基于ZigBee的矿用锚杆受力动态监测系统

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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。
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