基於無線傳感網的礦井綜採支架壓力監測裝置及系統的製作方法
2023-08-06 13:25:16 3
專利名稱：基於無線傳感網的礦井綜採支架壓力監測裝置及系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種無線傳感裝置，尤其涉及一種基於無線傳感網的礦井綜採支架壓力監測裝置。
背景技術：
隨著煤礦開採深度和開採規模的加大，工作面線纜很容易在移架過程中被切斷， 工作面環境極其惡劣，在工作面設備上很難有效的採用有線的方式檢測設備的運行狀態， 造成工作面主要設備，特別是行動裝置的各項實施工況數據很難及時的傳送到地面監控中心。對工作面支架壓力參數的實時監測並在線傳輸到地面監控中心，有助於實現對支架初撐力及工作阻力全面和實時的掌握，通過分析工作面周期來壓的規律，從而避免初撐力不足或工作阻力過大帶來的安全生產的隱患。然而到目前為止，國內極少煤礦配備了對工作面工況和壓力監測系統，但是這些監測系統也很難實現真正的長時間監測，且均是有線方式，這種有線方式需要布線、配電等，拆卸和施工量大等缺點。
發明內容
本發明所要解決的技術問題在於克服現有技術採用有線方式進行壓力監測的不足，提供一種基於無線傳感網的礦井綜採支架壓力監測裝置。本發明採用以下技術方案
一種基於無線傳感網的礦井綜採支架壓力監測裝置，該監測裝置包括依次信號連接的信號採集模塊、數據處理控制模塊、無線收發模塊、天線，以及為整個裝置供電的電源模塊； 所述信號採集模塊的輸入端連接有至少一個壓力傳感器；信號採集模塊用於採集壓力傳感器傳輸的壓力信號並將壓力信號傳輸給數據處理控制模塊，數據處理控制模塊對壓力信號進行處理分析後，通過無線收發模塊及天線將數據無線傳輸給外部網關。作為第一種優選方案，所述壓力傳感器為溫度補償型陶瓷壓力傳感器。作為第二種優選方案，所述電源模塊為鋰電池。作為第三種優選方案，所述監測裝置的結構採用子母板方式，無線收發模塊固定於子板上，數據處理控制模塊、信號採集模塊和電源模塊固定於母板上。作為第四種優選方案，所述信號採集模塊通過接口與所述壓力傳感器連接。作為第五種優選方案，所述無線收發模塊為中國頻段780MHz無線收發模塊。進一步地，所述監測裝置還包括與數據處理控制模塊連接的緊急事件告警模塊， 該緊急事件報警模塊包括報警燈和/或報警喇叭。根據本發明的思路，還可得到一種礦井綜採支架壓力監測系統，該監測系統包括監控中心，以及至少一個用於對礦井支架壓力進行實時監測並將監測數據傳輸給監控中心的壓力監測裝置，所述壓力監測裝置為以上所述任意一種礦井綜採支架壓力監測裝置。本發明的礦井綜採支架壓力監測裝置通過無線網絡傳輸壓力傳感器採集的礦井綜採支架壓力數據，克服了傳統有線監控裝置存在的成本高、難度大、不安全等問題。
圖1為本發明的礦井綜採支架壓力監測裝置的結構示意圖； 圖2為本發明的礦井綜採支架壓力監測裝置的布局結構示意圖； 圖3為本發明的無線收發模塊和數據處理控制模塊的接口電路圖； 圖4為本發明的信號採集電路示意圖5為本發明的信號處理流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的技術方案進行詳細說明
本發明的礦井綜採支架壓力監測裝置，如附圖1所示，包括依次信號連接的壓力傳感器、信號採集模塊、數據處理控制模塊、無線收發模塊、天線，以及為整個裝置供電的電源模塊；信號採集模塊用於採集壓力傳感器傳輸的壓力信號並將壓力信號傳輸給數據處理控制模塊，數據處理控制模塊對壓力信號進行處理分析後，通過無線收發模塊及天線將數據無線傳輸給外部網關。除此之外，本具體實施方式
