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摘 要:采煤机在井下工作时,采用有线方式监测其运行状态和相关参数时存在传输距离远和布线难的问题。采煤机的相关状态和参数为采煤机的记忆截割路径算法提供最可靠的信息源,为其准确的截割和提高回采率提供了可靠的保证。基于以上考虑,本文设计基于Zigbee技术的无线监控系统。首先是布置在井下的无线传感器的采集节点对采煤机的相关信息进行采集,然后相关的传输节点将信息传至上位机,同时可进行监控信息的查询和反馈,有助于进一步的提高综采的信息化。
关键词:采煤机 无线传感器网络 监测
中图分类号:TP271 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)04(b)-0043-02
1 无线传感器网络及其Zigbee技术
Zigbee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术。主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。并且可以实现一网多用且与以太网进行无缝衔接的优点[1]。
2 网络的硬件系统
2.1 系统构建
无线传感器网络节点作为小型嵌入式系统,要具有一定的数据、任务处理功能,同时具有低功耗、低成本、易于开发的特点。CC2531是本次设计核心,它的性能指标对设计开发而言非常关键。本系统的无线通讯协议采用802.15.4/Zigbee协议[2]。
本文通过安装在采煤机和液压支架上的传感器节点对采煤机的运行状态进行监测。采煤机无线传感器网络节点的软件设计主要包括数据采集、数据传输和信息终端数据处理部分。实现的主要功能是进行采煤机井下工作状态的监控,通过布置在采煤机上的信息采集节点和布置在液压支架上的信息传输节点实现的。然后通过中继节点传至无线传感器网络,最后信息通过以太网传输至上位机监控中心。系统框图如图1所示。
2.2 节点结构
无线传感器网络节点具有原始数据采集、采集数据信息处理、无线数据传输以及与其它节点协同工作的能力[3],根据特殊要求,还可以扩展添加定位、能源补给或移动等模块。无线传感器节点一般可以按照功能上划分为四个部分,分别是电源模块、传感器模块、处理器模块和无线通信模块。传感器节点的硬件组成如图2所示。
处理器模块的核心元件就是CC2531,它完成的功能有设备的控制、功能的协调和数据的整合等。CC2531通过AD接口与IO接口和外围的相关设备进行连接,从而实现其处理器相应的功能。結合处理器自身的特点和外围设备的要求,其原理图如图3所示。
无线收发模块需要频率为2.4G的通信信号的处理和传输,就抗干扰性提出了非常高的要求,其中电源部分和分立元件部分均需要做相应的处理。CC2591在每个供电引脚处,均进行多阶滤波处理,它除了可以消除干扰噪声外,还可以保证输入电源的纯净性。天线转接头和各处的接地引脚必须保证充分的接地处理,这样可以减少外界的干扰,保护芯片。其原理图如图4所示。
无线传感器信息的采集主要是通过相关的传感器对采煤机的相关变量进行采集,从而可以得到采煤机的运行状态,然后再通过相关的网路传输至中继节点,进而至以太网以备监测使用。
3 软件系统
软件部分主要包括信息采集、信息传输和信息的相关处理。
3.1 在进行数据信息采集时,安置在采煤机和相应位置的无线传感器网络的采集相关信息的节点,通过其I/O口接收来自各传感器数据信息
将得到这些状态信息通过网络传输至上位机。同时考虑到采煤机本身有很多传感器,可以将系统软件与采煤机控制器进行兼容性设计。从而优化系统,避免不必要重复监测数据,可以直接从采煤机中读取。
3.2 数据传送部分的软件设计
将采集节点得到的信息传送至中继节点、经处理后的信息上传至第三部分。节点可设置为睡眠状态,进行中断触发的方式唤醒后转发数据。相应的处理部分将信息处理后打包分时传输至以太网,最后至监控主机。
3.3 数据处理终端采用CC2531芯片,具有高速的数据处理功能,对中继节点上传来的数据进行处理
首先对模拟量进行标定,然后将标定后的数字量通过显示屏进行相应参数显示。信息处理终端实现实时监测、故障报警、参数设置、关键数据查询等功能。
4 结语
本系统结构简单、成本较低,可以取代繁杂的有线监控系统。与此同时,系统的维护和使用比较方便,便于管理。除此之外,系统的可扩展性较强,可以进行相应的人员定位和井下其他参数的监测。同时为采煤机的记忆截割算法提供数据,为三机配套的监控和综采的信息化建设有着重要的意义。
参考文献
[1] 许立华,孙晓全.国内外采煤机远程通讯和集中控制技术的现状分析［J］.煤炭技术,2005,24(5):32～33.
