一種煤機裝備無線無源監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)方案

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種煤機裝備無線無源監(jiān)測系統(tǒng)，包括通過無線通信協(xié)議連接的上位機接收端和信號采集端，所述上位機接收端由電腦和Zigbee信號接收單元組成，所述信號采集端包括振動能量采集部分、系統(tǒng)電路部分以及殼體部分，所述的振動能量采集部分包括壓電單元、磁電單元和摩擦單元，壓電單元固結(jié)于能量采集倉上壁，摩擦單元固結(jié)于能量采集倉下壁，磁電單元懸浮于能量采集倉倉體中心，所述系統(tǒng)電路部分包括電路板卡槽、射頻電路、主控電路、能量采集電路和電池腔。本發(fā)明專利技術(shù)可以實現(xiàn)對旋轉(zhuǎn)類重型采煤機械在線狀態(tài)監(jiān)測，集成獨立能源供給技術(shù)和無線數(shù)據(jù)收發(fā)技術(shù)，可以免去工業(yè)現(xiàn)場布線的步驟、安裝更加靈活、監(jiān)控更加方便。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及微納傳感監(jiān)測領(lǐng)域，具體涉及一種煤機裝備無線無源監(jiān)測系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
目前，比較典型的重型旋轉(zhuǎn)類采煤機械工作狀態(tài)監(jiān)測方式主要有：(1)離線定期監(jiān)測方式；(2)在線檢測離線分析監(jiān)測方式；(3)自動在線監(jiān)測方式。離線定期監(jiān)測只能是在某一特定時間對設(shè)備進(jìn)行安全檢測，沒有時效性，同時設(shè)備檢測會導(dǎo)致暫時的停產(chǎn)，造成經(jīng)濟損失；在線監(jiān)測離線分析解決了離線定期檢測耽誤工時的弊端，但時效性仍未得到改善，極易因故障判斷延時造成設(shè)備事故，存在安全隱患；自動在線監(jiān)測方式解決了以上兩種監(jiān)測方式的弊端，是當(dāng)下煤礦機械在線狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)研究的熱點，但由于現(xiàn)有監(jiān)測系統(tǒng)普遍采用電池供電，其體積大、能源供給受限、信號采集提取困難等核心問題難以解決，致使該方向研究進(jìn)展緩慢。
技術(shù)實現(xiàn)思路
為解決上述問題，本專利技術(shù)提供了一種煤機裝備無線無源監(jiān)測系統(tǒng)，整個系統(tǒng)的持續(xù)運行主要依靠系統(tǒng)自身采集機械產(chǎn)生的振動能量，解決了旋轉(zhuǎn)類重型采煤機械對傳感測試系統(tǒng)小型化、無外接引線、高可靠性的技術(shù)要求。為實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采取的技術(shù)方案為：一種煤機裝備無線無源監(jiān)測系統(tǒng)，包括通過無線通信協(xié)議連接的上位機接收端和信號采集端，所述上位機接收端由電腦和Zigbee信號接收單元組成，所述信號采集端包括振動能量采集部分、系統(tǒng)電路部分以及殼體部分，所述的振動能量采集部分包括壓電單元、磁電單元和摩擦單元，壓電單元固結(jié)于能量采集倉上壁，摩擦單元固結(jié)于能量采集倉下壁，磁電單元懸浮于能量采集倉倉體中心，所述系統(tǒng)電路部分包括電路板卡槽、射頻電路、主控電路、能量采集電路和電池腔，能量采集電路將振動能量采集部分所輸出的不穩(wěn)定電能轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的電量輸出，能量采集電路和鋰離子電池共同構(gòu)成了電能存儲和供給單元，負(fù)責(zé)為射頻電路、主控電路的運行供電；主控電路負(fù)責(zé)采集電池電量數(shù)據(jù)、環(huán)境溫度數(shù)據(jù)以及環(huán)境振動數(shù)據(jù)，同時主控電路控制系統(tǒng)邏輯和與射頻電路的數(shù)據(jù)通信；射頻電路負(fù)責(zé)將主控電路傳輸過來的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)化為無線信號發(fā)送給上位機接收端，上位機接收端接收信號無線信號并將之顯示出來；電池腔固結(jié)于能量采集倉殼頂，射頻電路、主控電路和能量采集電路分別固結(jié)在電路板卡槽的上中下三層；所述殼體部分包括殼蓋和外殼；外殼為金屬桶裝結(jié)構(gòu)，外殼內(nèi)壁上有凹槽，能量采集倉和電路板卡槽通過外壁上的凸起輪廓嵌入外殼內(nèi)壁上的凹槽內(nèi)，進(jìn)而固定在殼體內(nèi)，殼蓋通過螺紋結(jié)構(gòu)與外殼固結(jié)。