CN109215319A - 一种基于压力突变触发的低功耗无线支架压力传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明属于煤矿技术领域，提出了一种基于压力突变触发的低功耗无线支架压力传感器，包括压力检测模块、MCU控制模块、无线信号收发模块、光敏感应模块、显示模块、压力突变感应模块及电源转换模块，压力检测模块、压力突变感应模块和光敏感应模块的输出端与MCU控制模块的输入端连接，MCU控制模块的输出端与无线收发模块和显示模块连接，无线收发模块用于将MCU控制模块发送的压力数据发送至信号接收终端，当压力突变感应模块测量到压力突变信号时，MCU控制模块控制传感器进行数据的采集与传输。本发明可以采集压力突变时的峰值压力数据，保证关键顶板来压数据不丢失，可以广泛应用综采工作面液压支架压力监测领域。

Description

一种基于压力突变触发的低功耗无线支架压力传感器
技术领域
本发明属于煤矿技术领域，具体涉及一种基于压力突变触发的低功耗煤矿井下采煤工作面无线支架压力传感器。
背景技术
近年来，随着机械化能力的不断提高、开采强度的不断加大，使得煤矿安全事故时常发生，其中顶板事故占据了很大的比重。为了避免发生煤矿顶板事故，需要对综采支架压力参数进行监测。大多数支架压力监测均使用单体式支架压力计，这类仪表对支架压力参数的获取是靠技术人员用手持数据采集仪进行数据采集，这样的采集方式实时性差，采集的数据比较滞后。
而目前较先进的矿井综采支架压力传感器，采用有线或者无线通信方式进行组网，可以实现远程数据传输。它一般由压力测量通道、压力采集电路、传输信号电路、电源电路组成。其采用的压力采集模式为压力传感器每隔5分钟~30分钟采集一组数据，并通过将数据传输给通信分站。这样的传输方式比起单体压力计来实时性较强，但是由于数据采集周期是固定的，顶板来压的周期是不定的，经常会出现来压时峰值压力数据采集不到，采集到的数据却是雷同的数值很多，对于顶板管理来讲虽然起到了一定作用，但仍然会丢失重要数据，效果不是很理想。
发明内容
本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种基于压力突变触发的低功耗无线支架压力传感器。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种基于压力突变触发的低功耗无线支架压力传感器，包括压力检测模块、MCU控制模块、无线信号收发模块、光敏感应模块、显示模块、压力突变感应模块及电源转换模块，所述电源转换模块用于给所述无线支架压力传感器供电，所述压力检测模块、压力突变感应模块和光敏感应模块的输出端与所述MCU控制模块的输入端连接，所述MCU控制模块的输出端与所述无线收发模块和显示模块连接，所述无线收发模块用于将所述MCU控制模块发送的压力数据发送至信号接收终端，所述MCU控制模块在上电初始化后，处于低功耗休眠模式，当所述压力突变感应模块测量到压力突变信号时，所述MCU控制模块控制所述压力检测模块对压力数据进行采集，同时控制所述无线信号收发模块进行数据传输；当所述光敏感应模块测量到光信号时，所述MCU控制模块控制所述压力检测模块对压力数据进行采集，并发送到所述显示模块显示。
所述MCU控制模块用于执行以下程序：
S1、系统初始化，并进入低功耗模式；
S2、判断是否满足分站定时唤醒条件，如果是，退出低功耗，控制压力检测模块进行压力数据采集并通过无线信号收发模块进行发送，采集完成后，返回低功耗模式；如果否，进入步骤S3；
S3、判断是否满足光敏唤醒条件，如果是，退出低功耗，控制压力检测模块进行压力数据采集并通过显示模块进行显示，采集完成后，返回低功耗模式；如果否，进入步骤S4；
S4、判断是否满足压力突变感应唤醒条件，如果是，退出低功耗，控制压力检测模块进行压力数据采集并通过无线信号收发模块进行发送，采集完成后，返回低功耗模式，如果否，返回步骤S2。
所述电源转换模块包括锂亚或锂锰原电池、降压电路和稳压电路。
所述无线信号收发模块的传输频段为433MHz、915MHz或2.4GHz，所述显示模块为oled液晶显示屏。
