專利名稱：基于無線傳感網(wǎng)的礦井綜采支架壓力監(jiān)測裝置及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種無線傳感裝置，尤其涉及一種基于無線傳感網(wǎng)的礦井綜采支架壓力監(jiān)測裝置。
背景技術(shù)：
隨著煤礦開采深度和開采規(guī)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(huán)境極其惡劣，在工作面設(shè)備上很難有效的采用有線的方式檢測設(shè)備的運行狀態(tài)， 造成工作面主要設(shè)備，特別是移動設(shè)備的各項實施工況數(shù)據(jù)很難及時的傳送到地面監(jiān)控中心。對工作面支架壓力參數(shù)的實時監(jiān)測并在線傳輸?shù)降孛姹O(jiān)控中心，有助于實現(xiàn)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(guī)律，從而避免初撐力不足或工作阻力過大帶來的安全生產(chǎn)的隱患。然而到目前為止，國內(nèi)極少煤礦配備了對工作面工況和壓力監(jiān)測系統(tǒng)，但是這些監(jiān)測系統(tǒng)也很難實現(xiàn)真正的長時間監(jiān)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。

實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)采用有線方式進行壓力監(jiān)測的不足，提供一種基于無線傳感網(wǎng)的礦井綜采支架壓力監(jiān)測裝置。本實用新型采用以下技術(shù)方案一種基于無線傳感網(wǎng)的礦井綜采支架壓力監(jiān)測裝置，該監(jiān)測裝置包括依次信號連接的信號采集模塊、數(shù)據(jù)處理控制模塊、無線收發(fā)模塊、天線，以及為整個裝置供電的電源模塊；所述信號采集模塊的輸入端連接有至少一個壓力傳感器；信號采集模塊用于采集壓力傳感器傳輸?shù)膲毫π盘柌毫π盘杺鬏斀o數(shù)據(jù)處理控制模塊，數(shù)據(jù)處理控制模塊對壓力信號進行處理分析后，通過無線收發(fā)模塊及天線將數(shù)據(jù)無線傳輸給外部網(wǎng)關(guān)。作為第一種優(yōu)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(yōu)選方案，所述電源模塊為鋰電池。作為第三種優(yōu)選方案，所述監(jiān)測裝置的結(jié)構(gòu)采用子母板方式，無線收發(fā)模塊固定于子板上，數(shù)據(jù)處理控制模塊、信號采集模塊和電源模塊固定于母板上。作為第四種優(yōu)選方案，所述信號采集模塊通過接口與所述壓力傳感器連接。作為第五種優(yōu)選方案，所述無線收發(fā)模塊為中國頻段780MHz無線收發(fā)模塊。進一步地，所述監(jiān)測裝置還包括與數(shù)據(jù)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(jù)本實用新型的思路，還可得到一種礦井綜采支架壓力監(jiān)測系統(tǒng)，該監(jiān)測系統(tǒng)包括監(jiān)控中心，以及至少一個用于對礦井支架壓力進行實時監(jiān)測并將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸給監(jiān)控中心的壓力監(jiān)測裝置，所述壓力監(jiān)測裝置為以上所述任意一種礦井綜采支架壓力監(jiān)測裝置。本實用新型的礦井綜采支架壓力監(jiān)測裝置通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸壓力傳感器采集的礦井綜采支架壓力數(shù)據(jù)，克服了傳統(tǒng)有線監(jiān)控裝置存在的成本高、難度大、不安全等問題。
圖1為本實用新型的礦井綜采支架壓力監(jiān)測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實用新型的礦井綜采支架壓力監(jiān)測裝置的布局結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實用新型的無線收發(fā)模塊和數(shù)據(jù)處理控制模塊的接口電路圖；圖4為本實用新型的信號采集電路示意圖；圖5為本實用新型的信號處理流程圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型的技術(shù)方案進行詳細說明本實用新型的礦井綜采支架壓力監(jiān)測裝置，如附圖1所示，包括依次信號連接的壓力傳感器、信號采集模塊、數(shù)據(jù)處理控制模塊、無線收發(fā)模塊、天線，以及為整個裝置供電的電源模塊；信號采集模塊用于采集壓力傳感器傳輸?shù)膲毫π盘柌毫π盘杺鬏斀o數(shù)據(jù)處理控制模塊，數(shù)據(jù)處理控制模塊對壓力信號進行處理分析后，通過無線收發(fā)模塊及天線將數(shù)據(jù)無線傳輸給外部網(wǎng)關(guān)。除此之外，本具體實施方式