優(yōu)選地，所述殼蓋為有機樹脂材質(zhì)。優(yōu)選地，所述殼蓋上開有六角形射頻天窗。優(yōu)選地，所述電池腔中安放一塊鋰離子電池。優(yōu)選地，所述能量采集電路包括電池、LTC3331能源管理芯片及其外圍電路。優(yōu)選地，所述的主控電路包括基于MAX17043芯片的電池電量監(jiān)測電路、基于DS18B20芯片的測溫電路、基于ADXL345的加速度傳感電路和主控芯片MSP430F5438A。優(yōu)選地，所述射頻電路包括CC2530射頻芯片及其外圍電路。優(yōu)選地，所述無線通信協(xié)議采用Zigbee通信協(xié)議。本專利技術(shù)具有以下有益效果：可以實現(xiàn)對旋轉(zhuǎn)類重型采煤機械在線狀態(tài)監(jiān)測，集成獨立能源供給技術(shù)和無線數(shù)據(jù)收發(fā)技術(shù)，可以免去工業(yè)現(xiàn)場布線的步驟、安裝更加靈活、監(jiān)控更加方便，進(jìn)一步實現(xiàn)由“事后維修”到“預(yù)知維修”的轉(zhuǎn)變，避免意外停機及惡性事故的發(fā)生，對于提高設(shè)備的可靠性、經(jīng)濟性、利用率以及降低生產(chǎn)成本具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價值。附圖說明圖1為本專利技術(shù)實施例一種煤機裝備無線無源監(jiān)測系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖。圖2為本專利技術(shù)實施例一種煤機裝備無線無源監(jiān)測系統(tǒng)中信號采集端的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為圖2的分解圖。具體實施方式為了使本專利技術(shù)的目的及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合實施例對本專利技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本專利技術(shù)，并不用于限定本專利技術(shù)。如圖1所示，本專利技術(shù)實施例提供了一種煤機裝備無線無源監(jiān)測系統(tǒng)，包括通過無線通信協(xié)議連接的上位機接收端和信號采集端，所述上位機接收端由電腦和Zigbee信號接收單元組成。如圖2-圖3所示，信號采集端包括振動能量采集部分、系統(tǒng)電路部分和殼體部分，所述的振動能量采集部分包括壓電單元8、磁電單元9、摩擦單元10；壓電單元8固結(jié)于能量采集倉6上壁，摩擦單元10固結(jié)于能量采集倉6下壁，磁電單元9懸浮于能量采集倉6倉體中心。當(dāng)系統(tǒng)處于振動環(huán)境中時，磁電單元9會在能量采集倉6中上下震蕩，磁電單元9在震蕩同時會與壓電單元8和摩擦單元10產(chǎn)生碰撞及摩擦。隨后，磁電單元9會產(chǎn)生磁電能量輸出，壓電單元8會產(chǎn)生壓電能量輸出，摩擦單元10會產(chǎn)生摩擦電能量輸出。輸出能量通過引線上傳至能量采集電路。所述系統(tǒng)電路部分包括：電路板卡槽2、射頻電路3、主控電路4、能量采集電路5、電池腔7；電池腔7固結(jié)于能量采集倉6殼頂，射頻電路3、主控電路4和能量采集電路5分別固結(jié)與電路板卡槽2的上中下三層。電池腔7中安放一塊鋰離子電池；當(dāng)系統(tǒng)在振動環(huán)境中時，能量采集電路5將振動能量采集部分所輸出的不穩(wěn)定電能轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的電量輸出，能量采集電路5和鋰離子電池共同構(gòu)成了電能存儲和供給單元，負(fù)責(zé)為射頻電路3、主控電路4的運行供電；主控電路4負(fù)責(zé)采集電池電量數(shù)據(jù)、環(huán)境溫度數(shù)據(jù)以及環(huán)境振動數(shù)據(jù)，同時主控電路4控制系統(tǒng)邏輯和與射頻電路3的數(shù)據(jù)通信；射頻電路3負(fù)責(zé)將主控電路4傳輸過來的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)化為無線信號發(fā)送給上位機接收端。所述殼體部分包括：殼蓋1、外殼11；外殼11為金屬桶裝結(jié)構(gòu)，外殼11內(nèi)壁上有凹槽，能量采集倉6和電路板卡槽2通過外壁上的凸起輪廓嵌入外殼11內(nèi)壁上的凹槽，進(jìn)而固定在殼體內(nèi)；殼蓋1為有機樹脂材質(zhì)，殼蓋1通過螺紋結(jié)構(gòu)與外殼11固結(jié)，殼蓋1上開有六角形射頻天窗，以減小完全封裝結(jié)構(gòu)對射頻信號的阻礙作用。所述能量采集電路包括電池、LTC3331能源管理芯片及其外圍電路。所述的主控電路包括基于MAX17043芯片的電池電量監(jiān)測電路、基于DS18B20芯片的測溫電路、基于ADXL345的加速度傳感電路和主控芯片MSP430F5438A。所述射頻電路包括CC2530射頻芯片及其外圍電路。所述無線通信協(xié)議采用Zigbee通信協(xié)議。以上所述僅是本專利技術(shù)的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本
