基于ZigBee的矿用锚杆受力动态监测系统

发布时间：2017-05-03 08:04

  本文关键词：基于ZigBee的矿用锚杆受力动态监测系统，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：根据煤矿发生矿难事故的统计分析,得出其中有很大一部分是由于顶板坍塌所致,这就凸显了对煤矿顶板支护受力状态的实时监测的重要性。矿下由于环境复杂,干扰因素很多,导致有线通信失真故障时有发生,为此设计了一套基于ZigBee无线通信的矿用锚杆受力实时监测系统。 整个设计系统从结构上可以分成四部分：测力锚杆传感器、通信分站、通信主站和上位机。测力锚杆传感器是对普通锚杆进行了改造,开了一对长槽,然后在槽内贴上6对横竖型电阻应变片,用线路连接至通信分站。在通信分站中这些微弱的差分电压信号经过放大器放大和AD转换然后传输给分站的主控芯片CC2530处理。分站将采集到的受力数据连通接收到的受力数据报打包然后发送给下一分站。相邻分站之间通过ZigBee无线通信。所有的分站通过接力的方式把所有的受力监测数据最终发送给通信总站。通信总站然后将数据再通过485或以太网的方式将数据传输给上位机。通信总站可以实现数据显示,数据存储、数据查询、系统设置等功能。显示采用的是LCD显示,操作方式是通过点击触摸屏实现相应操作的执行。上位机在井上,具有友好的界面,通过上位机软件可以实现显示、记录、存储和查询监测的受力数据,通过图画或表格等生动形象的形式实时显示监测锚杆内部所受的应力变化,也可通过上位机实现对整个监测网络的设置。系统采用电池供电,为节约功耗,平常处于休眠状态,每隔2分钟采集一次数据,半小时传递发送一次数据。为了保证同时唤醒,系统有一套时间同步机制,保证时间同步。系统设计符合本质安全的相关要求。 对测力锚杆利用万能拉力试验机进行了标定与监测测试,对测试进行了分析,设计基本实现了设计目标。最后总结了在项目中所做工作和此系统的局限性,并提出了将来改进的措施。
【关键词】：ZigBee 测力锚杆 动态监测
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TD76;TN92
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-12
• 第一章 绪论12-16
• 1.1 课题研究背景及意义12-13
• 1.2 国内外安全支护监测发展现状13
• 1.3 本论文研究的内容13-14
• 1.4 论文的组织结构安排14-16
• 第二章 系统总体设计16-18
• 2.1 系统设计总体目标16
• 2.2 系统总体设计框架16-17
• 2.3 本安要求17-18
• 第三章 设计前相关技术准备18-26
• 3.1 测力锚杆传感器的电测原理18
• 3.2 应变片的粘贴步骤及技巧18-19
• 3.3 惠斯通电桥19-20
• 3.4 ZigBee无线通信技术20-21
• 3.5 uC/OS-Ⅱ操作系统与uCGUI21-22
• 3.6 芯片的选择22-24
• 3.6.1 放大电路和AD转换电路的芯片选择22
• 3.6.2 通信分站主控芯片的选择22-23
• 3.6.3 通信主站主控芯片的选择23-24
• 3.7 系统开发环境的搭建24-26
• 3.7.1 CC2530的软件环境24
• 3.7.2 STM32的软件环境24-25
• 3.7.3 上位机开发平台语言25-26
• 第四章 系统硬件设计26-56
• 4.1 测力锚杆传感器的设计26-37
• 4.1.1 测力锚杆传感器的结构26-27
• 4.1.2 应变片的粘贴与连线27-29
• 4.1.3 集线盒的设计29-37
• 4.2 通信分站的硬件设计37-43
• 4.2.1 通信分站整体硬件设计37
• 4.2.2 放大和AD转换电路37-38
• 4.2.3 ZigBee模块38-41
• 4.2.4 显示电路41
• 4.2.5 光控部分41
• 4.2.6 时钟电路41
• 4.2.7 485接口41-42
• 4.2.8 外部接口42
• 4.2.9 电源42-43
• 4.3 通信主站的硬件设计43-56
• 4.3.1 通信主站整体硬件设计43-44
• 4.3.2 MCU——STM3244
• 4.3.3 末端分站部分44
• 4.3.4 触摸屏显示模块44
• 4.3.5 闪存44-45
• 4.3.6 485接口45-46
• 4.3.7 以太网接口46-47
• 4.3.8 USB接口47-48
• 4.3.9 电源部分48-50
• 4.3.10 本安设计50-56
• 第五章 系统软件设计56-80
• 5.1 通信协议56-57
• 5.2 末端分站软件设计57-62
• 5.2.1 末端分站软件初始化59
• 5.2.2 程序主循环59-60
• 5.2.3 无线发送函数60
• 5.2.4 无线接收函数60
• 5.2.5 数据包格式60-61
• 5.2.6 T3定时器中断函数61
• 5.2.7 SPI串口中断函数61
• 5.2.8 睡眠定时器中断函数61
• 5.2.9 485通信的中断处理函数及其数据发送函数61-62
• 5.3 通信分站软件设计62-65
• 5.3.1 通信分站软件初始化62
• 5.3.2 本地地址初始化62-63
• 5.3.3 接收时间同步63-64
• 5.3.4 等待接收数据状态64
• 5.3.5 其他命令64
• 5.3.6 FLASH存储64-65
• 5.3.7 光控及LED显示65
• 5.4 通信主站软件设计65-72
• 5.4.1 通信主站底层软件设计65-69
• 5.4.2 通信主站触摸屏显示界面设计69-72
• 5.5 上位机软件平台设计72-80
• 5.5.1 上位机软件设计步骤72
• 5.5.2 上位机工作流程72-73
• 5.5.3 上位机软件界面及各部分功能介绍73-80
• 第六章 系统性能测试80-88
• 6.1 测力锚杆的标定与测试80-85
• 6.1.1 测力锚杆的标定与测试80-81
• 6.1.2 测力锚杆特性的线性化分析81-82
• 6.1.3 锚杆信号线长度对测量结果的影响82-85
• 6.2 系统通信模拟测试85-87
• 6.2.1 监测分站功能测试85-86
• 6.2.2 监测分站间模拟通信测试86-87
• 6.2.3 分站与主站间的通信测试87
• 6.2.4 通信主站功能测试87
• 6.3 上位机软件运行测试87-88
• 6.3.1 上位机与下位机间的通信测试87
• 6.3.2 上位机软件各部分功能测试87-88
• 第七章 总结与展望88-90
• 7.1 总结88-89
• 7.2 展望89-90
• 参考文献90-96
• 致谢96-98
• 攻读学位期间发表的学术论文目录98

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：342620