煤矿巷道的监测和支护是煤矿安全的重大课题。巷道中通讯不便,监控设施有限导致煤矿安全生产面临巨大威胁。本课题设计的煤矿顶板位移监测系统能够对巷道顶板进行实时监测,增强煤矿生产安全。论文针对矿井复杂的巷道分布结构和特殊的技术要求提出了一种巷道顶板位移数据传输方式——基于ZigBee的数据无线接力传输方式,并设计了顶板位移采集分站、通信主站和顶板位移数据管理软件。其中,采集分站以线型网络结构每50m一台安装在巷道顶板上,能够实时采集巷道顶板离层信息提供现场查询和位移报警,并可作为中继通过ZigBee无线接力传输的方式将远离通讯主站方向的采集分站的位移信息传递回通信主站。通讯主站安装在巷道入口或井下监控室中,能够收集所属巷道所有采集分站的位移信息并提供存储、查询、转储和上传至井上监控主机。井上监控主机运行顶板位移数据管理软件对收集到的顶板位移信息进行存储、查询、报警和打印。论文使用CC2530+CC2591的组合设计ZigBee模块,将无线发射功率增大到22dbm,在巷道中也有100m(视距)以上的信号覆盖,设计了采集分站之间的通讯时序,软硬件结合对采集分站进行低功耗优化。通讯主站使用STM32F103VE作为数字处理核心,在μCOS嵌入式操作系统的基础上,设计完成了顶板离层数据的收集、存储、查询、转储、显示和上传等一系列功能。采集分站和通讯主站都为本质安全型产品,符合“GB3836爆炸性环境”的要求。实际工作中,每台通讯主站最多可以连接64台采集分站,可以满足3000m长的巷道顶板监控需求。采集分站在经过软硬件协同的低功耗设计后,平均每天的耗电量仅为3.18mAh,配备一颗2.4Ah锂电池供电,使用时间超过1年。本课题设计的矿用顶板位移监测系统包括采集分站和通讯主站通过了重庆煤炭科学研究院的安标检测,取得了安标证与防爆证,目前已经在山西四候煤矿和王庄煤矿得到了应用。