基于2.4 GHz无线传输的矿山压力监测系统研究.pdf

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1、2014年第39卷第2期能源技术与管理Vo1．39No．2EnergyTechnologyandManagement159doi：10．3969／j．issn．1672—9943．2014．02．063基才2．4GHz无线传输的矿山压力监测系统研究廉王龙，陈烨，赵励(1．晋城乾泰安全技术有限责任公司，山西晋城048006；2．中国矿业大学信息与电气工程学院，江苏徐州221008)[摘要]分析了目前矿山压力监测系统中通信特点，提出了基于2．4GHz的无线传输的矿山压力监测系统、无线主站和分站的结构和原理以及变阻式压力传感器的设计原理，进行了工作面

2、无线信号强度试验，并通过试验结果设计了无线矿压监测系统的布置方案。[关键词]2．4GHz；无线传输；矿山压力监测[中图分类号]TD76[文献标识码]B[文章编号]1672-9943(2014)02一O1593由2．4GHz无线矿山压力监测系统主站原理0引言框图可知，主站除具有分站功能外，还具有另外3目前，国内矿压监测系统均使用有线电缆传个功能：①长距离通讯功能，可以和电话线或以太输信号，个别产品虽实现红外非接触测量，但达不网接口实现网络传输；②具有2G(或4G)U盘数到在线监测目的，通讯距离只有数米之远，且方向据存储功能，防止网络一旦出现故障数

3、据丢失；③性极强速率又慢。众所周知，综采支架工作过程中实现无线转有线功能。不断推拉架体，如遇断层还要打眼放炮，伤损电缆2无线分站结构设计及原理不可避免，因此，有效的无线电波传输矿压信号是目前矿山亟待解决的问题。2．4GHz无线矿山压力监测系统分站原理框文章采用2．4GHz无线电波传输矿压信号，图如图2所示。利用超高频在通信中的优越性，解决了井下通讯电缆因恶劣条件(频繁推拉支架，遇断层还要打眼放炮等)而频繁断路、短路问题，系统各项技术指标较高、精度高(0．5％)、稳定性好和软件处理系统的先进新颖性，基本克服了传统矿压监测系统存在的运行不稳定、预报

4、预测不准等弊病，突破井下矿压信号由电缆传输的途径，提高了系统的可靠性、稳定性。在软件功能上实现了压力趋势分析图2矿山压力监测系统分站原理框图曲线在线显示，为准确预报预测来压趋势和周期除递传来自下游分站无线信号外，6路传感提供可靠科学数据n]。器感知输出的压力／应力、载荷、位移、温度、水压／水位等物理量微信号经高性能A／D模数转器由1无线主站结构设计及原理模拟信号转换成数字信号，ARM处理器进行数2．4GHz无线矿山压力监测系统主站原理框据处理，存储、送本地显示，再由程序控制以图如图1所示。2．4GHz无线电波递传至上游分站，直至传至主站。墨l放

5、电池保护l图l显示屏1，．3变阻式压力传感器研制6数路据2．4GHz无线矿山压力监测系统所接人的传：坚!垡堕垄堡压采ARM如集处理器遁西团感器均为变阻式传感器，如图3所示。传感转电话线接口或l由全等臂电桥全桥接法得出关系可知：当器换RS485口进以太网l△很小时，电桥输出电压△或电流△嘻与图1矿山压力监测系统主站原理框图AR／R成线性关系，电压输出桥的输出电压△Ug。160廉王龙，等基于2．4GHz无线传输的矿山压力监测系统研究2014年4月Feb．，2014测验两个监测站之间的信号强度：LQI值95，无丢包情况；结论：信号强度较好，性能可靠，

6、有稳定的传输数据。实际测试相邻分站的信号强度如表1所示。表1相邻分站信号强度相邻监测站号信号强度S0旷-s01S01一SmSo2一S∞图3变阻式传感器原理S∞一S04电桥输出电压与各桥臂AR／R的代数和成正比，So4一s岱其中R、桥臂为正号，尺、R桥臂为负号。因此S∞一S06可利用这一特性，根据构件各种不同受力状态，采So6-So7用合理接桥方法增加电桥输出的灵敏度，消除一5监测数据上传方式些不需要的应变读数，并进行温度补偿。根据以上理论推导结论可以得出如下设计准利用电阻一应变效应获得井下采场支护设备则：或煤岩体的压力／6力、载荷、位移、温度、

7、水压／水(1)井下应变式(无论是用于压力／应力、载位等物理量的微小信号。再经过放大、A／D转换，荷、位移、温度、水压／水位等物理量传感器)传感微处理器采集、处理、存储、本地显示、远传至中心器在可能的情况下，都要以半桥或全桥形式设计监视器。监测数据上传原理如图5所示。使其温度自补偿作用得以发挥；(2)电桥输出超过2000￡时，数据要进行非线性修正_2]。4综采工作面信号强度试验无线电波在综采工作面传输环3宕境盯中，因为金属对无线电波具有极强的屏蔽作用，文中的任务就是完成利用工作面有限空间走廊将所要监测的矿压数据可靠地传输出去，最终确定在尽可能选用

8、最大发射功率／最高接收灵敏度天线的前提下，按照监测点位置的要求，采用无线电波递传的方式，解决这个主要矛盾。试验中采用的布置图如图图5监测数据上传原理4