矿用多功能无线数据收发与信号转换系统装置.pdf

本发明提供一种矿用多功能无线数据收发与信号转换系统装置，包括MCU单片机、看门狗电路、时钟晶振电路、本安直流电源转换电路，其特征在于：所述MCU单片机的输出端连接模拟和数字制式信号转换电路的输入端，并且所述模拟和数字制式信号转换电路提供连接外部监控分站的数字接口和模拟接口，接收MCU单片机输出的控制信号，输出模拟信号和数字频率制式信号；所述通信转换电路的控制端与MCU单片机的输出端连接；同时所述通信转换电路提供连接外部监控分站的通讯信号接口；本发明具有传输质量稳定、成本低、功耗低、抗干扰性强、使用方便安全、适用范围广的特点，非常适合我国煤矿等矿山行业使用。

1、  一种矿用多功能无线数据收发与信号转换系统装置，包括MCU单片机(1)、看门狗电路(5)、时钟晶振电路(6)、本安直流电源转换电路(7)，所述看门狗电路(5)、时钟晶振电路(6)的输出端分别与MCU单片机(1)连接；本安直流电源转换电路(7)将外部本安电源配接设备提供的本安直流输入电压转换成电路单元需要的工作电压；
其特征在于：所述MCU单片机(1)的输出端连接模拟和数字制式信号转换电路(2)的输入端，所述模拟和数字制式信号转换电路(2)接收MCU单片机(1)输出的控制信号，提供连接外部监控分站的数字接口和模拟接口，输出模拟信号和数字频率制式信号；
所述通信转换电路(3)的控制端与MCU单片机(1)的输出端连接；所述通信转换电路(3)的第一输出端与MCU单片机(1)的信号接收端连接，所述通信转换电路(3)的第一输入端与MCU单片机(1)的信号发送端连接，所述通信转换电路(3)的第二输出端与RF无线模块电路(4)的第一信号接收端连接，所述通信转换电路(3)的第二输入端与RF无线模块电路(4)的第一信号发送端连接，同时所述通信转换电路(3)提供连接外部监控分站的通讯信号接口，所述通信转换电路(3)接收MCU单片机(1)输出的控制信号，实现MCU单片机(1)串口和RF无线模块电路(4)之间或者MCU单片机(1)串口和外部监控分站之间通信数据的接收和发送转换；
所述RF无线模块电路(4)的第二信号输入、输出端连接RF天线(8)，通过RF天线(8)接收和发送无线信号。

2、  根据权利要求1所述的矿用多功能无线数据收发与信号转换系统装置，其特征在于：所述模拟和数字制式信号转换电路(2)由模拟制式信号转换电路(11)和数字制式信号转换电路(10)构成，所述模拟制式信号转换电路(11)受所述MCU单片机(1)的控制，输出模拟信号，所述数字制式信号转换电路(10)受所述MCU单片机(1)的控制，输出数字频率制式信号。

3、  根据权利要求2所述的矿用多功能无线数据收发与信号转换系统装置，其特征在于：所述通信转换电路(3)包括差分数据线收发器
(U4)。

4、  根据权利要求3所述的矿用多功能无线数据收发与信号转换系统装置，其特征在于：所述RF无线模块电路(4)是433MHz或868MHz/915MHz系列低功耗、远距离无线数据传输模块，或者是Super-ZigBee系列低功耗、远距离无线收发模块。

5、  根据权利要求1、2、3或4所述的矿用多功能无线数据收发与信号转换系统装置，其特征在于：所述数字制式信号转换电路(10)包括光电耦合器(U9)，所述光电耦合器(U9)的其中一个输入端通过电阻(R5)连接本安直流电源转换电路(7)的输出端(VCC)，光电耦合器(U9)的另一个输入端连接MCU单片机(1)的一个输出端，所述光电耦合器(U9)的其中一个输出端通过电阻(R6)接电源，光电耦合器(U9)的另一输出端输出数字信号。

