一種基于cc1101的礦井提升機(jī)無線傳感網(wǎng)絡(luò)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于CC1101的礦井提升機(jī)無線傳感網(wǎng)絡(luò)，其特征在于：所述系統(tǒng)包括若干礦井提升機(jī)狀態(tài)監(jiān)測傳感器、CC1101無線發(fā)射模塊、CC1101無線接收模塊、控制器STM32和上位機(jī)。所述提升機(jī)監(jiān)測傳感器實時監(jiān)測提升機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，所述CC1101無線發(fā)射模塊將信號以無線方式發(fā)射出去，所述CC1101無線接收模塊接受相對應(yīng)的CC1101無線發(fā)射模塊發(fā)出的信號，CC1101無線接收模塊將采集到的提升機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)信號發(fā)送到控制器STM32。所述控制器STM32模塊將信號進(jìn)行處理和分析后，得到提升機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，并傳送至上位機(jī)。所述上位機(jī)用來顯示采集到的各種提升機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)信息，并生成各種報表保存到數(shù)據(jù)庫。
【專利說明】—種基于CC1101的礦井提升機(jī)無線傳感網(wǎng)絡(luò)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種基于CCllOl的礦井提升機(jī)無線傳感網(wǎng)絡(luò)，屬于煤礦安全領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]礦井提升機(jī)是煤礦生產(chǎn)中非常重要的運(yùn)輸工具，其安全高效的運(yùn)行是煤礦生產(chǎn)和從業(yè)人員生命安全的保證。現(xiàn)代礦井提升機(jī)的生產(chǎn)效率越來越高，機(jī)械結(jié)構(gòu)也日趨復(fù)雜，設(shè)備中不同部分之間的相互關(guān)系、耦合也更加緊密，一個部件出現(xiàn)故障，將引起整個生產(chǎn)流程的中斷。在《煤礦安全規(guī)程》和《煤礦機(jī)電設(shè)備完好標(biāo)準(zhǔn)》對提升機(jī)的安全有明確規(guī)定，要求對正常生產(chǎn)的提升機(jī)定期停機(jī)進(jìn)行技術(shù)測定。及早發(fā)現(xiàn)故障征兆，做到防患未然，保證提升機(jī)安全、可靠地運(yùn)行。
[0003]傳統(tǒng)的提升機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)大多采樣狀態(tài)監(jiān)測傳感器在各監(jiān)測點進(jìn)行狀態(tài)檢測并通過有線傳輸至上位機(jī)，由專人每天定時采集各點的狀態(tài)數(shù)據(jù)。由于煤礦現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜，在傳感器數(shù)量較多時，采用有線傳輸，現(xiàn)場的安裝調(diào)試難度大，同時系統(tǒng)維護(hù)難度也加大了。
[0004]本實用新型針對傳統(tǒng)的提升機(jī)監(jiān)測方法的不足，提出一種基于CCllOl的礦井提升機(jī)無線傳感網(wǎng)絡(luò)。礦井提升機(jī)的各個傳感器與控制器之間通過無線傳輸，形成了礦井提升機(jī)的無線傳感網(wǎng)絡(luò)，改變了礦井提升機(jī)現(xiàn)場的通信方式。將原來傳統(tǒng)的布線式傳感網(wǎng)絡(luò)，變?yōu)橐环N可靠、穩(wěn)定的無線傳感網(wǎng)絡(luò)。解決了現(xiàn)場傳感器布線難的問題，降低了現(xiàn)場環(huán)境的復(fù)雜度，保證了煤礦現(xiàn)場更加安全穩(wěn)定的運(yùn)行?？蓪崿F(xiàn)對礦井提升機(jī)的長期實時在線智能監(jiān)控，減少或避免煤礦事故的發(fā)生。
實用新型內(nèi)容
[0005]本實用新型的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種基于CCllOl的礦井提升機(jī)無線傳感網(wǎng)絡(luò)。
[0006]本實用新型公開了一種基于CCllOl的礦井提升機(jī)無線傳感網(wǎng)絡(luò)，其特征在于:所述系統(tǒng)包括若干礦井提升機(jī)狀態(tài)監(jiān)測傳感器、CCllOl無線發(fā)射模塊、CCllOl無線接收模塊、控制器STM32和上位機(jī)。所述提升機(jī)監(jiān)測傳感器實時監(jiān)測提升機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，所述CCllOl無線發(fā)射模塊將信號以無線方式發(fā)射出去，所述CCllOl無線接收模塊接受相對應(yīng)的CCllOl無線發(fā)射模塊發(fā)出的信號，CCllOl無線接收模塊將采集到的提升機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)信號發(fā)送到控制器STM32。所述控制器STM32模塊將信號進(jìn)行處理和分析后，得到提升機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，并傳送至上位機(jī)。所述上位機(jī)用來顯示采集到的各種提升機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)信息，并生成各種報表保存到數(shù)據(jù)庫。