所述的一种基于压力突变触发的低功耗无线支架压力传感器，还包括红外接收模块和A/D转换模块，所述红外接收模块与所述MCU控制模块连接，用于接收红外遥控信号并发送至MCU模块，对无线支架压力传感器进行地址设置；所述A/D转换模块连接在所述压力检测模块与MCU控制模块之间，用于将所述压力检测模块的测量信号转化成数字信号后发送至所述MCU控制模块。
所述压力突变感应模块为低功耗高灵敏度压力元件。
所述压力检测模块上设置有三个测压孔，用于同时检测三个测量点的压力。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：本发明提供的一种基于压力突变触发的低功耗无线支架压力传感器不但可以组成传感器网络，定时采集传输支架压力数据，而且其通过压力突变进行触发，还能通过压力突变感应模块捕捉压力突变时的峰值压力数据，保证关键顶板来压数据不丢失。此外，本发明的传感器功耗较低，不需要经常更换电池，同时还可通过矿灯光照唤醒工作并通过显示模块进行显示，显示直观、数据准确等，因此该压力传感器具有很好的推广意义。
附图说明
图1为本发明提出的一种基于压力突变触发的低功耗无线支架压力传感器的结构示意图；
图2为本发明实施例提出的一种基于压力突变触发的低功耗无线支架压力传感器在进行综采工作面液压支架压力监测时的工作流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明实施例提供了一种基于压力突变触发的低功耗无线支架压力传感器，包括压力检测模块、A/D转换模块、MCU控制模块、无线信号收发模块、光敏感应模块、压力突变感应模块及电源转换模块、红外接收模块和显示模块，所述电源转换模块用于给所述无线支架压力传感器供电。
具体地，如图1所示，所述压力检测模块的输出端通过A/D转换模块与所述MCU控制模块的输入端连接，所述压力突变感应模块和光敏感应模块的输出端与所述MCU控制模块的输入端连接，所述A/D转换模块用于将所述压力检测模块的测量信号转化成数字信号后发送至所述MCU控制模块；所述压力突变感应模块用于感应待测点的压力突变信号并发送至所述MCU控制模块，所述光敏感应模块用于接收环境光照信号；所述MCU控制模块的输出端分别与所述无线收发模块、红外接收模块和显示模块连接，所述无线收发模块用于将所述MCU控制模块发送的压力数据发送至信号接收终端。
其中，所述MCU控制模块在上电初始化后，处于低功耗休眠模式，当所述光敏感应模块测量到光信号或所述压力突变感应模块测量到压力突变信号时，所述MCU控制模块控制所述压力检测模块对压力数据进行采集，同时控制所述无线信号收发模块进行数据传输。
具体地，所述红外接收模块与所述MCU控制模块连接，用于接收红外遥控信号并发送至MCU模块，进而对无线支架压力传感器进行地址设置；进而，可以组成传感器网络，定时采集传输支架压力数据。所述显示模块用于显示所述压力检测模块测量得到的压力数据。
其中，如图2所示，为本发明具体实施方式中，进行综采工作面液压支架压力监测的工作流程。为了尽可能降低装置能耗，本发明实施例中，MCU控制模块在上电初始化后，处于低功耗休眠模式。其具体工作流程为：
S1、系统初始化，并进入低功耗模式；
S2、判断是否满足分站定时唤醒条件，如果是，退出低功耗，控制压力检测模块进行压力数据采集并通过无线信号收发模块进行发送，采集完成后，返回低功耗模式；如果否，进入步骤S3；
S3、判断是否满足光敏唤醒条件，如果是，退出低功耗，控制压力检测模块进行压力数据采集并通过显示模块进行显示，采集完成后，返回低功耗模式；如果否，进入步骤S4；
S4、判断是否满足压力突变感应唤醒条件，如果是，退出低功耗，控制压力检测模块进行压力数据采集并通过无线信号收发模块进行发送，采集完成后，返回低功耗模式，如果否，返回步骤S2。
通过在程序中设立三种外部中断方式，分别为分站定时唤醒、光照唤醒、以及压力突变感应模块感应到压力突变唤醒。分站定时唤醒的时间可以设置为5~30分钟，即每隔一定时间，传感器唤醒一次，进行一次压力数据采集，压力突变唤醒是指压力突变感应模块感应到压力突变时，发送信号至MCU控制模块，进行唤醒；光照唤醒具体是指光敏感应模块感应到光照时，传感器唤醒一次，进行数据采集与显示，则可以通过矿灯光照，光敏感应模块唤醒传感器退出低功耗进行数据采集与显示。本实施例中，分站定时唤醒和压力突变感应唤醒后，传感器退出低功耗模式，由MCU控制模块控制压力检测模块进行压力数据采集后通过A/D转换模块转换为数字信号，同时控制无线信号收发模块进行数据传输。当需要知道当前压力值时，可以通过矿灯光照进行光照唤醒，然后传感器进行压力数据采集，并通过显示模块进行显示。执行完这三个中断操作后，传感器重新进入低功耗状态，以此降低传感器平均工作电流，从而达到延长传感器电池使用时间的目的。
