CN204903065U - 矿用本安型无线锚杆锚索应力传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种矿用本安型无线锚杆锚索应力传感器，包括传感器本体、供电电源、单片机电路、数据采集分站和主机，传感器本体的输出端连接单片机电路，数据采集分站通过网络传输连接主机，单片机电路包括能够切换进入休眠模式的单片机、三极管和稳压二极管，三极管的发射极连接供电电源输出端，集电极连接单片机的休眠模式引脚，稳压二极管的负极连接三极管的集电极，正极接地，其还包括信号输出端连接单片机的始终电路。通过优化单片机电路的布局，采用休眠环形工作机制来缩短传感器的工作时间，降低功率损耗，使用后电池就可以作为电源供电；同时可以做到井下零布线，从根本上解决井下布线难的问题，整个方案利于顶板位移传感器的普及使用。

Description

矿用本安型无线锚杆锚索应力传感器

技术领域

本实用新型属于矿用设备技术领域，具体涉及一种矿用本安型无线锚杆锚索应力传感器

背景技术

矿用锚杆锚索应力传感器通过对井下巷道锚杆、锚索应力的检测来分析锚杆锚索的应力变化，以监测和预防煤矿事故的发生。其安装使用时，当锚杆锚索内部应力产生变化，锚杆锚索传感头会将采集到的应力值实时传递到传感器本体，传感器本体将收到的数据输出到单片机电路，单片机电路对采集的信号进行处理后传输到井下数据采集分站，数据采集分站再通过网络传输至井上主机设备，实现井下锚杆锚索应力变化的井上监控。目前市场上使用的锚杆锚索应力传感器，其从井下采集的数据大多是采用有线传输模式回传至井上主机设备，众所周知，井下环境复杂，布线困难，布线不当甚至会带来安全隐患，有少量能做到无线传输解决布线问题的，由于传输功耗大必须配备专业的本安型供电电源，给锚杆锚索应力传感器的普及使用带来局限性。

发明内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种矿用本安型无线锚杆锚索应力传感器，采集数据无线回传，低功耗、零布线，利于锚杆锚索应力传感器的普及使用。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案如下：一种矿用本安型无线锚杆锚索应力传感器，包括传感器本体、供电电源、单片机电路、数据采集分站和主机，所述传感器本体采集锚杆锚索应力后的输出端连接单片机电路，所述数据采集分站通过网络传输连接主机，其特征在于：所述单片机电路包括能够切换进入休眠模式的单片机U1，单片机U1的休眠模式切换引脚通过三极管Q和稳压二极管Zd连接到供电电源输出端，三极管Q的发射极连接供电电源输出端，其集电极连接单片机U1的休眠模式引脚，稳压二极管Zd的负极连接三极管Q的集电极，其正极接地，其还包括时钟电路，所述时钟电路的信号输出端连接单片机U1。

本实用新型一个较佳实施例中，进一步包括所述单片机的型号为MSP430f2274，三极管Q的集电极连接单片机的第三十引脚，三极管的基极连接单片机的第三十七引脚。

本实用新型一个较佳实施例中，进一步包括所述稳压二极管Zd的型号为LM336。

本实用新型一个较佳实施例中，进一步包括所述单片机电路和数据采集分站之间通过无线射频电路无线连接，所述无线射频电路包括射频收发芯片、天线、接收电路和发射电路，所述单片机电路控制连接射频收发芯片，射频收发芯片的发射端Tx通过发射电路连接天线，射频收发芯片的接收端Rx通过接收电路连接天线。

本实用新型一个较佳实施例中，进一步包括所述射频收发芯片的型号为SI4463。

本实用新型一个较佳实施例中，进一步包括所述无线射频电路还包括天线开关芯片，所述射频收发芯片控制连接天线开关芯片，所述天线开关芯片连接天线和接收电路，以及连接天线和发射电路。