中，該監(jiān)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(shù)據(jù)處理控制模塊連接，當數(shù)據(jù)處理控制模塊發(fā)現(xiàn)監(jiān)測到的壓力數(shù)據(jù)異常時，可控制緊急事件報警模塊進行聲光報警，以便現(xiàn)場作業(yè)人員及時采取應(yīng)急措施。本具體實施方式
中，數(shù)據(jù)處理控制模塊采用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(zhí)行處理控制命令，耗能僅為5. 4μ A，內(nèi)部集成12位ADC。壓力傳感器采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(yīng)于礦井綜采面支架壓力采集。無線收發(fā)模塊采用中國頻段780MHz無線收發(fā)模塊，相比于常用的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，特別適用于礦井中各種障礙物較多的環(huán)境條件下。當然，也可采用現(xiàn)有的各種無線收發(fā)模塊，例如基于Zigbee的無線收發(fā)模塊。本具體實施方式
中，單片機STM8L151與無線收發(fā)模塊的接口電路如附圖3所示， 附圖3中引腳1-8為預(yù)留接口，是為其他頻率收發(fā)模塊預(yù)留以便定義不同控制信號的引腳， 在無需發(fā)送數(shù)據(jù)情況下，單片機STM8L151通過SLP引腳設(shè)置信號收發(fā)模塊進入睡眠模式， 盡可能降低能耗，在需要發(fā)送情況下通過SLP引腳設(shè)置信號收發(fā)模塊進入工作狀態(tài)。數(shù)據(jù)處理控制模塊和無線收發(fā)模塊通過高速SPI 口交換數(shù)據(jù)，保證了數(shù)據(jù)快速有效的接收和發(fā)送。本具體實施方式
中，信號采集模塊采用如附圖4所示的信號調(diào)理電路，該電路并非完整的實際電路，而是經(jīng)過簡化的電路來展示調(diào)理電路的基本結(jié)構(gòu)，陶瓷壓力傳感器內(nèi)部為橋式電路，在激勵電壓下，壓力信號轉(zhuǎn)化為微弱的電壓信號，電壓信號通過信號調(diào)理電路轉(zhuǎn)變?yōu)镾TM8L151可識別的電壓范圍，通過STM8L151內(nèi)部自帶的12位ADC將模擬電壓信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字電壓信號。信號采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(jié)構(gòu)可根據(jù)實際需要選擇。本實施方式中信號采集模塊包括多個預(yù)留的用于擴展傳感器的接口，便于同時接收和處理多個傳感器的信號。本具體實施方式
中，監(jiān)測裝置的結(jié)構(gòu)采用圖2所示的子母板方式，無線收發(fā)模塊固定于子板上，數(shù)據(jù)處理控制模塊、信號采集模塊和電源模塊固定于母板上。電源模塊采用鋰電池供電，電路布置在母板的底層，數(shù)據(jù)處理控制模塊和信號采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(shù)據(jù)處理控制模塊、 信號采集模塊和電源模塊，母板只需要通過接口連接相應(yīng)的子板和傳感器就可以在不同的環(huán)境要求下完成相應(yīng)的環(huán)境參數(shù)監(jiān)測和無線傳輸功能。子板上的無線收發(fā)模塊，可以是 780MHz的無線收發(fā)模塊，可以是頻率為868/915MHz、2. 4GHz的ZigBee無線收發(fā)模塊，還可以是2. 4GHz的WiFi無線收發(fā)模塊，可以根據(jù)實際使用需求準備多個裝有不同無線收發(fā)模塊的子板，本具體實施方式
中采用了在礦井綜采面具有較好無線傳輸性能的780MHz頻率的無線收發(fā)模塊。這種結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了母板的通用性，避免了不同監(jiān)控環(huán)境背景下需要重新設(shè)計整個電路的重復(fù)性工作，增強了母板的移植性，顯著縮短了開發(fā)的周期，提高了產(chǎn)品使用的靈活性。。圖5顯示了本具體實施方式
中，本實用新型進行礦井綜采支架壓力監(jiān)測的流程。 為了盡可能降低裝置能耗，該裝置平時處于睡眠狀態(tài)，通過預(yù)先設(shè)定的內(nèi)部定時器到時喚醒機制喚醒裝置進入工作狀態(tài)，喚醒后的處理器打開信號采集模塊進行壓力信號的采集， 處理器根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)進行比較分析判斷綜采支架壓力是否屬于正常工作狀態(tài)，如果綜采支架壓力屬于正常工作狀態(tài)，就將壓力信號保存并判斷用戶設(shè)置的定時發(fā)送時間到與否。如果時間到，數(shù)據(jù)處理控制模塊就通過無線收發(fā)模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送給無線網(wǎng)關(guān)，然后檢測無線信道是否有數(shù)據(jù)接收。