[0007]所述監(jiān)測傳感器為礦用狀態(tài)檢測傳感器，為模擬量輸出。和無線傳輸模塊一起來實現(xiàn)包括電流、轉(zhuǎn)速、電機(jī)振動、制動系統(tǒng)液壓站油壓、油溫和閘瓦間隙等參數(shù)的分布式無線感知。
[0008]所述CCllOl無線發(fā)射模塊包括高速單片機(jī)STM32和CCllOl無線發(fā)射模塊，其功能是將監(jiān)測傳感器信號通過無線方式傳輸。采用TI公司的CCllOl芯片制作的模塊制作，一般是工作在433M，最高傳輸速率可達(dá)500Kbps。具有高效的SPI串行編程接口，可用IO口模擬SPI時序，也可以用MCU的SPI 口，空曠傳輸距離300到500米，適合在礦井提升機(jī)現(xiàn)場使用。首先將傳感器信號接入高速單片機(jī)AD采樣通道，高速單片機(jī)將轉(zhuǎn)換的數(shù)字量通過無線發(fā)射模塊發(fā)射出去。無線接收模塊接受傳輸過來的數(shù)字信號，并通過高速單片機(jī)的DA單元轉(zhuǎn)換為模擬量，作為無線接受模塊的輸出。
[0009]所述CCllOl無線接收模塊包括高速單片機(jī)STM32和CCllOl無線接收模塊，其功能是將監(jiān)測傳感器信號通過無線方式傳輸。
[0010]所述控制器和上位機(jī)分別為基于ARM Cortex-M3內(nèi)核的高速單片機(jī)和工控機(jī)，控制器內(nèi)部嵌入2個16通道12位的us級的A/D轉(zhuǎn)換器，主頻高達(dá)72MHz，是一款低功耗高性能的微處理器。用來實現(xiàn)信號的轉(zhuǎn)換、處理和與上位機(jī)通信，是整個礦井提升機(jī)無線傳感網(wǎng)絡(luò)的“大腦”。
[0011]本實用新型的優(yōu)點在于:本實用新型所述的一種基于CCllOl的礦井提升機(jī)無線傳感網(wǎng)絡(luò)，取代了傳統(tǒng)的布線式傳感網(wǎng)絡(luò)。采用CCllOl無線發(fā)射和接收模塊，實現(xiàn)傳感器信號的無線采集，提高了煤礦現(xiàn)場的可靠性和安全性。本實用新型所采用的CCllOl無線發(fā)射和接收模塊，具有傳輸距離遠(yuǎn)、傳輸功耗低和穩(wěn)定性高等特點。整個礦井提升機(jī)無線傳感網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)相比，解決了現(xiàn)場安裝調(diào)試難的問題，降低了現(xiàn)場環(huán)境的復(fù)雜度，實現(xiàn)了煤礦現(xiàn)場更加安全穩(wěn)定的運(yùn)行。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為無線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
[0013]圖2為CCllOl無線發(fā)射模塊結(jié)構(gòu)圖。
[0014]圖3為CCllOl無線接收模塊結(jié)構(gòu)圖。
[0015]圖4為CCllOl射頻芯片原理圖。
[0016]圖5為控制單元STM32原理圖。
【具體實施方式】
[0017]以下結(jié)合說明書附圖，對本實用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0018]如圖1所示為基于CCllOl的礦井提升機(jī)無線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，系統(tǒng)由若干監(jiān)測傳感器、若干無線發(fā)射模塊、若干無線接收模塊、一個控制單元和上位機(jī)組成。每個監(jiān)測傳感器主要完成提升機(jī)某個運(yùn)行狀態(tài)的實時測量，無線發(fā)射模塊將相對應(yīng)的監(jiān)測傳感器采集到的實時信號通過無線方式發(fā)送出去。無線接收模塊接收相對應(yīng)的無線發(fā)射模塊發(fā)出的信號，并通過串口發(fā)送至控制單元，實現(xiàn)了監(jiān)測傳感器信號和控制單元之間的無線傳輸。控制單元將所有監(jiān)測傳感器上傳的礦井提升機(jī)狀態(tài)信息進(jìn)行處理和分析，作為判斷礦井提升機(jī)是否穩(wěn)定的依據(jù)，并在上位機(jī)顯示。
[0019]本實用新型所述的基于CCllOl的礦井提升機(jī)無線傳感網(wǎng)絡(luò)，信號通過無線方式進(jìn)行通信，因而可以顯著減少礦井提升機(jī)現(xiàn)場環(huán)境的復(fù)雜度，從而在很大程度上提高了提升機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性及可靠性。
[0020]如圖2所示為CCllOl無線發(fā)射模塊結(jié)構(gòu)圖。[0021]所述的CCllOl無線發(fā)射模塊完成對相應(yīng)的監(jiān)測傳感器信號的無線傳輸，包括CCllOl射頻芯片、AD轉(zhuǎn)換模塊、高速單片機(jī)STM32、監(jiān)測傳感器模擬輸入接口。
[0022]所述A/D轉(zhuǎn)換模塊把來自監(jiān)測傳感器的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，方便STM32對監(jiān)測傳感器信息進(jìn)行處理。
