CN104197896A - 矿用本安型微功耗无线兼有线通信自供电倾角传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种矿用本安型微功耗无线兼有线通信自供电倾角传感器，主要包括：双轴角度单元、AD采集处理单元、微功耗MCU处理器、数据校准单元、RS485通信单元、无线收发单元、智能电源切换、转换、管理单元、内部电池单元、外部供电单元。通过双轴角度单元，高精度AD差分采集器，5阶滤波算法和微功耗MCU处理器对设备当前状态的水平面倾斜角度和俯仰角度进行测量。数据发送具有两种方式，一种通过无线通信模块将数据通过无线方式发送出去，另一种通过RS485接口方式通过总线方式将数据发送出去。本发明方法及设计先进科学，填补了矿用本安型微功耗无线兼有线通信自供电倾角传感器的空白，具有集成化程度高、安全可靠等优点。

Description

矿用本安型微功耗无线兼有线通信自供电倾角传感器

技术领域

本发明涉及一种矿用本安型微功耗无线兼有线通信自供电倾角传感器，具体地说是一种集成化程度高、双路径传输、微功耗、无需外供电的倾角传感器。

背景技术

随着煤矿井下大型设备的不断增多，对大型设备工作情况进行实时和定时掌握就显得尤为重要，例如大采高工作面所用的液压支架高度已达7米多，对液压支架的顶梁、掩护梁、底座等设备部件的角度监测掌握液压支架的工况，对综采安全生产和设备有效正确的使用有很大的实际意义，但因为液压支架高度和煤矿特殊工作条件的限制，用普通的角度测量方式不能有效的利用。因此矿用本安型微功耗无线兼有线通信自供电倾角传感器的发明能有效的解决了矿用设备角度测量的实际问题。

发明内容

本发明的目的在于解决煤矿设备角度测量的问题，提供了矿用本安型微功耗无线兼有线通信自供电倾角传感器的解决方法，为煤矿设备的安全生产提供有力的安全保障。

为实现上述目的，本发明提供一种矿用本安型微功耗无线兼有线通信自供电倾角传感器，包括用于水平倾斜角度和仰俯角度测量的双轴角度单元，用于模拟量与数字量转化的AD采集器，用于数据处理和管理的微功耗处理器，用于检测数据校准的校准数据处理器，用于数据通信的RS485模块和无线通信模块，用于传感器供电的电池，用于传感器节电的电源管理。

所述双轴角度单元采用欧洲进口倾角单元，电容微型摆锤原理。利用地球重力原理，当倾角单元倾斜时，地球重力在相应的摆锤上会产生重力的分量，相应的电容量会变化，通过对电容量处量放大，滤波，转换之后得出倾角。

所述AD采集器采用高精度AD差分转换器，实现双轴角度单元输出模拟量数据转换为处理器可以采集处理的数字量信号。

所述微功耗MCU处理器通过多级虑波算法得出当前的水平面倾斜角度和仰俯角度。

所述校准数据处理器通过内置了高精度数字温感器，可根据内置温度传感器的变化修正传感器温度漂移，保证产品在低温与高温环境下的高准确性。

所述的RS485和无线通信模块，使倾角传感器数据通信也可以通过485总线的方式将数据向上一级发送数据，也可用通过可通过设定无线模块的频段及通信方式，通过无线通信的方式将数据向上一级发送数据。

所述的倾角传感器数据采集的方式有两种，一种是连续的实时采集方式，另一种是按照设定的时间定时采集数据。

所述的倾角传感器工作方式和其它参数的设定，可以通过有线和无线两种方式进行设定。

所述的电池采用高容量的锂亚电池，提供传感器工作时所需电量。

所述的智能电源切换、转换、管理单元，用于自动判断传感器采用电池供电还是外部电源供电，根据不同的供电方式转换为传感器所需要的供电电压，电源管理是在采用定时采集工作模式的情况下，通过电源管理实现在不采集数据的时间内，传感器绝大多数元器件进入深度休眠的工作模式，极大的降低了传感器的整体功耗。

本发明具有的优点和积极效果是：

本发明的矿用本安型微功耗无线兼有线通信自供电倾角传感器填补了煤矿无线倾角传感器领域的这一空白，有效解决了矿用设备角度测量的实际问题，通过矿用本安型微功耗无线兼有线通信自供电倾角传感器对设备水平倾斜和仰俯角度的测量，保证了矿用设备的安全生产，降低了发生事故的几率，具有集成化程度高、安全可靠等优点。

