基于ZigBee的煤矿巷道顶板应力监测系统设计

发布时间：2017-09-08 11:36

  本文关键词：基于ZigBee的煤矿巷道顶板应力监测系统设计

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【摘要】：顶板监测是煤矿安全生产的重要环节,其数据的准确、及时、可靠既关系到当前的安全生产,也关系到今后的支护设计,针对当前顶板监测中实施复杂,单机功耗较大等问题,本文设计了基于ZigBee无线通信网络的煤矿巷道顶板应力监测系统。本系统由测力锚杆,锚杆应力计、通信分站和上位机四个部分组成。测力锚杆在一种专用锚杆对应的位置上加工一对直槽,应变片分别粘贴到两个直槽中对应的位置,一组对应的应变片构成一个全桥,在测力锚杆上均匀的分布着两组应变片。应变桥路的输出信号送到应力计,应力计接收到这些模拟量信号,先进行放大、A/D转换及数据处理,并将应力数据以点对点接力的方式(即应力计将接收到的应力数据和自己的应力数据打包上传)上传到通信分站,也可根据需要进行就地显示。应力计与应力计及与通信分站之间采用ZigBee无线通信,在无法进行ZigBee无线通信的区域,可以通过485接口进行串行通信。应力计采用深度睡眠-定时唤醒的同步机制,减少系统功耗。通信分站的作用是数据的存储-转发,将来自应力计的数据通过以太网或485传输到上位机。通信分站还可以通过人机交互的模式对所有通信应力计及其管理的其他设备进行控制管理和数据查询,包括显示数据、存储数据、查询数据、系统设置等功能。上位机具有控制管理和查询所有分站、导出数据报表、实时动态显示顶板应力情况、查看历史曲线、数据备份以及报警记录等功能。系统中工作于井下的应力计,系统硬件设计都采取本安措施来满足矿用(煤安)的本安要求。煤科院重庆分院测试表明,系统及各部分满足要求。现场运行表明,本系统运行稳定可靠,实现了设计目标。
【关键词】：顶板 应力监测 ZigBee 深度睡眠-定时唤醒 时间同步
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD76;TN92
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-14
• 第一章 绪论14-18
• 1.1 课题研究的背景及意义14-15
• 1.2 国内外发展现状15
• 1.3 本课题研究的目的及内容15-16
• 1.4 本章小结16-18
• 第二章 相关技术资料介绍18-30
• 2.1 电阻应变片介绍18-19
• 2.2 ZigBee无线通信技术19-22
• 2.2.1 ZigBee技术简介19-21
• 2.2.2 ZigBee协议体系结构21-22
• 2.3 主要芯片介绍22-26
• 2.3.1 放大电路和A/D转换电路的芯片22-24
• 2.3.2 锚杆应力计主控芯片24-26
• 2.3.3 通信分站主控芯片26
• 2.4 μC/OS-Ⅱ操作系统与uCGUI简介26-27
• 2.5 系统开发环境介绍27-28
• 2.5.1 ZigBee开发软件介绍27-28
• 2.5.2 STM32开发软件介绍28
• 2.6 本章小结28-30
• 第三章 系统总体方案30-34
• 3.1 系统的组成与结构30-31
• 3.2 锚杆应力计技术设计方案31
• 3.3 锚杆应力计技术指标31-32
• 3.4 通信分站技术设计方案32
• 3.5 通信分站技术指标32-33
• 3.6 方案可行性论证33
• 3.7 本章小结33-34
• 第四章 系统硬件设计34-54
• 4.1 测力锚杆硬件设计34-40
• 4.1.1 测力锚杆结构设计34-35
• 4.1.2 粘贴和连接应变片35-36
• 4.1.3 集线盒结构设计36-39
• 4.1.4 测力锚杆的线性验证39-40
• 4.2 锚杆应力计硬件设计40-44
• 4.2.1 锚杆应力计整体硬件设计40-41
• 4.2.2 放大和A/D转换电路41
• 4.2.3 数码管显示驱动电路41-42
• 4.2.4 射频电路42-43
• 4.2.5 电源和时钟电路43
• 4.2.6 485串行通信接口电路设计43-44
• 4.2.7 拨码开关电路44
• 4.3 通信分站的硬件设计44-48
• 4.3.1 通信分站硬件结构图设计44-45
• 4.3.2 USB接口电路设计45-46
• 4.3.3 以太网接口电路设计46-47
• 4.3.4 电源模块设计47-48
• 4.3.5 闪存48
• 4.4 本安设计48-52
• 4.5 本章小结52-54
• 第五章 系统软件设计54-70
• 5.1 网络通信软件设计54-59
• 5.1.1 ZigBee通信软件设计54-56
• 5.1.2 无线通讯数据包格式设计56-58
• 5.1.3 网络通信应答机制58-59
• 5.2 锚杆应力计软件设计59-63
• 5.2.1 锚杆应力计初始化59-60
• 5.2.2 数据采集模块设计60-61
• 5.2.3 通信方式选择61-62
• 5.2.4 锚杆应力计主流程设计62-63
• 5.3 通信分站软件设计63-66
• 5.3.1 通信分站软件设计63-64
• 5.3.2 通信分站控制功能软件设计64
• 5.3.3 人机交互界面设计64-66
• 5.4 上位机监测软件设计66-68
• 5.5 本章小结68-70
• 第六章 系统性能测试70-76
• 6.1 测力锚杆的标定70-71
• 6.2 锚杆应力计功耗测试71-72
• 6.3 ZigBee无线网络通信测试72
• 6.4 系统测试结果72-74
• 6.5 本章小结74-76
• 第七章 总结与展望76-78
• 7.1 总结76-77
• 7.2 展望77-78
• 参考文献78-82
• 致谢82-84
• 攻读学位期间发表的学术论文期刊目录84

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 陈靖;吴景东;;基于ZigBee协议的无线传感器网络技术的分析和应用[J];工业控制计算机;2010年11期

2 徐存东;何流;;基于ARM9的近程无人机飞行控制计算机的研究[J];计算机测量与控制;2011年10期

3 李忠奎;黄圆月;温良;;基于Zigbee和CAN技术的煤矿顶板动态监测系统设计[J];煤矿安全;2011年11期

4 刘明波;孙永灿;耿文建;;基于uC/OS-Ⅱ的嵌入式网络监控系统的设计与实现[J];计算机工程与设计;2010年24期

5 孙书鹰;陈志佳;寇超;;新一代嵌入式微处理器STM32F103开发与应用[J];微计算机应用;2010年12期

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1 师岩哲;精确测量三轴试验中微小应变的传感器的研制[D];中南大学;2012年

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本文编号：813802