6、  根据权利要求5所述的矿用多功能无线数据收发与信号转换系统装置，其特征在于：所述模拟制式信号转换电路(11)包括光电耦合器(U14)和恒流源电路，所述光电耦合器(U14)的其中一个输入端通过电阻(R32)连接本安直流电源转换电路(7)的输出端(VCC)，光电耦合器(U14)的另一个输入端连接MCU单片机(1)的一个输出端，所述光电耦合器(U14)的其中一个输出端连接恒流源电路的输出端，光电耦合器(U14)的另一输出端输出模拟信号；所述恒流源电路的输入端连接MCU单片机(1)的其中一个输出端。

7、  根据权利要求4所述的矿用多功能无线数据收发与信号转换系统装置，其特征在于：所述恒流源电路由光电耦合器(U11)、电阻(R4、R11、R19、R25、R23、R26)、放大器(U10A)、三极管(Q2)构成，所述光电耦合器(U11)的其中一个输入端通过电阻(R11)连接本安直流电源转换电路(7)的输出端(VCC)，光电耦合器(U11)的另一个输入端连接MCU单片机(1)的一个输出端，所述光电耦合器(U11)的其中一个输出端连接电源，光电耦合器(U11)的另一个输出端通过电阻(R19)连接电源，并通过串联连接的电阻(R23、R25)连接本安直流电源转换电路(7)的输出端(VSS)，电阻(R23、R25)的连接节点接放大器(U10A)的正输入端，放大器(U10A)的负输入端连接三极管(Q2)的发射极，放大器(U10A)的输出端通过电阻(R4)连接三极管(Q2)的基极，三极管(Q2)的集电极连接光电耦合器(U14)的一个输出端，三极管(Q2)的发射极通过电阻(R26)接电源。

8、  根据权利要求1所述的矿用多功能无线数据收发与信号转换系统装置，其特征在于：所述MCU单片机(1)具有如下装置：
参数初始化装置：即对定时计数器、串口、I/O接口状态参数进行初始化的装置；
复位串口中断正常接收数据标志位的装置；
判断串口是否正确接收所需字节数据的装置：当串口没有正确接收到所需字节数据时，进行对应信号故障指示，当串口正确接收到所需字节数据时，进行CRC循环校验和处理；
CRC循环校验和处理装置；
数据转换输出及误差补偿装置；
数据转发及输出处理装置。

9、  根据权利要求8所述的一种矿用多功能无线数据收发与信号转换系统装置，其特征在于：所述MCU单片机(1)还具有看门狗信号控制装置。

10、  根据权利要求9所述的一种矿用多功能无线数据收发与信号转换系统装置，其特征在于：所述MCU单片机(1)还具有设备正常工作状态指示和对应信号故障指示装置。

矿用多功能无线数据收发与信号转换系统装置
技术领域
本发明涉及无线数据收发与信号转换，尤其涉及一种矿用多功能无线数据收发与信号转换系统装置。
背景技术
在某些特定工作环境下，由于不便布置通信电缆线，采用有线连接方式的传统矿山安全监测监控系统在出现冒顶等灾害情况下，其安全可靠性和适用性受到了严重挑战。因此，迫切需要采用无线通信方式改进现有矿山安全监测传感器及监测监控系统。传统矿井无线数据收发设备通常采用433MHz等更低频段RF技术，在矿井井下使用时抗干扰性能较差，接收灵敏度低，而且传输距离近。目前，基于ZigBee技术矿山无线监测监控数据传输系统及其产品虽已经开始面市，然而不足的是现有这些系统和产品往往是基于较为复杂完整的标准ZigBee协议直接实现的，没有根据应用需求进行通信机制简化和能量优化，而标准ZigBee网络协议带来的能耗和带宽开销通常较大，在矿井下直巷道不便于实现无线Mesh网络自愈功能，而且现有系统大多仅考虑了无线数据收发或者仅考虑了无线信号转换功能，或者根本没有考虑其和传统有线或者无线监控分站等设备关联的问题。