本文關(guān)鍵詞：面向采煤機(jī)械自供電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的無線終端設(shè)計(jì)

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【摘要】：煤炭是人類賴以生存的主要能源之一,煤礦機(jī)械化水平直接影響著煤礦的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。而煤礦機(jī)械尤其是旋轉(zhuǎn)類機(jī)械設(shè)備,在工作時(shí)極易受到煤、巖石等的巨大沖擊,從而導(dǎo)致煤礦機(jī)械出現(xiàn)軸承、液壓系統(tǒng)及機(jī)械系統(tǒng)的故障,其故障通常體現(xiàn)在異常的溫度和振動(dòng)狀態(tài)變化,所以對(duì)煤機(jī)在工作時(shí)的溫度和振動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)十分必要。而傳統(tǒng)的有線測(cè)量方法由于線路纏繞以及維護(hù)成本等問題無法廣泛實(shí)施,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)技術(shù)能夠有效地解決這一難題。但是在WSN中大量的傳感器終端節(jié)點(diǎn)都由電池來提供電能,電池不僅占據(jù)了整個(gè)節(jié)點(diǎn)的大部分尺寸和重量,其更換和充電更是成本巨大。因此設(shè)計(jì)一款具有自供電功能的無線傳感器終端設(shè)備具有很大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和實(shí)用價(jià)值。課題以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)采煤機(jī)械的在線狀態(tài)為目的,在調(diào)研采煤機(jī)械在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)技術(shù)要求的基礎(chǔ)上,完成了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)終端樣機(jī)的設(shè)計(jì)。其中,核心控制單元采用的是16位超低功耗單片機(jī)MSP430F5438;能源管理模塊采用LTC3331芯片對(duì)收集到的振動(dòng)能量進(jìn)行管理,并采用MAX17043芯片對(duì)可充電電池的電量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè);溫度監(jiān)測(cè)模塊采用了數(shù)字式溫度傳感器DS18B20,在-20℃~80℃范圍內(nèi)測(cè)量精度達(dá)±0.5℃;振動(dòng)監(jiān)測(cè)模塊使用數(shù)字式加速度計(jì)ADXL345,最高采樣率可達(dá)3.2KHz;無線傳輸模塊采用射頻芯片CC2530結(jié)合PCB天線完成低功耗、近距離的無線信息傳輸。通過IAR Embedded Workbench平臺(tái)完成系統(tǒng)軟件的編寫和調(diào)試。最后通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證終端樣機(jī)運(yùn)行良好,整體功耗不足52mA,在10米范圍內(nèi)能保證數(shù)據(jù)的有效傳輸,實(shí)現(xiàn)了低功耗、小體積、便于安裝的目標(biāo)。
【關(guān)鍵詞】：終端節(jié)點(diǎn) 在線狀態(tài)監(jiān)測(cè) 能源管理 低功耗 ZigBee
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TD632.1
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1.緒論10-17
• 1.1 課題研究背景及意義10-12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)12-16
• 1.2.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)研究現(xiàn)狀12-13
• 1.2.2 WSN在煤礦監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中研究現(xiàn)狀13-14
• 1.2.3 自供電技術(shù)研究現(xiàn)狀14-16
• 1.3 本文主要研究?jī)?nèi)容及章節(jié)安排16-17
• 2. 采煤機(jī)械監(jiān)測(cè)系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案及關(guān)鍵技術(shù)17-26
• 2.1 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案17-18
• 2.2 自供電原理和實(shí)現(xiàn)方法18-21
• 2.2.1 振動(dòng)式能量采集技術(shù)19-21
• 2.2.2 能源管理方法21
• 2.3 短距離無線通信技術(shù)21-25
• 2.3.1 無線通信技術(shù)選取22-23
• 2.3.2 ZigBee通信技術(shù)23-25
• 2.4 本章小結(jié)25-26
• 3. 采煤機(jī)械無線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)終端硬件設(shè)計(jì)26-44
• 3.1 終端硬件設(shè)計(jì)方案26-27
• 3.2 傳感器模塊設(shè)計(jì)27-31
• 3.2.1 溫度傳感器27-28
• 3.2.2 加速度傳感器28-31
• 3.3 能源管理模塊設(shè)計(jì)31-36
• 3.3.1 能源管理電路設(shè)計(jì)32-34
• 3.3.2 電池電量監(jiān)測(cè)電路設(shè)計(jì)34-36
• 3.4 無線通信模塊設(shè)計(jì)36-39
• 3.4.1 射頻芯片配置與電路設(shè)計(jì)36-38
• 3.4.2 PCB天線設(shè)計(jì)38-39
• 3.5 控制模塊設(shè)計(jì)39-42
• 3.5.1 微型控制器的選擇39-40
• 3.5.2 時(shí)鐘系統(tǒng)及引腳配置40-41
• 3.5.3 單片機(jī)復(fù)位電路的設(shè)計(jì)41-42
• 3.6 終端設(shè)備PCB設(shè)計(jì)42-43
• 3.7 本章小結(jié)43-44
• 4.采煤機(jī)械無線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)終端軟件設(shè)計(jì)44-55
• 4.1 軟件開發(fā)環(huán)境44-45
• 4.2 MSP430控制模塊程序設(shè)計(jì)45-49
• 4.2.1 時(shí)鐘系統(tǒng)初始化46-47
• 4.2.2 I/O端口配置47-48
• 4.2.3 定時(shí)器選擇48-49
• 4.3 無線傳輸模塊程序設(shè)計(jì)49-54
• 4.3.1 Z-Stack協(xié)議棧開發(fā)流程49-51
• 4.3.2 協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)51-53
• 4.3.3 終端節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)53-54
• 4.4 本章小結(jié)54-55
• 5.采煤機(jī)械無線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)終端相關(guān)測(cè)試55-62
• 5.1 系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)55-56
• 5.2 系統(tǒng)模塊性能測(cè)試56-60
• 5.2.1 無線傳輸距離測(cè)試56-57
• 5.2.2 系統(tǒng)功耗測(cè)試57-58
• 5.2.3 電源管理模塊性能測(cè)試58-59
• 5.2.4 傳感器模塊測(cè)試59-60
• 5.3 系統(tǒng)整體功能測(cè)試60-61
• 5.4 本章小結(jié)61-62
• 6.總結(jié)與展望62-64
• 6.1 論文主要研究?jī)?nèi)容總結(jié)62-63
• 6.2 進(jìn)一步工作建議63-64
• 參考文獻(xiàn)64-68
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及取得的成果68-69
• 致謝69-70

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本文編號(hào)：1050321