射极未导通，三极管的集电极为电源电压高电压，所以PMOS管源极和漏极未导通，采样模块没有电流，相当于采样模块电源断开；
步骤5.2.5：当Ui为高电压时，由于有基极有电流流动，三极管集电极和发射极导通，三极管的集电极为低电压，所以PMOS管源极和漏极导通，采样模块有电流，相当于采样模块电源通电。
步骤3.1中红外信号转换电路采用如下方法：
步骤3.1.1：红外信号发送到光敏二极管D上，光敏二极管D导通；
步骤3.1.2：光敏二极管D导通后使得三极管Q1门极电平变为高电平，三极管Q1导通，进行信号一级放大；
步骤3.1.3：三极管Q1导通后，使得三极管Q2门极为高电平，三极管Q2导通，进行信号二级放大；
步骤3.1.4：三极管Q2集电极的电平作为施密特触发器的输入，通过施密特触发器的电平稳定，输出标准的CMOS电平信号。
实施例2
一种应变数据采集装置，该装置主要包括：RTC定时器(101)、采集按键(102)、红外接收器(103)、手持终端(104)、与门电路(105)、中央处理器(106)、采样模块供电控制电路(107)、采样模块(108)、无线通讯模块(109)。所述RTC定时器(101)采用定时器进行计时，定时器在达到设定计数时间后产生一个低电平脉冲的中断信号；所述采集按键(102)是当该按键按下时，产生一个低电平信号；所述红外接收器(103)用于接收红外信号，当收到红外信号时，通过红外信号转换电路产生一个低电平的脉冲信号；所述手持终端(104)用来发送红外信号给红外接收器(103)，并且进行采样数据传输；所述与门电路(105)采用74HC11芯片，是对RTC定时器(101)、采集按键(102)和红外接收器(103)产生的信号进行“与”操作，输出信号作为中央处理器(106)唤醒信号；所述中央处理器(106)采用STM32芯片，管理信号的接收与发送，以及数据的传输与存储；所述采样模块供电控制电路(107)通过输入输出通道的信号控制采样模块电源的通断；所述采样模块(108)包括采样芯片和A/D转换芯片以及RS485通信接口，用于数据的采集；所述无线通讯模块(109)采用FZB5300型号的zigbee模块，用于实现和手持终端(104)以及和中央处理器(106)之间无线数据传输功能。
在本实施例中，
所述RTC定时器(101)输出端和与门电路(105)的输入端以及中央处理器(106)的输入输出通道IO0相连；所述采集按键(102)输出端和与门电路(105)的输入端以及中央处理器(106)的输入输出通道IO1相连；所述红外接收器(103)当接收到手持终端(104)发出的红外信号时，经过红外信号转换电路，红外信号转换电路的输出端和与门电路(105)的输入端以及中央处理器(106)的输入输出通道IO2相连；所述与门电路(105)的输出端和中央处理器(106)的外部中断引脚相连；所述中央处理器(106)的输入输出通道IO3和采样模块供电控制电路(107)控制端相连；所述采样模块供电控制电路(107)的输出和采样模块(108)的电源相连；所述中央处理器(106)的输入输出通道IO4和无线通讯模块(109)的复位引脚相连。
以上的实施方法只是已实现的有效的具体实施方式之一，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种基于三级唤醒机制的煤矿巷道应变数据采集方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：数据采集装置初始化：将手持终端(104)，中央处理器(106)，采样模块(108)，无线通讯模块(109)都设置为休眠模式，将红外接收器(103)设置为接收模式；
步骤2：确定当前RTC定时采样间隔时间：首先根据第i个应变片的最近的N次历史应变数据计算平均应变其中应变的单位为μm，然后分别计算M个应变片的N次历史应变数据的方差i＝1,2……M，计算所有应变片的方差的最大值S2 max＝max{S1 2,S2 2……SM 2}，建立方差门限值：D1＝0，D2＝100，D3＝200，D4＝300，D5＝400，D6＝500，D7＝600，D8＝700，D9＝800，D10＝900，D11＝1000，D12＝1100，D13＝1200，D14＝1300，D15＝1400，D16＝1500，D17＝1600，D18＝1700，D19＝1800，D20＝1900和RTC定时采样间隔时间：T1＝1小时，T2＝50分钟，T3＝45分钟，T4＝40分钟，T5＝35分钟，T6＝30分钟，T7＝25分钟，T8＝20分钟，T9＝15分钟，T10＝10分钟，T11＝5分钟，T12＝1分钟，T13＝50秒，T14＝40秒，T15＝30秒，T16＝20秒，T17＝15秒，T18＝10秒，T19＝5秒，T20＝1秒之间的对应关系表，具体对应关系为：