传统分站接口设计采用不同模拟制式的信号接口，而现有的新设计的分站通常带有RS485等数字信号传输接口。传统无线数据收发装置或者信号转换电路装置不具备同时支持与这两种不同分站接口的功能；另外，现有无线数据收发产品支持的RF频段也往往仅限于某一种，如433MHz或2.4GHz或868/915MHz，不但没有综合考虑3种RF频段设备灵活切换使用和共同复用同一信号转换电路的问题，也没考虑降低信号转换电路设计复杂性和元器件的成本问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种多功能、低成本、低功耗且使用方便的一种矿用多功能无线数据收发与信号转换系统装置。
为了解决上述技术问题，根据本发明的第一个技术方案，提供一种矿用多功能无线数据收发与信号转换系统装置，包括MCU单片机、看门狗电路、时钟晶振电路、本安直流电源转换电路，所述看门狗电路、时钟晶振电路的输出端分别与MCU单片机连接；本安直流电源转换电路将外部本安电源配接设备提供的本安直流输入电压转换成电路单元需要的工作电压；
其特征在于：所述MCU单片机的输出端连接模拟和数字制式信号转换电路的输入端，并且所述模拟和数字制式信号转换电路提供连接外部监控分站的数字接口和模拟接口，接收MCU单片机输出的控制信号，输出模拟信号和数字频率制式信号；
所述通信转换电路的控制端与MCU单片机的输出端连接；所述通信转换电路的第一输出端与MCU单片机的信号接收端连接，所述通信转换电路的第一输入端与MCU单片机的信号发送端连接，所述通信转换电路的第二输出端与RF无线模块电路的第一信号接收端连接，所述通信转换电路的第二输入端与RF无线模块电路的第一信号发送端连接，同时所述通信转换电路提供连接外部监控分站的通讯信号接口，所述通信转换电路接收MCU单片机输出的控制信号，实现MCU单片机串口和RF无线模块电路之间或者MCU单片机串口和外部监控分站之间通信数据的接收和发送转换；
所述RF无线模块电路的第二信号输入、输出端连接RF天线，通过RF天线接收和发送无线信号。
根据本发明所述的矿用多功能无线数据收发与信号转换系统装置的一个优选方案，所述模拟和数字制式信号转换电路由模拟制式信号转换电路和数字制式信号转换电路构成，所述模拟制式信号转换电路受所述MCU单片机的控制，输出模拟信号，所述数字制式信号转换电路受所述MCU单片机的控制，输出数字频率制式信号。
根据本发明所述的矿用多功能无线数据收发与信号转换系统装置的一个优选方案，所述通信转换电路包括差分数据线收发器。
根据本发明所述的矿用多功能无线数据收发与信号转换系统装置的一个优选方案，所述RF无线模块电路是433MHz或868MHz/915MHz系列低功耗、远距离无线数据传输模块，或者是Super-ZigBee系列低功耗、远距离无线收发模块，在矿井坑道使用时抗干扰性强，且无线传输距离远，还支持和井下工作面瓦斯检测等无线监测传感器、无线监控分站等设备的信号接口和关联。
根据本发明所述的矿用多功能无线数据收发与信号转换系统装置的一个优选方案，所述数字制式信号转换电路包括光电耦合器U9，所述光电耦合器U9的其中一个输入端通过电阻R5连接本安直流电源转换电路的输出端VCC，光电耦合器U9的另一个输入端连接MCU单片机的一个输出端，所述光电耦合器U9的其中一端通过电阻R6接电源，光电耦合器U9的输出端输出数字信号。
根据本发明所述的矿用多功能无线数据收发与信号转换系统装置的一个优选方案，所述模拟制式信号转换电路包括光电耦合器U14和恒流源电路，所述光电耦合器U14的其中一个输入端通过电阻R32连接本安直流电源转换电路的输出端VCC，光电耦合器U14的另一个输入端连接MCU单片机的一个输出端，所述光电耦合器U14的其中一个输出端连接恒流源电路的输出端，光电耦合器U14的另一输出端输出模拟信号；所述恒流源电路的输入端连接MCU单片机的其中一个输出端。