的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本專利技術(shù)原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本專利技術(shù)的保護(hù)范圍。本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】
一種煤機裝備無線無源監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，包括通過無線通信協(xié)議連接的上位機接收端和信號采集端，所述上位機接收端由電腦和Zigbee信號接收單元組成，所述信號采集端包括振動能量采集部分、系統(tǒng)電路部分以及殼體部分，所述的振動能量采集部分包括壓電單元、磁電單元和摩擦單元，壓電單元固結(jié)于能量采集倉上壁，摩擦單元固結(jié)于能量采集倉下壁，磁電單元懸浮于能量采集倉倉體中心，所述系統(tǒng)電路部分包括電路板卡槽、射頻電路、主控電路、能量采集電路和電池腔，能量采集電路將振動能量采集部分所輸出的不穩(wěn)定電能轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的電量輸出，能量采集電路和鋰離子電池共同構(gòu)成了電能存儲和供給單元，負(fù)責(zé)為射頻電路、主控電路的運行供電；主控電路負(fù)責(zé)采集電池電量數(shù)據(jù)、環(huán)境溫度數(shù)據(jù)以及環(huán)境振動數(shù)據(jù)，同時主控電路控制系統(tǒng)邏輯和與射頻電路的數(shù)據(jù)通信；射頻電路負(fù)責(zé)將主控電路傳輸過來的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)化為無線信號發(fā)送給上位機接收端，上位機接收端接收信號無線信號并將之顯示出來；電池腔固結(jié)于能量采集倉殼頂，射頻電路、主控電路和能量采集電路分別固結(jié)在電路板卡槽的上中下三層；所述殼體部分包括殼蓋和外殼；外殼為金屬桶裝結(jié)構(gòu)，外殼內(nèi)壁上有凹槽，能量采集倉和電路板卡槽通過外壁上的凸起輪廓嵌入外殼內(nèi)壁上的凹槽內(nèi)，進(jìn)而固定在殼體內(nèi)，殼蓋通過螺紋結(jié)構(gòu)與外殼固結(jié)。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種煤機裝備無線無源監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，包括通過無線通信協(xié)議連接的上位機接收端和信號采集端，所述上位機接收端由電腦和Zigbee信號接收單元組成，所述信號采集端包括振動能量采集部分、系統(tǒng)電路部分以及殼體部分，所述的振動能量采集部分包括壓電單元、磁電單元和摩擦單元，壓電單元固結(jié)于能量采集倉上壁，摩擦單元固結(jié)于能量采集倉下壁，磁電單元懸浮于能量采集倉倉體中心，所述系統(tǒng)電路部分包括電路板卡槽、射頻電路、主控電路、能量采集電路和電池腔，能量采集電路將振動能量采集部分所輸出的不穩(wěn)定電能轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的電量輸出，能量采集電路和鋰離子電池共同構(gòu)成了電能存儲和供給單元，負(fù)責(zé)為射頻電路、主控電路的運行供電；主控電路負(fù)責(zé)采集電池電量數(shù)據(jù)、環(huán)境溫度數(shù)據(jù)以及環(huán)境振動數(shù)據(jù)，同時主控電路控制系統(tǒng)邏輯和與射頻電路的數(shù)據(jù)通信；射頻電路負(fù)責(zé)將主控電路傳輸過來的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)化為無線信號發(fā)送給上位機接收端，上位機接收端接收信號無線信號并將之顯示出來；電池腔固結(jié)于能量采集倉殼頂，射頻電路、主控電路和能量采集電路分別固結(jié)在電路板卡槽的上中下三層；所述殼體部分包括殼蓋和外殼；外殼為金屬桶裝結(jié)構(gòu)，外殼內(nèi)壁上...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：薛晨陽，丑修建，穆繼亮，何劍，韓建強，張增星，王大為，王二偉，溫濤，
申請(專利權(quán))人：中北大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：山西;14