CN102288345A - 基于无线传感网的矿井综采支架压力监测装置及系统 - Google Patents

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杜存功
王东旭
李振
程玉才
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Abstract

本发明公开了一种基于无线传感网的矿井综采支架压力监测装置。该监测装置包括依次信号连接的信号采集模块、数据处理控制模块、无线收发模块、天线，以及为整个装置供电的电源模块；所述信号采集模块的输入端连接有至少一个压力传感器；信号采集模块用于采集压力传感器传输的压力信号并将压力信号传输给数据处理控制模块，数据处理控制模块对压力信号进行处理分析后，通过无线收发模块及天线将数据无线传输给外部网关。本发明还公开了一种矿井综采支架压力监测系统。本发明通过无线网络传输压力传感器采集的矿井综采支架压力数据，克服了传统有线监控装置存在的成本高、难度大、不安全等问题。

Description

基于无线传感网的矿井综采支架压力监测装置及系统
技术领域
本发明涉及一种无线传感装置，尤其涉及一种基于无线传感网的矿井综采支架压力监测装置。
背景技术
随着煤矿开采深度和开采规模的加大，工作面线缆很容易在移架过程中被切断，工作面环境极其恶劣，在工作面设备上很难有效的采用有线的方式检测设备的运行状态，造成工作面主要设备，特别是移动设备的各项实施工况数据很难及时的传送到地面监控中心。对工作面支架压力参数的实时监测并在线传输到地面监控中心，有助于实现对支架初撑力及工作阻力全面和实时的掌握，通过分析工作面周期来压的规律，从而避免初撑力不足或工作阻力过大带来的安全生产的隐患。然而到目前为止，国内极少煤矿配备了对工作面工况和压力监测系统，但是这些监测系统也很难实现真正的长时间监测，且均是有线方式，这种有线方式需要布线、配电等，拆卸和施工量大等缺点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术采用有线方式进行压力监测的不足，提供一种基于无线传感网的矿井综采支架压力监测装置。
本发明采用以下技术方案：
一种基于无线传感网的矿井综采支架压力监测装置，该监测装置包括依次信号连接的信号采集模块、数据处理控制模块、无线收发模块、天线，以及为整个装置供电的电源模块；所述信号采集模块的输入端连接有至少一个压力传感器；信号采集模块用于采集压力传感器传输的压力信号并将压力信号传输给数据处理控制模块，数据处理控制模块对压力信号进行处理分析后，通过无线收发模块及天线将数据无线传输给外部网关。
作为第一种优选方案，所述压力传感器为温度补偿型陶瓷压力传感器。
作为第二种优选方案，所述电源模块为锂电池。
作为第三种优选方案，所述监测装置的结构采用子母板方式，无线收发模块固定于子板上，数据处理控制模块、信号采集模块和电源模块固定于母板上。
作为第四种优选方案，所述信号采集模块通过接口与所述压力传感器连接。
作为第五种优选方案，所述无线收发模块为中国频段780MHz无线收发模块。
进一步地，所述监测装置还包括与数据处理控制模块连接的紧急事件告警模块，该紧急事件报警模块包括报警灯和/或报警喇叭。
根据本发明的思路，还可得到一种矿井综采支架压力监测系统，该监测系统包括监控中心，以及至少一个用于对矿井支架压力进行实时监测并将监测数据传输给监控中心的压力监测装置，所述压力监测装置为以上所述任意一种矿井综采支架压力监测装置。
本发明的矿井综采支架压力监测装置通过无线网络传输压力传感器采集的矿井综采支架压力数据，克服了传统有线监控装置存在的成本高、难度大、不安全等问题。
附图说明
图1为本发明的矿井综采支架压力监测装置的结构示意图；
图2为本发明的矿井综采支架压力监测装置的布局结构示意图；
图3为本发明的无线收发模块和数据处理控制模块的接口电路图；
图4为本发明的信号采集电路示意图；
图5为本发明的信号处理流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：
本发明的矿井综采支架压力监测装置，如附图1所示，包括依次信号连接的压力传感器、信号采集模块、数据处理控制模块、无线收发模块、天线，以及为整个装置供电的电源模块；信号采集模块用于采集压力传感器传输的压力信号并将压力信号传输给数据处理控制模块，数据处理控制模块对压力信号进行处理分析后，通过无线收发模块及天线将数据无线传输给外部网关。除此之外，本具体实施方式中，该监测装置还包括一个紧急事件告警模块，该紧急事件报警模块包括报警灯和报警喇叭，报警灯和报警喇叭分别与数据处理控制模块连接，当数据处理控制模块发现监测到的压力数据异常时，可控制紧急事件报警模块进行声光报警，以便现场作业人员及时采取应急措施。