根据本发明所述的矿用多功能无线数据收发与信号转换系统装置的一个优选方案，所述恒流源电路由光电耦合器U11、电阻R4、R11、R19、R25、R23、R26、放大器U10A、三极管Q2构成，所述光电耦合器U11的其中一个输入端通过电阻R11连接本安直流电源转换电路的输出端VCC，光电耦合器U11的另一个输入端连接MCU单片机的一个输出端，所述光电耦合器U11的其中一个输出端连接电源，光电耦合器U11的另一个输出端通过电阻R19连接电源，并通过串联连接的电阻R23、R25连接本安直流电源转换电路的输出端VSS，电阻R23、R25的连接节点接放大器U10A的正输入端，放大器U10A的负输入端连接三极管Q2的发射极，放大器U10A的输出端通过电阻R4连接三极管Q2的基极，三极管Q2的集电极连接光电耦合器U14的一个输出端，三极管Q2的发射极通过电阻R26接电源。
本发明采用了成本最低和较少的元器件实现了0mA/1mA/5mA三态矿井模拟制式信号自适应恒流源复合电路，并通过软件控制来实现三种不同制式信号转换。
所述MCU单片机具有如下装置：
参数初始化装置：即对定时计数器、串口、I/O接口状态参数进行初始化的装置；
复位串口中断正常接收数据标志位的装置；
判断串口是否正确接收所需字节数据的装置，当串口没有正确接收到所需字节数据时，进行对应信号故障指示，当串口正确接收到所需字节数据时，进行CRC循环校验和处理；
CRC循环校验和处理装置；
数据转换输出及误差补偿装置；由于单片机晶振频率和定时器定时计数精度等原因，造成实际输出的信号频率在一定范围内的误差，需要采用误差和精度补偿算法加以修正；
数据转发及输出处理装置。
根据本发明所述的矿用多功能无线数据收发与信号转换系统装置的一个优选方案，所述MCU单片机还具有外部看门狗信号控制装置：为便于在MCU单片机程序运行紊乱时能够得到有效复位，需要对MCU单片机进行外部看门狗信号控制。
根据本发明所述的矿用多功能无线数据收发与信号转换方法的一个优选方案，所述MCU单片机还具有设备正常工作状态指示和对应信号故障指示装置。
本发明所述的矿用多功能无线数据收发与信号转换系统装置和方法的有益效果是：本发明采用基于多跳无线Mesh网络和Super-ZigBee等低功耗、远距离无线数据传输技术，在保证相同矿井环境无线传输距离和带宽前提下，能实现更低的系统装置成本和功耗，本发明还能够利用无线Mesh网络技术对通信故障进行自愈处理；能够支持433MHz、868/915MHz和2.4GHz三种频段RF模块切换并共同使用同一通信转换电路，通过软件程序设置不仅能够与矿井瓦斯、CO、温度和湿度、风力、水位、电力等监测传感器配套使用，还能够与传统有线或者无线监控分站等设备配合使用，也可以与另一个矿用多功能无线数据收发与信号转换系统装置进行级联配套使用，以实现无线数据多跳中继传输，因此，极大地提高了该系统装置产品应用领域和不同恶劣环境的适应性能，同时，本发明具有传输质量稳定、成本低、功耗低、抗干扰性强，且无线传输距离远、使用方便安全、适用范围广的特点，非常适合我国煤矿等矿山行业使用，具有极大的经济效益和社会效益。
附图说明
图1是本发明所述的矿用多功能无线数据收发与信号转换系统装置的原理框图。
图2是本发明所述的MCU单片机1、模拟和数字制式信号转换电路2、通信转换电路3、看门狗电路5、时钟晶振电路6的电路原理图。
图3是本发明所述的本安直流电源转换电路7和显示电路9的电路原理图。