[2] 于海斌,曾鹏,尚志军.智能无线传感器网络［M］.北京:科学出版社,2006,14～38.
[3] 孙利民,李建中,陈渝,等.无线传感器网络［M］.北京:清华大学出版社,2005.
关键词:采煤机 无线传感器网络 监测
中图分类号:TP271 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)04(b)-0043-02
1 无线传感器网络及其Zigbee技术
Zigbee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术。主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。并且可以实现一网多用且与以太网进行无缝衔接的优点[1]。
2 网络的硬件系统
2.1 系统构建
无线传感器网络节点作为小型嵌入式系统,要具有一定的数据、任务处理功能,同时具有低功耗、低成本、易于开发的特点。CC2531是本次设计核心,它的性能指标对设计开发而言非常关键。本系统的无线通讯协议采用802.15.4/Zigbee协议[2]。
本文通过安装在采煤机和液压支架上的传感器节点对采煤机的运行状态进行监测。采煤机无线传感器网络节点的软件设计主要包括数据采集、数据传输和信息终端数据处理部分。实现的主要功能是进行采煤机井下工作状态的监控,通过布置在采煤机上的信息采集节点和布置在液压支架上的信息传输节点实现的。然后通过中继节点传至无线传感器网络,最后信息通过以太网传输至上位机监控中心。系统框图如图1所示。
2.2 节点结构
无线传感器网络节点具有原始数据采集、采集数据信息处理、无线数据传输以及与其它节点协同工作的能力[3],根据特殊要求,还可以扩展添加定位、能源补给或移动等模块。无线传感器节点一般可以按照功能上划分为四个部分,分别是电源模块、传感器模块、处理器模块和无线通信模块。传感器节点的硬件组成如图2所示。
处理器模块的核心元件就是CC2531,它完成的功能有设备的控制、功能的协调和数据的整合等。CC2531通过AD接口与IO接口和外围的相关设备进行连接,从而实现其处理器相应的功能。結合处理器自身的特点和外围设备的要求,其原理图如图3所示。
无线收发模块需要频率为2.4G的通信信号的处理和传输,就抗干扰性提出了非常高的要求,其中电源部分和分立元件部分均需要做相应的处理。CC2591在每个供电引脚处,均进行多阶滤波处理,它除了可以消除干扰噪声外,还可以保证输入电源的纯净性。天线转接头和各处的接地引脚必须保证充分的接地处理,这样可以减少外界的干扰,保护芯片。其原理图如图4所示。
无线传感器信息的采集主要是通过相关的传感器对采煤机的相关变量进行采集,从而可以得到采煤机的运行状态,然后再通过相关的网路传输至中继节点,进而至以太网以备监测使用。
3 软件系统
软件部分主要包括信息采集、信息传输和信息的相关处理。
3.1 在进行数据信息采集时,安置在采煤机和相应位置的无线传感器网络的采集相关信息的节点,通过其I/O口接收来自各传感器数据信息
将得到这些状态信息通过网络传输至上位机。同时考虑到采煤机本身有很多传感器,可以将系统软件与采煤机控制器进行兼容性设计。从而优化系统,避免不必要重复监测数据,可以直接从采煤机中读取。
3.2 数据传送部分的软件设计
将采集节点得到的信息传送至中继节点、经处理后的信息上传至第三部分。节点可设置为睡眠状态,进行中断触发的方式唤醒后转发数据。相应的处理部分将信息处理后打包分时传输至以太网,最后至监控主机。
3.3 数据处理终端采用CC2531芯片,具有高速的数据处理功能,对中继节点上传来的数据进行处理
首先对模拟量进行标定,然后将标定后的数字量通过显示屏进行相应参数显示。信息处理终端实现实时监测、故障报警、参数设置、关键数据查询等功能。
4 结语
本系统结构简单、成本较低,可以取代繁杂的有线监控系统。与此同时,系统的维护和使用比较方便,便于管理。除此之外,系统的可扩展性较强,可以进行相应的人员定位和井下其他参数的监测。同时为采煤机的记忆截割算法提供数据,为三机配套的监控和综采的信息化建设有着重要的意义。
参考文献
[1] 许立华,孙晓全.国内外采煤机远程通讯和集中控制技术的现状分析［J］.煤炭技术,2005,24(5):32～33.
[2] 于海斌,曾鹏,尚志军.智能无线传感器网络［M］.北京:科学出版社,2006,14～38.
[3] 孙利民,李建中,陈渝,等.无线传感器网络［M］.北京:清华大学出版社,2005.