有數(shù)據(jù)接收時，就通過無線收發(fā)模塊接收數(shù)據(jù)并執(zhí)行相應(yīng)的操作；沒有數(shù)據(jù)接收時，直接進入睡眠模式。如果用戶設(shè)置定時發(fā)送數(shù)據(jù)的時間未到，數(shù)據(jù)處理控制模塊就進入監(jiān)控無線信道有無數(shù)據(jù)接收階段。如果綜采支架壓力屬于非正常工作狀態(tài)，就立即啟動無線發(fā)射程序，并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(jiān)控無線信道有無數(shù)據(jù)接收階段。利用多個本實用新型的礦井綜采支架壓力監(jiān)測裝置及遠端的監(jiān)控中心，即可構(gòu)成無線網(wǎng)絡(luò)化的監(jiān)控系統(tǒng)，可以對多處作業(yè)現(xiàn)場的的礦井綜采支架壓力進行遠程無線監(jiān)控。本實用新型并不局限于上述實施方式，應(yīng)當指出，對于本領(lǐng)域普通的技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以作出若干變形和改進，均屬于本實用新型的保護范圍。
權(quán)利要求1.一種基于無線傳感網(wǎng)的礦井綜采支架壓力監(jiān)測裝置，其特征在于，該監(jiān)測裝置包括依次信號連接的信號采集模塊、數(shù)據(jù)處理控制模塊、無線收發(fā)模塊、天線，以及為整個裝置供電的電源模塊；所述信號采集模塊的輸入端連接有至少一個壓力傳感器；信號采集模塊用于采集壓力傳感器傳輸?shù)膲毫π盘柌毫π盘杺鬏斀o數(shù)據(jù)處理控制模塊，數(shù)據(jù)處理控制模塊對壓力信號進行處理分析后，通過無線收發(fā)模塊及天線將數(shù)據(jù)無線傳輸給外部網(wǎng)關(guān)。
2.如權(quán)利要求1所述基于無線傳感網(wǎng)的礦井綜采支架壓力監(jiān)測裝置，其特征在于，所述壓力傳感器為溫度補償型陶瓷壓力傳感器。
3.如權(quán)利要求1所述基于無線傳感網(wǎng)的礦井綜采支架壓力監(jiān)測裝置，其特征在于，所述電源模塊為鋰電池。
4.如權(quán)利要求1所述基于無線傳感網(wǎng)的礦井綜采支架壓力監(jiān)測裝置，其特征在于，所述監(jiān)測裝置的結(jié)構(gòu)采用子母板方式，無線收發(fā)模塊固定于子板上，數(shù)據(jù)處理控制模塊、信號采集模塊和電源模塊固定于母板上。
5.如權(quán)利要求1所述基于無線傳感網(wǎng)的礦井綜采支架壓力監(jiān)測裝置，其特征在于，所述信號采集模塊通過接口與所述壓力傳感器連接。
6.如權(quán)利要求5所述基于無線傳感網(wǎng)的礦井綜采支架壓力監(jiān)測裝置，其特征在于，所述信號采集模塊包括多個所述接口。
7.如權(quán)利要求1所述基于無線傳感網(wǎng)的礦井綜采支架壓力監(jiān)測裝置，其特征在于，所述無線收發(fā)模塊為中國頻段780MHz無線收發(fā)模塊。
8.如權(quán)利要求1所述基于無線傳感網(wǎng)的礦井綜采支架壓力監(jiān)測裝置，其特征在于，所述監(jiān)測裝置還包括與數(shù)據(jù)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。
9.一種礦井綜采支架壓力監(jiān)測系統(tǒng)，該監(jiān)測系統(tǒng)包括監(jiān)控中心，以及至少一個用于對礦井支架壓力進行實時監(jiān)測并將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸給監(jiān)控中心的壓力監(jiān)測裝置，其特征在于， 所述壓力監(jiān)測裝置為權(quán)利要求1一8中任意一項所述礦井綜采支架壓力監(jiān)測裝置。
專利摘要本實用新型公開了一種基于無線傳感網(wǎng)的礦井綜采支架壓力監(jiān)測裝置。該監(jiān)測裝置包括依次信號連接的信號采集模塊、數(shù)據(jù)處理控制模塊、無線收發(fā)模塊、天線，以及為整個裝置供電的電源模塊；所述信號采集模塊的輸入端連接有至少一個壓力傳感器；信號采集模塊用于采集壓力傳感器傳輸?shù)膲毫π盘柌毫π盘杺鬏斀o數(shù)據(jù)處理控制模塊，數(shù)據(jù)處理控制模塊對壓力信號進行處理分析后，通過無線收發(fā)模塊及天線將數(shù)據(jù)無線傳輸給外部網(wǎng)關(guān)。本實用新型還公開了一種礦井綜采支架壓力監(jiān)測系統(tǒng)。本實用新型通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸壓力傳感器采集的礦井綜采支架壓力數(shù)據(jù)，克服了傳統(tǒng)有線監(jiān)控裝置存在的成本高、難度大、不安全等問題。
文檔編號G01L5/00GK202049008SQ20112012434
公開日2011年11月23日 申請日期2011年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月26日
發(fā)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