图4是本发明所述的MCU单片机1的程序流程框图。
具体实施方式
参见图1，本发明所述的矿用多功能无线数据收发与信号转换系统装置，由MCU单片机1、模拟和数字制式信号转换电路2、通信转换电路3、RF无线模块电路4、看门狗电路5、时钟晶振电路6、本安直流电源转换电路7、RF天线8、显示电路9构成；所述看门狗电路5、时钟晶振电路6的输出端分别与MCU单片机1连接；所述MCU单片机1的输出端连接模拟和数字制式信号转换电路2的输入端，所述模拟和数字制式信号转换电路2接收MCU单片机1输出的控制信号，提供连接外部监控分站的数字接口和模拟接口，输出模拟信号和数字频率制式信号；所述通信转换电路3的控制端与MCU单片机1的输出端连接；所述通信转换电路3的第一输出端与MCU单片机1的信号接收端连接，所述通信转换电路3的第一输入端与MCU单片机1的信号发送端连接，所述通信转换电路3的第二输出端与RF无线模块电路4的第一信号接收端连接，所述通信转换电路3的第二输入端与RF无线模块电路4的第一信号发送端连接，同时所述通信转换电路3提供连接外部监控分站的通讯信号接口，所述通信转换电路3接收MCU单片机1输出的控制信号，实现MCU单片机1串口和RF无线模块电路4之间或者MCU单片机1串口和外部监控分站之间通信数据的接收和发送转换；所述RF无线模块电路4的第二信号输入、输出端连接RF天线8，通过RF天线8接收和发送无线信号；显示电路9的输入端连接MCU单片机1的输出端；所述本安直流电源转换电路7将外部本安电源配接设备提供本安直流输入电压转换成电路单元需要的工作电压。
在本实施例中，所述模拟和数字制式信号转换电路2由模拟制式信号转换电路11和数字制式信号转换电路10构成，所述模拟制式信号转换电路11受所述MCU单片机1的控制，输出模拟信号，所述数字制式信号转换电路10受所述MCU单片机1的控制，输出数字频率制式信号。
参见图2，在本实施例中，所述MCU单片机1采用MCS51系列单片机，MCS51系列单片机具有成本低、可靠性高等优点。MCU单片机1通过串口中断方式和通信转换电路3实现与RF模块电路之间的通信和收发数据透明传输及处理，并判断是否正确接收，并通过面板指示灯给出相应工作状态指示；MCU单片机1也通过串口中断方式实现与传统监控分站之间RS485数字通信，负责将其接收到的数据通过模拟制式信号转换电路输出到外接的分站设备。此外，MCU单片机甚至可根据用户需求将正确接收到的数据通过RF模块电路直接无线转发到其他矿用无线数据收发与信号转换器，以实现数据无线Mesh多跳中继传输，直到和传统有线连接的监控分站直接连接或者和新型无线分站直接通信。
其中，所述通信转换电路3包括差分数据线收发器U4，在本实施例中，差分数据线收发器U4采用SN75LBC或SN65LBC具有瞬变电压抑制功能的高速转换芯片，它们带有内置高能量瞬变噪声保护装置，允许在总线上挂接最多128个类似器件。在差分数据线收发器U4的A、B端通过接插件J4与RF无线模块电路4连接；差分数据线收发器U4的RE端和DE端同时与MCU单片机1的输出端P27引脚连接，差分数据线收发器U4的R0端与MCU单片机1的数据接收端RXD引脚连接，差分数据线收发器U4的DI端与MCU单片机1的数据发送端TXD引脚连接，所述MCU单片机1通过P27引脚电平控制差分数据线收发器U4完成MCU单片机1串口与RF无线模块电路4之间或者是MCU单片机1串口与外部监控分站之间通信数据的接收RXD和发送TXD转换。同时，所述通信转换电路3的485-和485+端可以通过接插件J4与外部监控分站连接，并由跳线S1、S2控制。