本发明实施例中，所述电源转换模块包括锂亚或锂锰原电池、降压电路和稳压电路。电源转换模中，通过锂亚或锂锰原电池提供电能，降压电路将电源电压转换为各个元器件所需电压，并通过稳压电路进行稳压。
本发明实施例中，所述无线信号收发模块的传输频段为433MHz、915MHz或2.4GHz，所述显示模块为oled液晶显示屏。
本发明实施例中，所述支架压力突变感应模块为低功耗高灵敏度MEMS加速度元件。常用型号有ADXL345、ADXL362、MPU6050等芯片及外围电路，其可以在低功耗状态下测量由于运动或冲击导致的动态加速度，此类元件具有活动和非活动检测功能，元件通过比较任意轴上的加速度与用户设置的阈值来检测有无运动发生，当加速度元件检测到的加速度数值超过用户设置的阈值时，加速度元件输出高电平，将单片机唤醒，单片机完成采集数据发送后继续恢复到休眠状态。
本发明实施例中，所述压力检测模块上设置有三个测压孔，用于同时检测三个测量点的压力。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种基于压力突变触发的低功耗无线支架压力传感器，其特征在于，包括压力检测模块、MCU控制模块、无线信号收发模块、光敏感应模块、显示模块、压力突变感应模块及电源转换模块，所述电源转换模块用于给所述无线支架压力传感器供电，所述压力检测模块、压力突变感应模块和光敏感应模块的输出端与所述MCU控制模块的输入端连接，所述MCU控制模块的输出端与所述无线收发模块和显示模块连接，所述无线收发模块用于将所述MCU控制模块发送的压力数据发送至信号接收终端，所述MCU控制模块在上电初始化后，处于低功耗休眠模式，当所述压力突变感应模块测量到压力突变信号时，所述MCU控制模块控制所述压力检测模块对压力数据进行采集，同时控制所述无线信号收发模块进行数据传输；当所述光敏感应模块测量到光信号时，所述MCU控制模块控制所述压力检测模块对压力数据进行采集，并发送到所述显示模块显示。
2.根据权利要求1所述的一种基于压力突变触发的低功耗无线支架压力传感器，其特征在于，所述MCU控制模块用于执行以下程序：
S1、系统初始化，并进入低功耗模式；
S2、判断是否满足分站定时唤醒条件，如果是，退出低功耗，控制压力检测模块进行压力数据采集并通过无线信号收发模块进行发送，采集完成后，返回低功耗模式；如果否，进入步骤S3；
S3、判断是否满足光敏唤醒条件，如果是，退出低功耗，控制压力检测模块进行压力数据采集并通过显示模块进行显示，采集完成后，返回低功耗模式；如果否，进入步骤S4；
S4、判断是否满足压力突变感应唤醒条件，如果是，退出低功耗，控制压力检测模块进行压力数据采集并通过无线信号收发模块进行发送，采集完成后，返回低功耗模式，如果否，返回步骤S2。
3.根据权利要求1所述的一种基于压力突变触发的低功耗无线支架压力传感器，其特征在于，所述电源转换模块包括锂亚或锂锰原电池、降压电路和稳压电路。
4.根据权利要求1所述的一种基于压力突变触发的低功耗无线支架压力传感器，其特征在于，所述无线信号收发模块的传输频段为433MHz、915MHz或2.4GHz，所述显示模块为oled液晶显示屏。
5.根据权利要求1所述的一种基于压力突变触发的低功耗无线支架压力传感器，其特征在于，还包括红外接收模块和A/D转换模块，所述红外接收模块与所述MCU控制模块连接，用于接收红外遥控信号并发送至MCU模块，对无线支架压力传感器进行地址设置；所述A/D转换模块连接在所述压力检测模块与MCU控制模块之间，用于将所述压力检测模块的测量信号转化成数字信号后发送至所述MCU控制模块。
6.根据权利要求1所述的一种基于压力突变触发的低功耗无线支架压力传感器，其特征在于，所述压力突变感应模块为低功耗高灵敏度压力元件。
7.根据权利要求1所述的一种基于压力突变触发的低功耗无线支架压力传感器，其特征在于，所述压力检测模块上设置有三个测压孔，用于同时检测三个测量点的压力。
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