中，該監測裝置還包括一個緊急事件告警模塊，該緊急事件報警模塊包括報警燈和報警喇叭，報警燈和報警喇叭分別與數據處理控制模塊連接，當數據處理控制模塊發現監測到的壓力數據異常時，可控制緊急事件報警模塊進行聲光報警，以便現場作業人員及時採取應急措施。本具體實施方式
中，數據處理控制模塊採用ST公司的8位超低功耗單片機 STM8L151，該型號單片機具有五種低功耗模式，在低功耗運行模式下，單片機依然低速執行處理控制命令，耗能僅為5. 4μ A，內部集成12位ADC。壓力傳感器採用溫度補償型陶瓷壓力傳感器，可靠性好，耐受壓力可達800bar，完全適應於礦井綜採面支架壓力採集。無線收發模塊採用中國頻段780MHz無線收發模塊，相比於常用的2. 4G、868/915MHz等無線通信頻率，780MHz無線信號由于波長較長，其穿越障礙物的能力較強，特別適用於礦井中各種障礙物較多的環境條件下。當然，也可採用現有的各種無線收發模塊，例如基於Zigbee的無線收發模塊。本具體實施方式
中，單片機STM8L151與無線收發模塊的接口電路如附圖3所示， 附圖3中引腳1-8為預留接口，是為其他頻率收發模塊預留以便定義不同控制信號的引腳， 在無需發送數據情況下，單片機STM8L151通過SLP引腳設置信號收發模塊進入睡眠模式， 儘可能降低能耗，在需要發送情況下通過SLP引腳設置信號收發模塊進入工作狀態。數據處理控制模塊和無線收發模塊通過高速SPI 口交換數據，保證了數據快速有效的接收和發送。本具體實施方式
中，信號採集模塊採用如附圖4所示的信號調理電路，該電路並非完整的實際電路，而是經過簡化的電路來展示調理電路的基本結構，陶瓷壓力傳感器內部為橋式電路，在激勵電壓下，壓力信號轉化為微弱的電壓信號，電壓信號通過信號調理電路轉變為STM8L151可識別的電壓範圍，通過STM8L151內部自帶的12位ADC將模擬電壓信號轉化為數字電壓信號。信號採集模塊通過接口與所述壓力傳感器連接，模塊的拆卸和更換十分方便，具體接口結構可根據實際需要選擇。本實施方式中信號採集模塊包括多個預留的用於擴展傳感器的接口，便於同時接收和處理多個傳感器的信號。本具體實施方式
中，監測裝置的結構採用圖2所示的子母板方式，無線收發模塊固定於子板上，數據處理控制模塊、信號採集模塊和電源模塊固定於母板上。電源模塊採用鋰電池供電，電路布置在母板的底層，數據處理控制模塊和信號採集模塊布置在母板的頂層，頂層提供了連接子板的接口。子板焊接在母板上。母板上集中了數據處理控制模塊、 信號採集模塊和電源模塊，母板只需要通過接口連接相應的子板和傳感器就可以在不同的環境要求下完成相應的環境參數監測和無線傳輸功能。子板上的無線收發模塊，可以是 780MHz的無線收發模塊，可以是頻率為868/915MHz、2. 4GHz的ZigBee無線收發模塊，還可以是2. 4GHz的WiFi無線收發模塊，可以根據實際使用需求準備多個裝有不同無線收發模塊的子板，本具體實施方式
中採用了在礦井綜採面具有較好無線傳輸性能的780MHz頻率的無線收發模塊。這種結構實現了母板的通用性，避免了不同監控環境背景下需要重新設計整個電路的重複性工作，增強了母板的移植性，顯著縮短了開發的周期，提高了產品使用的靈活性。。圖5顯示了本具體實施方式