本具体实施方式中，数据处理控制模块采用ST公司的8位超低功耗单片机STM8L151，该型号单片机具有五种低功耗模式，在低功耗运行模式下，单片机依然低速执行处理控制命令，耗能仅为5.4μA，内部集成12位ADC。压力传感器采用温度补偿型陶瓷压力传感器，可靠性好，耐受压力可达800bar，完全适应于矿井综采面支架压力采集。无线收发模块采用中国频段780MHz无线收发模块，相比于常用的2.4G、868/915MHz等无线通信频率，780MHz无线信号由于波长较长，其穿越障碍物的能力较强，特别适用于矿井中各种障碍物较多的环境条件下。当然，也可采用现有的各种无线收发模块，例如基于Zigbee的无线收发模块。本具体实施方式中，单片机STM8L151与无线收发模块的接口电路如附图3所示，附图3中引脚1-8为预留接口，是为其他频率收发模块预留以便定义不同控制信号的引脚，在无需发送数据情况下，单片机STM8L151通过SLP引脚设置信号收发模块进入睡眠模式，尽可能降低能耗，在需要发送情况下通过SLP引脚设置信号收发模块进入工作状态。数据处理控制模块和无线收发模块通过高速SPI口交换数据，保证了数据快速有效的接收和发送。本具体实施方式中，信号采集模块采用如附图4所示的信号调理电路，该电路并非完整的实际电路，而是经过简化的电路来展示调理电路的基本结构，陶瓷压力传感器内部为桥式电路，在激励电压下，压力信号转化为微弱的电压信号，电压信号通过信号调理电路转变为STM8L151可识别的电压范围，通过STM8L151内部自带的12位ADC将模拟电压信号转化为数字电压信号。信号采集模块通过接口与所述压力传感器连接，模块的拆卸和更换十分方便，具体接口结构可根据实际需要选择。本实施方式中信号采集模块包括多个预留的用于扩展传感器的接口，便于同时接收和处理多个传感器的信号。
本具体实施方式中，监测装置的结构采用图2所示的子母板方式，无线收发模块固定于子板上，数据处理控制模块、信号采集模块和电源模块固定于母板上。电源模块采用锂电池供电，电路布置在母板的底层，数据处理控制模块和信号采集模块布置在母板的顶层，顶层提供了连接子板的接口。子板焊接在母板上。母板上集中了数据处理控制模块、信号采集模块和电源模块，母板只需要通过接口连接相应的子板和传感器就可以在不同的环境要求下完成相应的环境参数监测和无线传输功能。子板上的无线收发模块，可以是780MHz的无线收发模块，可以是频率为868/915MHz、2.4GHz的ZigBee无线收发模块，还可以是2.4GHz的WiFi无线收发模块，可以根据实际使用需求准备多个装有不同无线收发模块的子板，本具体实施方式中采用了在矿井综采面具有较好无线传输性能的780MHz频率的无线收发模块。这种结构实现了母板的通用性，避免了不同监控环境背景下需要重新设计整个电路的重复性工作，增强了母板的移植性，显著缩短了开发的周期，提高了产品使用的灵活性。。
图5显示了本具体实施方式中，本发明进行矿井综采支架压力监测的流程。为了尽可能降低装置能耗，该装置平时处于睡眠状态，通过预先设定的内部定时器到时唤醒机制唤醒装置进入工作状态，唤醒后的处理器打开信号采集模块进行压力信号的采集，处理器根据采集到的数据和历史数据进行比较分析判断综采支架压力是否属于正常工作状态，如果综采支架压力属于正常工作状态，就将压力信号保存并判断用户设置的定时发送时间到与否。如果时间到，数据处理控制模块就通过无线收发模块将数据发送给无线网关，然后检测无线信道是否有数据接收。有数据接收时，就通过无线收发模块接收数据并执行相应的操作；没有数据接收时，直接进入睡眠模式。如果用户设置定时发送数据的时间未到，数据处理控制模块就进入监控无线信道有无数据接收阶段。如果综采支架压力属于非正常工作状态，就立即启动无线发射程序，并通过声光报警功能告警工作人员及时排除安全隐患，同时进入监控无线信道有无数据接收阶段。
利用多个本发明的矿井综采支架压力监测装置及远端的监控中心，即可构成无线网络化的监控系统，可以对多处作业现场的的矿井综采支架压力进行远程无线监控。
本发明并不局限于上述实施方式，应当指出，对于本领域普通的技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干变形和改进，均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于无线传感网的矿井综采支架压力监测装置，其特征在于，该监测装置包括依次信号连接的信号采集模块、数据处理控制模块、无线收发模块、天线，以及为整个装置供电的电源模块；所述信号采集模块的输入端连接有至少一个压力传感器；信号采集模块用于采集压力传感器传输的压力信号并将压力信号传输给数据处理控制模块，数据处理控制模块对压力信号进行处理分析后，通过无线收发模块及天线将数据无线传输给外部网关。
2.如权利要求1所述基于无线传感网的矿井综采支架压力监测装置，其特征在于，所述压力传感器为温度补偿型陶瓷压力传感器。
3.如权利要求1所述基于无线传感网的矿井综采支架压力监测装置，其特征在于，所述电源模块为锂电池。
4.如权利要求1所述基于无线传感网的矿井综采支架压力监测装置，其特征在于，所述监测装置的结构采用子母板方式，无线收发模块固定于子板上，数据处理控制模块、信号采集模块和电源模块固定于母板上。
5.如权利要求1所述基于无线传感网的矿井综采支架压力监测装置，其特征在于，所述信号采集模块通过接口与所述压力传感器连接。
6.如权利要求5所述基于无线传感网的矿井综采支架压力监测装置，其特征在于，所述信号采集模块包括多个所述接口。
7.如权利要求1所述基于无线传感网的矿井综采支架压力监测装置，其特征在于，所述无线收发模块为中国频段780MHz无线收发模块。
8.如权利要求1所述基于无线传感网的矿井综采支架压力监测装置，其特征在于，所述监测装置还包括与数据处理控制模块连接的紧急事件告警模块，该紧急事件报警模块包括报警灯和/或报警喇叭。
9.一种矿井综采支架压力监测系统，该监测系统包括监控中心，以及至少一个用于对矿井支架压力进行实时监测并将监测数据传输给监控中心的压力监测装置，其特征在于，所述压力监测装置为权利要求1—8中任意一项所述矿井综采支架压力监测装置。
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