一种安全型无线矿压监测装置的制作方法

本实用新型涉及矿井安全领域，特别涉及一种安全型无线矿压监测装置。

背景技术：

煤炭矿山中煤矿巷道的支护设备多采用自移式液压支架，液压支架的动力来自于高压液体，工人通过对各种动力油缸的伸缩控制，来使支架进行升降或移动，以调整支架的支撑位置。压力对于液压支架是个重要参数，当支柱压力超出正常范围时，系统就会出现故障，对工作人员的安全构成威胁。

目前，监测矿压的设备多是基于有线通信的方式，由于矿井下复杂的环境限制，监测区域依然会遗留下很多盲区和死角，同时，多数监测设备也不能对发生故障的地方进行提前预判，这一直是影响矿山安全生产的一个重要的潜在问题。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种结构简单、成本低、测量精确的安全型无线矿压监测装置。

本实用新型解决上述问题的技术方案是：一种安全型无线矿压监测装置，包括井上监控中心、多个井下监控分站和多个井下监控单元，井上监控中心通过数据总线与分布在矿井下的多个井下监控分站，井下监控分站与井下监控分站之间通过以太网连接，每个井下监控分站与多个井下监控单元相连，每个井下监控单元包括扩散硅传感器、低压差稳压器、放大模块、滤波模块、微控制器、无线模块、存储模块，所述扩散硅传感器与分布在巷道中的各液压支架的液压支柱密闭连接，扩散硅传感器的信号输出端与放大模块的输入端相连，放大模块的输出端经滤波模块与微控制器相连，微控制器经低压差稳压器与扩散硅传感器相连，存储模块与微控制器相连，微控制器经无线模块与对应的井下监控分站进行数据通讯。

上述安全型无线矿压监测装置，所述井下监控单元还包括按键模块，按键模块与微控制器相连。

上述安全型无线矿压监测装置，所述井下监控单元还包括时钟模块，时钟模块与微控制器相连。

上述安全型无线矿压监测装置，所述井下监控单元还包括报警模块，报警模块与微控制器相连。

上述安全型无线矿压监测装置，所述井下监控单元还包括JTAG模块，JTAG模块与微控制器相连。

上述安全型无线矿压监测装置，所述井下监控单元还包括显示模块，显示模块与微控制器相连。

上述安全型无线矿压监测装置，所述微控制器的主芯片采用MSP430。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型在矿井下分布多个井下监控单元，每个井下监控单元的扩散硅传感器与分布在巷道中的各液压支架的液压支柱密闭连接，实时监测液压支柱内的压力，全面覆盖了矿井的每个区域和盲点，通过在线实时监测数据并送与井上监控中心进行分析和预判提前预警，大大降低了由液压支架发生故障带来事故的风险，提高了井下工作的安全性。

附图说明

图1为本实用新型的结构框图。

图2为图1中微控制器的电路图。

图3为图1中时钟模块的电路图。

图4为图1中存储模块的电路图。

图5为图1中按键模块和显示模块的电路图。

图6为图1中无线模块的电路图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。

如图1所示，一种安全型无线矿压监测装置，包括井上监控中心、多个井下监控分站和多个井下监控单元1，井上监控中心通过数据总线与分布在矿井下的多个井下监控分站，井下监控分站与井下监控分站之间通过以太网连接，每个井下监控分站与多个井下监控单元1相连，每个井下监控单元1包括扩散硅传感器、低压差稳压器、放大模块、滤波模块、微控制器、无线模块、存储模块。按键模块、时钟模块、报警模块、JTAG模块和显示模块，所述低压差稳压器为扩散硅传感器提供不随阻抗、输入电压、温度和时间变化而变化稳定电源电压，所述扩散硅传感器与分布在巷道中的各液压支架的液压支柱密闭连接，扩散硅传感器的信号输出端与放大模块的输入端相连，放大模块的输出端经滤波模块与微控制器相连，微控制器经低压差稳压器与扩散硅传感器相连，存储模块、按键模块、时钟模块、报警模块、JTAG模块、显示模块分别与微控制器相连，微控制器经无线模块与对应的井下监控分站进行数据通讯。