中，本發明進行礦井綜採支架壓力監測的流程。為了儘可能降低裝置能耗，該裝置平時處於睡眠狀態，通過預先設定的內部定時器到時喚醒機制喚醒裝置進入工作狀態，喚醒後的處理器打開信號採集模塊進行壓力信號的採集，處理器根據採集到的數據和歷史數據進行比較分析判斷綜採支架壓力是否屬於正常工作狀態， 如果綜採支架壓力屬於正常工作狀態，就將壓力信號保存並判斷用戶設置的定時發送時間到與否。如果時間到，數據處理控制模塊就通過無線收發模塊將數據發送給無線網關，然後檢測無線信道是否有數據接收。有數據接收時，就通過無線收發模塊接收數據並執行相應的操作；沒有數據接收時，直接進入睡眠模式。如果用戶設置定時發送數據的時間未到，數據處理控制模塊就進入監控無線信道有無數據接收階段。如果綜採支架壓力屬於非正常工作狀態，就立即啟動無線發射程序，並通過聲光報警功能告警工作人員及時排除安全隱患， 同時進入監控無線信道有無數據接收階段。利用多個本發明的礦井綜採支架壓力監測裝置及遠端的監控中心，即可構成無線網絡化的監控系統，可以對多處作業現場的的礦井綜採支架壓力進行遠程無線監控。本發明並不局限於上述實施方式，應當指出，對於本領域普通的技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以作出若干變形和改進，均屬於本發明的保護範圍。
權利要求
1.一種基於無線傳感網的礦井綜採支架壓力監測裝置，其特徵在於，該監測裝置包括依次信號連接的信號採集模塊、數據處理控制模塊、無線收發模塊、天線，以及為整個裝置供電的電源模塊；所述信號採集模塊的輸入端連接有至少一個壓力傳感器；信號採集模塊用於採集壓力傳感器傳輸的壓力信號並將壓力信號傳輸給數據處理控制模塊，數據處理控制模塊對壓力信號進行處理分析後，通過無線收發模塊及天線將數據無線傳輸給外部網關。
2.如權利要求1所述基於無線傳感網的礦井綜採支架壓力監測裝置，其特徵在於，所述壓力傳感器為溫度補償型陶瓷壓力傳感器。
3.如權利要求1所述基於無線傳感網的礦井綜採支架壓力監測裝置，其特徵在於，所述電源模塊為鋰電池。
4.如權利要求1所述基於無線傳感網的礦井綜採支架壓力監測裝置，其特徵在於，所述監測裝置的結構採用子母板方式，無線收發模塊固定於子板上，數據處理控制模塊、信號採集模塊和電源模塊固定於母板上。
5.如權利要求1所述基於無線傳感網的礦井綜採支架壓力監測裝置，其特徵在於，所述信號採集模塊通過接口與所述壓力傳感器連接。
6.如權利要求5所述基於無線傳感網的礦井綜採支架壓力監測裝置，其特徵在於，所述信號採集模塊包括多個所述接口。
7.如權利要求1所述基於無線傳感網的礦井綜採支架壓力監測裝置，其特徵在於，所述無線收發模塊為中國頻段780MHz無線收發模塊。
8.如權利要求1所述基於無線傳感網的礦井綜採支架壓力監測裝置，其特徵在於，所述監測裝置還包括與數據處理控制模塊連接的緊急事件告警模塊，該緊急事件報警模塊包括報警燈和/或報警喇叭。
9.一種礦井綜採支架壓力監測系統，該監測系統包括監控中心，以及至少一個用於對礦井支架壓力進行實時監測並將監測數據傳輸給監控中心的壓力監測裝置，其特徵在於， 所述壓力監測裝置為權利要求1一8中任意一項所述礦井綜採支架壓力監測裝置。
全文摘要
本發明公開了一種基於無線傳感網的礦井綜採支架壓力監測裝置。該監測裝置包括依次信號連接的信號採集模塊、數據處理控制模塊、無線收發模塊、天線，以及為整個裝置供電的電源模塊；所述信號採集模塊的輸入端連接有至少一個壓力傳感器；信號採集模塊用於採集壓力傳感器傳輸的壓力信號並將壓力信號傳輸給數據處理控制模塊，數據處理控制模塊對壓力信號進行處理分析後，通過無線收發模塊及天線將數據無線傳輸給外部網關。本發明還公開了一種礦井綜採支架壓力監測系統。本發明通過無線網絡傳輸壓力傳感器採集的礦井綜採支架壓力數據，克服了傳統有線監控裝置存在的成本高、難度大、不安全等問題。
文檔編號G08C17/02GK102288345SQ201110104000
公開日2011年12月21日 申請日期2011年4月26日 優先權日2011年4月26日
發明者李振, 杜存功, 王東旭, 程玉才 申請人:南京瀚之顯電子科技有限公司