矿用机械监测系统低功耗无线传感节点设计

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作者杨晓洁
来源中北大学
出版年2017
摘要
在矿用大型机械工作过程中,因为长时间服役于井下空间,掘进齿轮、联动装置、关键机械部位由于长时间和矿石、煤炭等坚硬矿物质处于磨损状态,所以极易发生机械断裂、漏电等危险事故,而这些危险因素在发生前往往有振动频率异常、关键部位突然升温等情况出现,所以对矿用机械进行关键工作部位的温度、振动监测很有必要。而有线方式因为线路缠绕不能广泛实施,无线传感技术(WSN)却能够有效解决这一问题。并且WSN(无线传感器网络)的核心问题就是功耗,所以设计了一个对矿用机械工作状态进行实时监测的低功耗无线传感节点,在实现信息的实时传输、处理、显示、记录和控制都能满足的前提下尽量实现低功耗。课题以实时监测矿用大型机械的在线状态为目的,结合矿用设备安全性标准,设计了监测传感节点的设计。设计的能源管理部分使用LTC3331芯片,能够实现环境能量采集管理和锂电池管理共同工作的方式;主控制部分使用MSP430F5438微控制器,来控制传感数据的采集;传感部分的两个传感器,温度传感器使用DS18B20实现温度数据采集,振动传感器使用ADXL345实现振动数据采集;无线发射部分使用CC2530实现传感数据的发送,送达到上位机上进行显示。软件语言编写部分使用配套的IAR平台进行程序语言的烧录。最终的传感节点在实验室环境、模拟真实环境当中得到了有效测试,采集数据真实反映环境参数,整体功耗维持在171.039mW以下,在10米的通信距离范围内可以实现实时传输。初步达到了低功耗、体型小、安装灵活的要求,提高了系统监测的寿命与准确度,能够有效地预防故障的发生。

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