f ( D ) = T 1 , D &le; D 1 T 2 , D 1 < D &le; D 2 ... T k , D > D k - - - ( 1 )
f(D)表示方差门限值和RTC定时采样间隔时间对应关系函数，D是函数变量，表示实际计算得到的应变方差，将S2 max作为函数f(D)的变量，即D＝S2 max代入公式(1)得出当前的RTC定时采样间隔时间T＝f(S2 max)；
步骤3：中央处理器(106)读取唤醒信号：
步骤3.1：RTC定时器(101)计时到时间T后产生一个低电平定时采集信号P1，采集按键(102)按下时产生一个低电平按键采集信号P2，红外接收器(103)接收到手持终端(104)发出的红外信号后，通过红外信号转换电路产生一个低电平数据传输信号P3；
步骤3.2：P1、P2、P3信号作为与门电路(103)的输入信号，与门电路(103)输出一个低电平唤醒信号W1送至中央处理器(106)的外部中断引脚，在中断信号作用下，中央处理器(106)从休眠模式转换为正常工作模式；
步骤4：P1、P2、P3信号同时分别连接到中央处理器(106)的输入输出端口IO1、IO2、IO3，其中，P1与IO1相连，P2与IO2相连，P3与IO3相连，当中央处理器(106)被唤醒后正常工作时，说明中央处理器(106)有收到唤醒信号，首先中央处理器(106)读IO1端口，如果IO1读取到低电平信号，说明唤醒信号是由定时采集信号P1产生，则进入步骤5；如果IO1没有读取到低电平信号，中央处理器(106)读IO2端口，如果IO2读取到低电平信号，说明唤醒信号是由按键采集信号P2产生，则进入步骤5；如果IO2端口也没有读取到低电平信号，中央处理器(106)读IO3端口，如果IO3读取到低电平信号，说明唤醒信号是由数据传输信号P3产生，进入步骤6；
步骤5：中央处理器(106)唤醒采样模块供电控制电路，进入数据采集中断服务子程序：
步骤5.1：中央处理器(106)通过输入输出通道IO4向采样模块供电控制电路(107)输出一个高电平信号LS1；
步骤5.2：采样模块供电控制电路(107)工作，向采样模块(108)供电；
步骤5.3：采样模块(108)接通电源后进行初始化，初始化完成后开始正常工作，进行数据采样；
步骤5.4：采样模块(108)控制A/D芯片进行采样和数据转换；
步骤5.5：采样模块(108)将转换后的采样数据通过串行总线RS485发送给中央处理器(106)；
步骤5.6：中央处理器(106)接收到采样数据后，将数据以循环队列的形式存储在存储器中；
步骤5.7：中央处理器(106)延时5s后，通过输入输出通道IO4向采样模块供电控制电路(107)输出一个低电平信号控制采样模块断电，中央处理器(106)设置为休眠模式；
步骤5.8：采样结束，进入步骤2；
步骤6：中央处理器(106)唤醒无线通讯模块(109)，进入数据传输中断服务子程序：
步骤6.1：中央处理器(106)通过输入输出通道IO5向无线通讯模块(109)复位引脚输出一个低电平信号LS2，无线模块开始工作；
步骤6.2：中央处理器(106)读取存储器中存放的采样模块(108)采集的数据，放入队列中；
步骤6.3：通过无线传输，中央处理器(106)将队列中的采样数据依次传输给无线通讯模块(109)，存储在无线通讯模块(109)的存储器中，传输完成后，将中央处理器(106)存储器中已传输给无线通讯模块(109)的数据删除；
步骤6.4：采样数据传输完毕，中央处理器(106)延时5s后设置为休眠模式；
步骤6.5：无线通讯模块(109)将存储器中的采样数据通过无线传输给手持终端(104)；
步骤6.6：无线通讯模块(109)延时5s后设置为休眠模式；
