基于ZigBee的矿井锚索应力监测系统设计

发布时间：2017-08-20 22:32

  本文关键词：基于ZigBee的矿井锚索应力监测系统设计

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【摘要】：巷道支护是煤矿安全中为了防止矿井顶板及两帮发生垮塌而采用的一种措施,近年来预应力锚索支护普遍应用于巷道支护中,为了更快捷方便获知各测量点处锚索应力的变化情况,就需要实时准确的监测巷道岩层表面的应力数值。 基于ZigBee的锚索应力监测系统主要由锚索传感器、通信分站、通信主站和上位机组成。传感器内的8个应变片以全桥方式连接,每一桥臂上串联2个应变片,粘贴位置与轴线方向互相对称,同时相邻桥臂应变片粘贴方向互相垂直,这样的结构能有效消除偏心载荷和温度效应带来的影响。通信分站对采集到的应力信号进行放大、模数转换、显示及无线传输。通信分站在传输数据时以“手拉手”的方式进行传递,即一个测量点处的通信分站接收上一分站的应力数据,然后把两个分站的数据打包后再传输给相邻的下一个分站,中间有损坏分站时系统可自动跳过此分站继续与下一个分站进行通信。通信分站上设有开关电路,在空闲状态时通过软件配置可使各设备处于断电或休眠状态,正常工作时又可自动唤醒,这极大的降低了整个系统的功耗。通信主站是整个监测系统的桥梁,一方面接收所有通信分站的数据,并对数据进行存储、显示及通过以太网上传到上位机,另一方面又接收命令对所有通信分站进行管理。通信分站和通信主站各模块都通过增加保护电路、加粗布线宽度、增大散热面积等措施来防止实际使用过程中出现热点燃或火花点燃现象,符合本质安全电路的设计要求。 监测系统可以自动的,准确的,实时的监测到各时刻巷道锚索支护时所承受的拉力,相比传统的机械测量效率上有了很大的提升,有多种措施来保证系统稳定运行,低功耗、可扩展性能够进一步提升系统的监测性能,也对建设信息化数字化矿井有很大意义。
【关键词】：应力 监测系统 ZigBee 低功耗
【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
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-14
• 1.1 课题研究背景及意义10-11
• 1.2 系统设计需求分析11-12
• 1.3 论文主要内容12-14
• 第二章 技术基础14-20
• 2.1 ZigBee技术14-15
• 2.2 嵌入式系统μC/OS-Ⅱ15-17
• 2.3 嵌入式图形系统μC/GUI17-18
• 2.4 防爆技术18-20
• 第三章 硬件设计20-56
• 3.1 监测系统总体设计20-21
• 3.1.1 监测系统总体结构20-21
• 3.1.2 监测系统总体分布21
• 3.2 监测系统传感器选择21-31
• 3.2.1 锚索传感器类型的选择22-24
• 3.2.2 锚索传感器结构的选择24-28
• 3.2.3 锚索传感器的标定28-31
• 3.3 通信分站硬件设计31-45
• 3.3.1 分站主处理器CC253032-34
• 3.3.2 CC2530最小系统34-35
• 3.3.3 射频放大模块35-37
• 3.3.4 传感器信号调理模块37-41
• 3.3.5 RS485通信模块41-43
• 3.3.6 数码管驱动模块43-44
• 3.3.7 开关电路和光敏电路44-45
• 3.4 通信主站硬件设计45-56
• 3.4.1 主站主处理器STM32F103及其最小系统46-48
• 3.4.2 Flash存储模块48-49
• 3.4.3 液晶屏显示模块49-50
• 3.4.4 以太网模块50-51
• 3.4.5 USB模块51-53
• 3.4.6 电源模块53-56
• 第四章 软件设计56-82
• 4.1 通信分站软件设计56-70
• 4.1.1 通信分站软件开发平台57
• 4.1.2 CC2530基本设置57-59
• 4.1.3 信号调理模块软件设计59-64
• 4.1.4 分站通信协议64-65
• 4.1.5 通信模块软件设计65-68
• 4.1.6 显示模块驱动软件设计68-69
• 4.1.7 通信分站软件低功耗设计69-70
• 4.2 通信主站软件设计70-77
• 4.2.1 主站软件设计平台70-71
• 4.2.2 主站ZigBee模块软件设计71
• 4.2.3 STM32时钟配置71-72
• 4.2.4 Flash模块软件设计72-75
• 4.2.5 以太网通信软件设计75-77
• 4.3 通信主站界面设计77-82
• 4.3.1 主界面设计77-78
• 4.3.2 系统设置界面设计78-80
• 4.3.3 数据查询界面80-82
• 第五章 本质安全电路设计82-92
• 5.1 本质安全电路概述82-88
• 5.2 系统本安设计88-92
• 5.2.1 电源模块保护电路88-89
• 5.2.2 RS485保护电路89-90
• 5.2.3 USB保护电路90-92
• 第六章 总结和展望92-94
• 6.1 论文总结92-93
• 6.2 展望93-94
• 参考文献94-98
• 致谢98-100
• 攻读学位期间发表的学术论文100

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

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本文编号：709289