在本实施例中，所述RF无线模块电路4可根据用户需求选择以GFSK调制技术为核心的433MHz或868MHz/915MHz系列低功耗、远距离无线数传模块，或选择以DSSS技术为核心的Super-ZigBee系列低功耗、远距离无线收发模块。RF无线模块电路4通过通信转换电路3与MCU单片机1通信。当其通过透明传输通信协议从空中无线接收数据后，再利用本系统定制协议实现与MCU单片机1之间的通信和数据处理。
在本实施例中，所述数字制式信号转换电路10由光电耦合器U9、U8，电阻R5～R8构成，其中，所述光电耦合器U9的其中一个输入端通过电阻R5连接本安直流电源转换电路7的输出端VCC，光电耦合器U9的另一个输入端接MCU单片机1的一个输出端P12，所述光电耦合器U9的其中一个输出端通过电阻R6接电源，光电耦合器U9的另一输出端输出数字信号；所述光电耦合器U8的其中一个输入端通过电阻R8连接本安直流电源转换电路7的输出端VCC，光电耦合器U8的另一个输入端接MCU单片机1的一个输出端P11，所述光电耦合器U8的其中一个输出端通过电阻R7接电源，光电耦合器U8的另一输出端输出数字信号。
在本实施例中，所述模拟制式信号转换电路11由光电耦合器U11由光电耦合器U11～U14、电阻R1、R4、R11、R19～R27、R31、R32、放大器U10A、U10B、三极管Q1、Q2构成。
其中，所述光电耦合器U14的其中一个输入端通过电阻R32连接本安直流电源转换电路7的输出端VCC，光电耦合器U14的另一个输入端接MCU单片机1的一个输出端P16，所述光电耦合器U14的其中一个输出端连接三极管Q2的集电极，光电耦合器U14的另一输出端输出模拟信号。
其中，所述光电耦合器U13的其中一个输入端通过电阻R31连接本安直流电源转换电路7的输出端VCC，光电耦合器U13的另一个输入端接MCU单片机1的一个输出端P15，所述光电耦合器U13的其中一个输出端连接三极管Q1的集电极，光电耦合器U13的另一输出端输出模拟信号。
其中，所述光电耦合器U11、电阻R4、R11、R19、R25、R23、R26、放大器U10A、三极管Q2构成恒流源电路，所述光电耦合器U11的其中一个输入端通过电阻R11接本安直流电源转换电路7的输出端VCC，光电耦合器U11的另一个输入端接MCU单片机1的一个输出端P13，所述光电耦合器U11的其中一个输出端连接电源，光电耦合器U11的另一个输出端通过电阻R19连接电源，并通过串联连接的电阻R23、R25连接本安直流电源转换电路7的输出端VSS，电阻R23、R25的连接节点接放大器U10A的正输入端，放大器U10A的负输入端连接三极管Q2的发射极，放大器U10A的输出端通过电阻R4连接三极管Q2的基极，三极管Q2的集电极连接光电耦合器U14的一个输出端，三极管Q2的发射极通过电阻R26接电源。
所述光电耦合器U12、电阻R1、R20～R22、R24、R27、放大器U10B、三极管Q1构成另一个恒流源电路，电路连接关系不累述。
通常，煤矿井下大多数检测传感器设备采用1mA/5mA二态传输制式或者5mA/1mA/0mA三态模拟传输制式信号电路和分站相连接。所述模拟制式信号转换电路11的工作原理及实现方法如下：当MCU单片机1程序将MCU单片机1输出端P16置1时，MCU单片机1的P16输出引脚输出高电平，光电耦合器U14不导通，则提供连接外部监控分站的模拟信号接口输出端S_ONOFF端的输出电流为约0mA状态；反之，当MCU单片机1程序将MCU单片机1输出端P16置0时，MCU单片机1的P16输出引脚输出低电平，光电耦合器U14导通，则提供连接外部监控分站的模拟信号接口输出端S_ONOFF端的输出状态由MCU单片机1的P13输出引脚输出电平来决定；当MCU单片机1程序将MCU单片机1的输出端P13置1时，MCU单片机1的P13输出引脚输出高电平，光电耦合器U11不导通，则通过恒流源电路中的三极管Q2输出约1mA电流，则提供连接外部监控分站的模拟信号接口输出端S_ONOFF端的输出电流为约1mA。