论一种高精度矿用液压支柱无线监测的电路设计方法

　　1 液压支架监测系统模型的建立

　　1.1 无线通信技术

　　液压支架工作环境比较复杂，通信频率、巷道的倾斜程度和井下的导体等多种因素都会影响无线通信信号。因此在设计矿井液压支架压力监测系统时必须要考虑到井下的特殊环境，考虑数据传输的可靠性。通过对目前市场上常用的无线通信技术比较，本文将ZigBee短距离无线通信技术应用于矿井环境监测中。

　　ZigBee 技术是一种新兴的短距离、低速率的双向无线通信技术， 有自己的标准协议，可以在很多传感器间进行通信，具有很强的自适 应性，主要应用于自动控制领域，同时可以实现系统定位，具有低功 耗、近距离、短延迟、低速率、低成本、网络容量大、高安全性、工作频 段灵活的特点。

　　1.2 液压支架监测系统组网模型

　　液压支架会随着煤矿开采工作的推进而移动，但移动的距离很短。液压支架的排列呈直线型，针对液压支架的这种物理排布情况，节点的分布也应是带状的。采用星形与网状的混合网，网络中的路由节点与协调器组成网状结构，结构简洁、节点功耗减少，每个星形网络内的通信采用单跳通信，网状结构中的路由节点采用多跳通信。在实际工作环境中，每个液压支架上放置一个采集节点，每隔3个液压支架放置一个路由节点。在矿井实际环境中，液压支架的排列呈直线型，节点的分布是带状的，整体网络组成簇型线状网络拓扑结构。

　　2 电路详细设计方案

　　监测系统的硬件设计方案分为2部分，一是终端采集节点，二是路由节点。终端采集节点包括电源管理模块、传感器、信号调理电路。终端节点采用定时唤醒模式，降低功耗，提高监测系统的使用寿命。终端采集节点与路由节点通过线缆连接。每个路由节点最大可以连接3个传感器节点，即相邻的三个液压支架需要采用同一个路由节点。每个路由节点配备一个5V的电池供路由节点与传感器节点使用。路由节点将从终端节点获得的模拟信号经过ADC芯片转换为数字信号，并通过ZigBee射频口传送给井下汇聚节点。路由节点也带有显示功能与按键，可以任何时候被唤醒查看3个终端节点的压力数值。

　　终端采集节点的作用如下：将压力传感器转换的微弱模拟信号进行放大并通过线缆传输给路由节点；每个终端采集节点带有一片数据记录芯片，对由于传感器及放大电路带来的误差进行偏差校准。

　　路由节点的作用主要如下：每个路由节点需要有一个5V电池供电路板使用；每个路由节点可以连接3个终端采集节点，对终端采集节点的模拟信号进行处理并通过RF模块传送给井下汇聚节点；路由节点带有简单的显示模块，便于工人就近查看支架压力；路由节点需要有相应的按键，以便在屏幕关闭情况下唤醒屏幕；路由节点电路板能对每个功能模块进行电源管理，便于降低整个系统功耗；路由节点单片机必须采用低功耗单片机；路由节点的电压输入需要适应较宽的电压范围。