本实用新型一个较佳实施例中，进一步包括所述天线开关芯片的型号为UPG2214。

本实用新型一个较佳实施例中，进一步包括其还包括与所述传感器本体之间基于433M无线遥控通信的调试仪。

本实用新型一个较佳实施例中，进一步包括其还包括与单片机电路连接的指示灯电路，所述指示灯电路包括正常工作指示灯和电池欠压指示灯。

本实用新型的有益效果是:本实用新型的矿用本安型无线锚杆锚索应力传感器，通过优化布局单片机电路，采用休眠唤醒工作机制来缩短传感器的工作时间，以及精选低电压低功耗器件，达到降低功耗的目的，使用后电池就可以作为电源供电；同时，通过无线射频电路将传感器本体采集的数据无线传输到数据采集分站，做到井下零布线，从根本上解决井下布线难的问题，整个方案利于应力传感器的普及使用。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例技术中的技术方案，下面将对实施例技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型优选实施例的结构框图；

图2是本实用新型优选实施例的单片机电路的电路图；

图3是图2中A部分的放大图；

图4是本实用新型优选实施例的无线射频电路的电路图；

图5是本实用新型优选实施例的指示灯电路的电路图。

其中：10-传感器本体，20-电池，30-单片机电路，40-数据采集分站，50-主机，60-时钟电路，70-无线射频电路，71-天线，72-接收电路，73-发射电路，80-调试仪，90-指示灯电路(D1、D2-正常工作指示灯，D3-电池欠压指示灯)；

U2-(无线射频电路的)射频收发芯片，U3-(无线射频电路的)天线开关芯片。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例

如图1所示，本实施例中公开了一种矿用本安型无线锚杆锚索应力传感器，包括安装在井下选定地点的锚杆锚索上的传感器本体10、安装在井下的电路板、安装在井下的电池20、安装在井下的数据采集分站40、安装在井上的主机50，以及安装在井上的调试仪80，其中电路板上设有单片机电路30、时钟电路60、无线射频电路70、和指示灯电路90。传感器本体10采集锚杆锚索的应力变化后的输出端连接单片机电路30，单片机电路30将传感器本体10回传的信号进行处理，单片机电路30控制连接无线射频电路70，无线射频电路70将经单片机电路30处理后的应力变化信号无线传输至数据采集分站40，数据采集分站40将收到的数据通过网络传输到主机50，主机50负责数据的收集和整理工作；同时，调试仪80基于433M无线遥控与传感器本体10进行握手来配置传感器本体10的参数，参数包括ID、较零、开关机等。

如图1、2、3所示，所述单片机电路30包括能够切换进入休眠模式的单片机U1，本实用新型的单片机U1优选的型号为MSP430f2274，功耗低，单片机U1的第三十引脚(切换进入休眠模式引脚)通过三极管Q和稳压二极管Zd连接到供电电池20，三极管Q的发射极连接供电电池20，其集电极连接单片机U1的第三十引脚，稳压二极管Zd的负极连接三极管Q的集电极，其正极接地，三极管的基极连接单片机U1的第三十七引脚，本实用新型优选稳压二极管Zd的型号为LM336，当单片机U1进入低功耗休眠模式时，稳压二极管Zd直接由三极管Q关断禁止工作，以此来降低工作的功率损耗。

本实用新型的时钟电路60的信号输出端连接单片机U1，优选的时钟芯片型号为PCF8563，单片机U1进入低功耗休眠模式时，休眠定时时间到后，通过时钟电路60来唤醒单片机U1，使电路恢复工作状态，工作完后继续进入休眠，以此来进一步的降低工作的功率损耗。

如图1、2、4所示，本实用新型的所述无线射频电路70包括射频收发芯片U2、天线开关芯片U3、天线71、接收电路72和发射电路73，射频收发芯片U2控制连接天线开关芯片U3，天线开关芯片U3连接天线71和接收电路72，以及连接天线71和发射电路73，所述单片机电路30控制连接射频收发芯片U2，射频收发芯片U2的发射端Tx通过发射电路73连接天线71，射频收发芯片U2的接收端Rx通过接收电路72连接天线71。本实用新型的射频收发芯片U2优选的型号为SI4463，天线开关芯片U3优选的型号为UPG2214，SI4463是高度集成的单芯片无线ISM收发器件，其自身包括了发射机、接收机和射频收发器，UPG2214的第五引脚连接天线71，其第一输出引脚连接发射电路73后连接SI4463的发射端Tx，其第二输出引脚连接接收电路72后连接SI4463的接收端Rx。单片机U1的第三十五、第三十六引脚分别连接SI4463的Rx、Tx引脚，完成两者之间的数据交换，无线射频电路70工作时，由SI4463控制UPG2214天线射频开关收发转换，射频信号从Tx引脚输出经由发射电路73至天线端，或者从天线端进入接收电路72至Rx引脚，SI4463完成数据包的调制或者解调，实现数据加载或者提取。