当MCU单片机1程序将MCU单片机1的输出端P13置0时，MCU单片机1的P13输出引脚输出低电平，光电耦合器U11导通，则通过衡流源电路中的三极管Q2输出约5mA电流，则提供连接外部监控分站的模拟信号接口输出端S_ONOFF端输出电流为约5mA。
所述数字制式信号转换电路10的工作原理是：通过MCU单片机1程序控制内部定时计数器，并通过MCU单片机1的P11、P12输出引脚输出高低电平分别控制光电耦合器U8、U9开闭，从而控制连接外部监控分站的数字信号输出端V_bat端和C_CH4端。
参见图2，所述看门狗电路5包括芯片U7，芯片U7可以选择MAX813L，其中MCU单片机1通过程序控制其P17引脚周期输出喂狗信号电平。
为了便于设备在矿井安装灵活和方便，所述RF天线8采用无源RF车载全向天线或定向天线，便于矿山井下各种复杂环境安装使用，天线增益约为5～10db，最多可支持16个无线信道。矿用无线数据收发与信号转换系统装置外壳采用了GB4208-93中IP54的防护等级设计，选用硬度较高的不锈钢材料。
参见图3，图3是本发明所述的本安直流电源转换电路7和显示电路9的电路原理图。
参见图4，一种矿用多功能无线数据收发与信号转换系统装置，其中，所述MCU单片机1具有如下装置：
参数初始化装置，即对定时计数器、串口、I/O接口状态参数进行初始化的装置；
复位串口中断正常接收数据标志位的装置：根据组网需要，可将通信引导符设置为系统装置的网络ID标识号；
判断串口是否正确接收所需字节数据的装置：当串口没有正确接收到所需字节数据时，进行对应信号故障指示，当串口正确接收到所需字节数据时，进行CRC循环校验和处理；
CRC循环校验和处理装置；考虑到矿井监测和监控数据传输的实时性和可靠性，其中可以采用处理速度较快的8位CRC循环校验方法，生成多项式采用x^7+x^4+x^3+x^0或者x^7+x^3+x^2+x^0两种可选方式；
数据转换输出及误差补偿装置；由于单片机晶振频率和定时器定时计数精度等原因，造成实际输出的信号频率在一定范围内的误差，需要采用误差和精度补偿算法加以修正；
数据转发及输出处理装置；
看门狗信号控制装置：为便于在MCU单片机1程序运行紊乱时能够得到有效复位，需要对MCU单片机1进行外部看门狗信号控制；
设备正常工作状态指示和对应信号故障指示装置。
所述MCU单片机1执行如下步骤：
第一步：参数初始化，即对定时计数器、串口、I/O接口状态参数进行初始化；
第二步：复位串口中断正常接收数据标志位；如根据组网需要，可将通信引导符设置为系统装置的网络ID标识号；
第三步：判断串口是否正确接收所需字节数据；当串口没有正确接收到所需字节数据时，进行对应信号故障指示，然后进行外部看门狗信号控制和返回到第二步骤；当串口正确接收到所需字节数据时，进入第四步；
第四步：CRC循环校验和处理；考虑到矿井监测和监控数据传输的实时性和可靠性，其中可以采用处理速度较快的8位CRC循环校验方法，生成多项式采用x^7+x^4+x^3+x^0或者x^7+x^3+x^2+x^0两种可选方式；
第五步：数据转换输出及误差补偿；由于单片机晶振频率和定时器定时计数精度等原因，造成实际输出的信号频率在一定范围内的误差，需要采用误差和精度补偿算法加以修正；
第六步：数据转发及输出处理；
第七步：设备正常工作状态指示，然后返回第二步。