所述微控制器的主芯片采用MSP430；显示模块显示液压支柱的压力供工作人员查看。

本装置包括多个井下监控分站，确保每处液压支柱都能监测到，单个井下监控分站对应不同的井下环境，因此每个井下监控分站可能对应不同数量的井下监控单元1；当液压支柱内介质油的压力作用在扩散硅传感器硅膜片上，膜片产生正比油压的微位移，传感器的电阻值改变，该信号通过放大模块和滤波模块后，输入到微控制器的AD转换模块，AD转换器将模拟量转换为数字量，经滤波计算后，换算出相应的压力值，并通过显示模块显示，显示模块采用LCD数码管；当压力值超过阈值时，报警模块提供声光报警，同时，这些数据会反馈到相近的井下监控分站最后统一发送给井上监控中心进行分析和处理，进行预判，提前通知工作人员进行修理。

如图2所示，本实用新型选用MSP430芯片作为微控制器的主控芯片，选用TPS76330芯片为稳压芯片，TPS76330芯片的GND引脚和NC引脚接地，EN引脚与MSP430芯片的P13端口相连，MSP430芯片用P13端口对TPS76330芯片进行开关控制，从而对压力信号的采集进行开关控制。MSP430芯片集成了12位高速AD转换器，同时，芯片上集成了12位SAR核、16位的转换控制缓冲器、参考电压生成器与采样选择控制器。

如图3所示，本实用新型选取DS1302芯片作为时钟模块的核心，DS1302芯片的引脚XX1和引脚XX2接X1晶振，电容C1和电容C2并联，C1、C2和X1构成DS1302芯片的晶振电路；引脚RST接MSP430主控芯片的P22端口，读写时钟芯片时，RST保持高电平；I/O端口是数据双向传输的通道，接 MSP430主控芯片的P21端口；引脚SCLK是输入引脚，接MSP430主控芯片的P20端口。

如图4所示，AT24C64芯片的A0，A1，A2引脚为输入引脚，全部接地；引脚WP接地；引脚SCL、引脚SDA接 MSP430主控芯片的P51端口和P52端口，电阻R3、电阻R4分别作为引脚SDA和引脚SCL的上拉电阻；VCC端口与PMOS管Q1的漏极相连，Q1的栅极接MSP430主控芯片P45端，电阻R2为下拉电阻；存储时，P45端为低电平，Q1导通，存储芯片上电后进行读写操作，读写完成后， P45端变为高电平，Q1关闭；该电路电容C3起滤波稳压的作用。

MX25L8005芯片的引脚WP接地；引脚HOLD连接电阻R1并和VCC端相连，在正常读写时，HOLD端为高电平；CS端为片选信号端与MSP430主控芯片P53端相连；引脚SCLK与MSP430的P55端口相连；引脚SO与MSP430的P54相连；SI引脚与P56端口相连；MSP430通过端口P54、端口P55和端口P56 与MX25L8005芯片通信；VCC端和Q1的漏极相连，C1为电源端的旁接电容。

如图5所示，电阻R3、电阻R4、电容C12与BUTTON 组成了按键电路，按键的一端接 VCC，另外一段接 R4，按键平常状态为断开，当按键被按下时，C12 开始充电，MSP430的 P14口会有一个上升沿，上升沿触发 MSP430 的 IO 口中断，由中断调度相应的压力信号采集处理和显示。

如图6所示，nRF24L01芯片的IRQ引脚接MSP430主控芯片P11端口，无线收发过程中，端口P11被设置为中断请求信号输入端口，当收发完成或累计收发失败到一定次数时，IRQ端被置为低电平，此时只要将P11端口中断变为下降沿触发即可；CE端口作为发送和接受模式使能端口，与主控芯片P33端相连；SCK端口、MI端口、MO端口和CSN端口分别与MSP430主控芯片的P31端口、P30端口、P32端口和P34端口相连进行串行通信。