附图说明

图1是本发明矿用本安型微功耗无线兼有线通信自供电倾角传感器结构组成。

具体实施方式

下面结合附图1对本发明的矿用本安型微功耗无线兼有线通信自供电倾角传感器做进一步详细阐述。

如图1所示，矿用本安型微功耗无线兼有线通信自供电倾角传感器流程如下：

步骤1，通过双轴角度单元将设备当前的水平倾斜角度仰俯角度检测出来；

步骤2，通过AD采集器对双轴角度单元检测的角度进行模拟量到数字量的转化，将模拟量信号转化为处理器可以处理的数字量信号；

步骤3，微功耗MCU处理器对倾角数据进行接收、处理和存储；

步骤4，校准数据处理器通过高精度数字温度感器，根据无线倾角传感器的内部温度变化，通过系列算法对倾角传感器的温度漂移进行修正，保证传感器在低温与高温环境下高度稳定性和可靠性；

步骤5，通过处理器的串口连接无线通讯模块，由处理器的内部程序，以连续采集或定时的方式经由无线模块将水平倾斜角度、仰俯角度和电池电量信息向上位机发送出去；

步骤6，通过处理器的串口接口连接RS485模块，由处理器的内部程序，以连续采集或定时的方式经由RS485模块已总线的方式将水平倾斜角度、仰俯角度和电池电量信息向上位机发送出去；

步骤7，通过智能电源切换、转换电路，可以实现内部电池供电和外部电源供电的智能化切换和智能化的电压转换，保证了传感器电源的稳定性和可靠性；

步骤8，电源管理，主要实现整个传感器微功耗省电方式的实现，当传感器不工作时对传感器原件进行休眠管理，例如：当无线模块发送完数据后，处理器会给无线模块一个高电平信号，无线模块接收到高电平信号之后即进入休眠模式，当需要发送数据时处理器给无线模块一个低电平信号，当无线模块接收到低电平信号后即被唤醒进入工作模式。

该矿用本安型微功耗无线兼有线通信自供电倾角传感器能有效的适应煤矿井下复杂工况条件下的工作环境，能稳定、高效、可靠的测出被测设备水平倾斜角度、仰俯角度，通过数据校准和复杂的运算方法，得出准确的角度值，能通过无线通信和有线总线的通信方式将水平倾斜角度、仰俯角度发送给采集器或者上位机，结合自身微功耗元器件和合理的电源管理方式，实现了采用电池供电技术使倾角传感器长时间的工作。

需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (8)

1.一种矿用本安型微功耗无线兼有线通信自供电倾角传感器，其特征在于，包括：

双轴角度单元，用于水平倾斜角度和仰俯角度的测量；

AD采集处理单元，用于模拟量与数字量的转化；

微功耗MCU处理器，用于数据的处理和管理功能的实现；

数据校准单元，用于检测数据的校准；

RS485模块，用于数据通过总线方式发送；

无线数据发送模块，用于数据通过无线方式发送；

内部电池单元，用于给倾角传感器的电源供应，布置在传感器壳体内部；

智能电源切换、转换、管理单元，用于实现不同供电电源的转换处理和传感器省电方式的电源管理；

强磁铁，用于实现传感器和设备之间的固定。

2.根据权利要求1所述的倾角传感器，其特征在于，所述的倾角传感器内置了高精度数字温感器，可根据内置温度传感器的变化修正传感器温度漂移，保证产品在低温与高温环境下的高准确性。

3.根据权利要求1所述的倾角传感器，其特征在于，所述的倾角传感器数据通信可通过无线通信方式将数据向上一级采集器发送数据，也可以通过485总线的方式将数据向上一级发送。

4.根据权利要求1所述的倾角传感器，其特征在于，所述的传感器数据检测可以实现连续采集，按设定时间定时采集两种采集数据方式。

5.根据权利要求1所述的倾角传感器，其特征在于，所述的倾角传感器可以通过无线和有线两种方式对传感器的工作方式和其它参数进行设定。

6.根据权利要求1所述的倾角传感器，其特征在于，所述的倾角传感器采用内部电池供电，可以保证倾角传感器长时间稳定工作。

7.根据权利要求1所述的倾角传感器，其特征在于，所述的倾角传感器电源切换、转化单元可以自动完成内部电池供电和外部电源供电的自动切换，可以将外部非标准电压转化为传感器所需的标准电压。

8.根据权利要求1所述的倾角传感器，其特征在于，所述的倾角传感器在定时采集工作方式时，通过电源管理使绝大部分元器件的深度休眠，实现了倾角传感器功耗的有效降低。