基于WSN的顶板压力与位移监测系统的设计

２０１８年

第７期仪表技术与传感器Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ａｎｄ Ｓｅｎｓｏｒ２０１８ Ｎｏ．７

收稿日期：２０１８-０２-０５基于ＷＳＮ的顶板压力与位移监测系统的设计

张 烨

（新乡学院机电工程学院，河南新乡 ４５３０００）

摘要：针对传统的顶板监测系统只对压力进行监测而不监测位移且存在布线繁琐等问题，设计了一套基于ＷＳＮ的顶板压力与位移远程监测系统。该系统通过传感器采集节点将采集的数据发送到监测节点，最后在ＰＣ机上实时显示，实现对矿井顶板压力和位移数据的监测。经过大量实验验证，该系统可实现对采煤工作面进行长期连续的顶板压力、位移监测，通过对监测数据的分析、研究，为顶板管理提供完善的参考依据。

关键词：顶板压力；压力监测；远程监测系统；无线传感器网络

中图分类号：ＴＰ９３４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２-１８４１（２０１８）０７-００６４-０４

ＤｅｓｉｇｎｏｆＲｏｏｆＰｒｅｓｓｕｒｅａｎｄＤｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇＳｙｓｔｅｍＢａｓｅｄｏｎＷＳＮ

ＺＨＡＮＧＹｅ（ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌａｎｄＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｃｈｏｏｌｏｆＸｉｎｘｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉｎｘｉａｎｇ４５３０００，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｔｈａｔｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｒｏｏｆｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｏｎｌｙｍｏｎｉｔｏｒｓｔｈｅｐｒｅｓｓｕｒｅｗｉｔｈｏｕｔｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｔｈｅｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔａｎｄｈａｓｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄｗｉｒｉｎｇ，ａＷＳＮ-ｂａｓｅｄｒｅｍｏｔｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｏｆｒｏｏｆｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｉｓｄｅ-ｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｓｅｎｓｏｒａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｎｏｄｅｗｉｌｌｓｅｎｄｔｈｅｃｏｌｌｅｃｔｅｄｄａｔａｔｏｔｈｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｎｏｄｅ，ａｎｄｆｉｎａｌｌｙｒｅａｌ-ｔｉｍｅｄｉｓｐｌａｙｏｎｔｈｅＰＣ，ｔｏａｃｈｉｅｖｅｍｉｎｅｒｏｏｆｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｄａｔａｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ．Ａｆｔｅｒａｌａｒｇｅｎｕｍｂｅｒｏｆｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ，ｔｈｅｓｙｓ-ｔｅｍｃａｎｒｅａｌｉｚｅｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｏｎｇ-ｔｅｒｍｒｏｏｆｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｏｎｃｏａｌｍｉｎｉｎｇｆａｃｅ．Ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｓｔｕｄｙｏｆｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｄａｔａ，ｉｔｃａｎｐｒｏｖｉｄｅｐｅｒｆｅｃｔｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｒｏｏｆｍａｎａｇｅｍｅｎｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｒｏｏｆｐｒｅｓｓｕｒｅ；ｐｒｅｓｓｕｒｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ；ｒｅｍｏｔｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍ；ＷＳＮ

０ 引言

顶板安全事故是煤矿开采过程中的最主要的事

故之一，主要是指在煤矿开采作业过程中发生的冒顶

以及掉矸等事故［１］。这类安全事故通常危害较大，一般情况下会造成巨大的经济损失，因此要想使煤矿安全开采就必须对矿井顶板的状态进行实时监测，预防事故发生［２］。针对矿井顶板安全事故，国内外市场推出了很多

监测系统来保证煤矿的安全开采，但是这类监测系统

有一定的局限性，比如只能单一地采集顶板的压力数

据，而不能有效地监测顶板的位移数据，这在分析顶

板安全事故时就有很大的局限；在数据传输方面仍然

采用传统的有线传输方式，这使得井下布线极其困

难，且宜受环境因素的制约，影响数据传输的可靠性

和稳定性。针对这些缺点，本文设计了一种基于ＷＳＮ

的顶板压力与位移监测系统，该系统具有压力、位移

同时采集监测的功能

［３］。１ 顶板压力与位移监测系统总体设计顶板压力与位移监测系统主要利用各种传感器的协调工作来采集煤矿开采过程中顶板的各项数据，比如压力、位移等数据，把这些采集的数据在单片机

内部进行分析处理后，通过ＺｉｇＢｅｅ无线传输芯片把处

理后的数据发送到数据监测中心，数据监测中心可实

时监测矿井顶板的压力、位移数据，并且具有存储、历

史查询等功能［４］。系统总体结构图如图１

所示。图１ 系统总体结构图万方数据