[0023]所述高速單片機(jī)STM32基于專為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應(yīng)用專門設(shè)計的ARM Cortex-M3內(nèi)核。按性能分成兩個不同的系列:STM32F103 “增強(qiáng)型”系列和STM32F101 “基本型”系列。增強(qiáng)型系列時鐘頻率達(dá)到72MHz，是同類產(chǎn)品中性能最高的產(chǎn)品；基本型時鐘頻率為36MHz，以16位產(chǎn)品的價格得到比16位產(chǎn)品大幅提升的性能，是16位產(chǎn)品用戶的最佳選擇。兩個系列都內(nèi)置32K到128K的閃存，不同的是SRAM的最大容量和外設(shè)接口的組合。時鐘頻率72MHz時，從閃存執(zhí)行代碼，STM32功耗36mA，是32位市場上功耗最低的產(chǎn)品，相當(dāng)于0.5mA/MHz。為了滿足無線傳輸對控制器速度的要求，本系統(tǒng)采用增強(qiáng)型的 STM32F103VET6。
[0024]如圖3所示為CCllOl無線接收模塊結(jié)構(gòu)圖，包括CCllOl射頻芯片、高速單片機(jī)STM32 和 SPI 接口。
[0025]所述CCllOl射頻芯片、STM32和圖2中內(nèi)容相同。
[0026]所述SPI接口:無線接收模塊通過SPI接口與主控制器相連，實現(xiàn)串口通信。
[0027]如圖4所示為CCllOl射頻芯片原理圖。
[0028]所述CCllOl射頻芯片是低成本的IGHz以下的無線收發(fā)器，為極低功耗的無線應(yīng)用而設(shè)計。電路主要設(shè)計為ISM(工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療)和SRD (短距離設(shè)備)，頻段在315、433、868和9151取/，但是可以很容易的編程，使之工作在其他頻率，在300-34811取，387-464皿取和 779-928MHz 頻段。
[0029]如圖5所示為控制單元STM32原理圖。
[0030]所述STM32基于專為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應(yīng)用專門設(shè)計的ARMCortex-M3內(nèi)核。按性能分成兩個不同的系列:STM32F103 “增強(qiáng)型”系列和STM32F101 “基本型”系列。增強(qiáng)型系列時鐘頻率達(dá)到72MHz，是同類產(chǎn)品中性能最高的產(chǎn)品；基本型時鐘頻率為36MHz，以16位產(chǎn)品的價格得到比16位產(chǎn)品大幅提升的性能，是16位產(chǎn)品用戶的最佳選擇。兩個系列都內(nèi)置32K到128K的閃存，不同的是SRAM的最大容量和外設(shè)接口的組合。時鐘頻率72MHz時，從閃存執(zhí)行代碼，STM32功耗36mA，是32位市場上功耗最低的產(chǎn)品，相當(dāng)于0.5mA/MHz。為了滿足無線傳輸對控制器速度的要求，本系統(tǒng)采用增強(qiáng)型的STM32F103VET6。
【權(quán)利要求】
1.一種基于CCllOl的礦井提升機(jī)無線傳感網(wǎng)絡(luò)，其特征在于:所述系統(tǒng)包括若干礦井提升機(jī)狀態(tài)監(jiān)測傳感器、CCl 101無線發(fā)射模塊、CCl 101無線接收模塊、控制器STM32和上位機(jī)，所述提升機(jī)監(jiān)測傳感器實時監(jiān)測提升機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，所述CCllOl無線發(fā)射模塊將信號以無線方式發(fā)射出去，所述CCllOl無線接收模塊接受相對應(yīng)的CCllOl無線發(fā)射模塊發(fā)出的信號，CCllOl無線接收模塊將采集到的提升機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)信號發(fā)送到控制器STM32，所述控制器STM32模塊將信號進(jìn)行處理和分析后，得到提升機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，并傳送至上位機(jī)，所述上位機(jī)用來顯示采集到的各種提升機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)信息，并生成各種報表保存到數(shù)據(jù)庫。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于CCllOl的礦井提升機(jī)無線傳感網(wǎng)絡(luò)，其特征在于:所述CCllOl無線發(fā)射模塊包括CCllOl射頻芯片、CCl 101射頻芯片、A/D轉(zhuǎn)換模塊和監(jiān)測傳感器模擬量輸入接口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于CCllOl的礦井提升機(jī)無線傳感網(wǎng)絡(luò)，其特征在于:所述CCllOl無線接收模塊包括CCllOl射頻芯片、CCllOl射頻芯片和SPI接口。
【文檔編號】G08C17/02GK203721016SQ201420031465
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年1月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月17日
【發(fā)明者】喻曉軍, 凌六一, 黃友銳, 張俊卿 申請人:安徽理工大學(xué)