如图5所示，所述指示灯电路90包括正常工作指示灯(D1、D2)和电池欠压指示灯(D3)，D1、D2为绿色间歇性闪烁LED灯，D3为红色间歇性闪烁LED等，MSP430f2274的第三十四、第三十五、第三十六引脚分别于D3、D2、D1的负极连接，三者的正极连接电源，无线射频电路50正常无线接收数据时D2灯闪烁，无线发射数据时D1闪烁，D3灯闪烁时提示欠压，提醒需要更换电池。

本实用新型的矿用本安型无线锚杆锚索应力传感器，通过外围电路的合理规划布局，达到降低功耗的目的，其主要表现在：1、单片机U1进入休眠模式时，LM336直接由三极管Q关断禁止工作，单片机U1的部分引脚调整工作模式；2、电路中的采用的器件均为低功耗器件(MSP430f22741、UPG2214、SI4463、PCF8563)；3、可以采用休眠唤醒工作机制来缩短传感器的工作时间；4、传感器处于休眠状态时，单片机电路30的控制芯片U1和无线射频芯片U2都控制进入低功耗休眠模式。

同时，本实用新型通过无线射频电路将传感器本体采集的数据无线传输到数据采集分站，做到井下零布线，从根本上解决井下布线难的问题，整个方案利于顶板位移传感器的普及使用。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种矿用本安型无线锚杆锚索应力传感器，包括传感器本体、供电电源、单片机电路、数据采集分站和主机，所述传感器本体采集锚杆锚索应力后的输出端连接单片机电路，所述数据采集分站通过网络传输连接主机，其特征在于：所述单片机电路包括能够切换进入休眠模式的单片机(U1)，单片机(U1)的休眠模式切换引脚通过三极管(Q)和稳压二极管(Zd)连接到供电电源输出端，三极管(Q)的发射极连接供电电源输出端，其集电极连接单片机(U1)的休眠模式引脚，稳压二极管(Zd)的负极连接三极管(Q)的集电极，其正极接地，其还包括时钟电路，所述时钟电路的信号输出端连接单片机(U1)。

2.根据权利要求1所述的矿用本安型无线锚杆锚索应力传感器，其特征在于：所述单片机的型号为MSP430f2274，三极管(Q)的集电极连接单片机的第三十引脚，三极管的基极连接单片机的第三十七引脚。

3.根据权利要求2所述的矿用本安型无线锚杆锚索应力传感器，其特征在于：所述稳压二极管(Zd)的型号为LM336。

4.根据权利要求1所述的矿用本安型无线锚杆锚索应力传感器，其特征在于：所述单片机电路和数据采集分站之间通过无线射频电路无线连接，所述无线射频电路包括射频收发芯片、天线、接收电路和发射电路，所述单片机电路控制连接射频收发芯片，射频收发芯片的发射端(Tx)通过发射电路连接天线，射频收发芯片的接收端(Rx)通过接收电路连接天线。

5.根据权利要求4所述的矿用本安型无线锚杆锚索应力传感器，其特征在于：所述射频收发芯片的型号为SI4463。

6.根据权利要求4所述的矿用本安型无线锚杆锚索应力传感器，其特征在于：所述无线射频电路还包括天线开关芯片，所述射频收发芯片控制连接天线开关芯片，所述天线开关芯片连接天线和接收电路，以及连接天线和发射电路。

7.根据权利要求6所述的矿用本安型无线锚杆锚索应力传感器，其特征在于：所述天线开关芯片的型号为UPG2214。

8.根据权利要求1所述的矿用本安型无线锚杆锚索应力传感器，其特征在于：其还包括与所述传感器本体之间基于433M无线遥控通信的调试仪。

9.根据权利要求1所述的矿用本安型无线锚杆锚索应力传感器，其特征在于：其还包括与单片机电路连接的指示灯电路，所述指示灯电路包括正常工作指示灯和电池欠压指示灯。