步骤6.7：数据传输流程结束，进入步骤2。
2.根据权利要求1所述的基于三级唤醒机制的煤矿巷道应变数据采集方法，其特征是，步骤5.2中采样模块供电控制电路(107)采用如下方法：
步骤5.2.1：利用三极管的放大作用增强驱动能力，采用NPN三极管驱动PMOS场效应管；
步骤5.2.2：利用PMOS管的开关特性，采用PMOS场效应管作为电源通断开关；
步骤5.2.3：三极管的基极输入电压Ui，Ui通过一个电阻连接到三极管的基极，三极管的发射极接地，三极管的集电极通过一个电阻连接到PMOS管的栅极，PMOS管的源极接电源VCC，PMOS管的漏极接采样模块的电源正极；
步骤5.2.4：当Ui为低电压时，由于基极没有电流，三极管集电极和发射极未导通，三极管的集电极为电源电压高电压，所以PMOS管源极和漏极未导通，采样模块没有电流，相当于采样模块电源断开；
步骤5.2.5：当Ui为高电压时，由于有基极有电流流动，三极管集电极和发射极导通，三极管的集电极为低电压，所以PMOS管源极和漏极导通，采样模块有电流，相当于采样模块电源通电。
3.根据权利要求1所述的基于三级唤醒机制的煤矿巷道应变数据采集方法，其特征是，步骤3.1中红外信号转换电路采用如下方法：
步骤3.1.1：红外信号发送到光敏二极管D上，光敏二极管D导通；
步骤3.1.2：光敏二极管D导通后使得三极管Q1门极电平变为高电平，三极管Q1导通，进行信号一级放大；
步骤3.1.3：三极管Q1导通后，使得三极管Q2门极为高电平，三极管Q2导通，进行信号二级放大；
步骤3.1.4：三极管Q2集电极的电平作为施密特触发器的输入，通过施密特触发器的电平稳定，输出标准的CMOS电平信号。
4.根据权利要求1所述的一种基于三级唤醒机制的煤矿巷道应变数据采集方法对应的数据采集装置，所述步骤1中的数据采集装置主要包括：RTC定时器(101)、采集按键(102)、红外接收器(103)、手持终端(104)、与门电路(105)、中央处理器(106)、采样模块供电控制电路(107)、采样模块(108)、无线通讯模块(109)，所述RTC定时器(101)采用定时器进行计时，定时器在达到设定计数时间后产生一个低电平脉冲的中断信号；所述采集按键(102)是当该按键按下时，产生一个低电平信号；所述红外接收器(103)用于接收红外信号，当收到红外信号时，通过红外信号转换电路产生一个低电平的脉冲信号；所述手持终端(104)用来发送红外信号给红外接收器(103)，并且进行采样数据传输；所述与门电路(105)采用74HC11芯片，是对RTC定时器(101)、采集按键(102)和红外接收器(103)产生的信号进行“与”操作，输出信号作为中央处理器(106)唤醒信号；所述中央处理器(106)采用STM32芯片，管理信号的接收与发送，以及数据的传输与存储；所述采样模块供电控制电路(107)通过输入输出通道的信号控制采样模块电源的通断；所述采样模块(108)包括采样芯片和A/D转换芯片以及RS485通信接口，用于数据的采集；所述无线通讯模块(109)采用FZB5300型号的zigbee模块，用于实现和手持终端(104)以及和中央处理器(106)之间无线数据传输功能。
5.根据权利要求4所述的数据采集装置，其特征在于，所述RTC定时器(101)输出端和与门电路(105)的输入端以及中央处理器(106)的输入输出通道IO0相连；所述采集按键(102)输出端和与门电路(105)的输入端以及中央处理器(106)的输入输出通道IO1相连；所述红外接收器(103)当接收到手持终端(104)发出的红外信号时，经过红外信号转换电路，红外信号转换电路的输出端和与门电路(105)的输入端以及中央处理器(106)的输入输出通道IO2相连；所述与门电路(105)的输出端和中央处理器(106)的外部中断引脚相连；所述中央处理器(106)的输入输出通道IO3和采样模块供电控制电路(107)控制端相连；所述采样模块供电控制电路(107)的输出和采样模块(108)的电源相连；所述中央处理器(106)的输入输出通道IO4和无线通讯模块(109)的复位引脚相连。
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