一种基于STM32W的液压支架压力监测系统的制作方法

本发明涉及一种基于STM32W的液压支架压力监测系统，适用于机械领域。

背景技术：

由于液压支架作为保障煤矿工作面安全生产的关键设备之一， 越来越多的国家对液压支架压力监测系统进行发展。通过对生产现场深入细致的研究， 现有的液压支架压力监测系统仍然存在实时性、 连续性较差等缺点。

技术实现要素：

本发明提出一种基于STM32W的液压支架压力监测系统，系统可达到设计指标且结构简单、经济、可靠、具有推广应用价值。

本发明所采用的技术方案是：

所述压力检测系统的无线传感器网络系统主要由网关/汇聚节点(sink)、路由节点、传感器节点、CAN总线、监控软件几部分组成。传感器节点安装在液压支架上，对其前支柱、后支柱、前身梁3点的压力进行采集。路由节点作为通讯的中继，实现sink节点与传感器节点的通信，起到传递数据和命令的作用，同时在网络中可以转发信号，实现组网中的远距离通讯。Sink节点作为整个网络的协调器，负责组建网络、分配地址、汇总信息等功能。由于液压支架在井下是直线型排列，传感器节点也应为带状分布。

所述无线传感器网络系统中的网络节点主要有sink节点、路由节点、传感器节点。它们在无线部分配置基本一致，都选用高性能、低功耗的STM32W108芯片为通信器件。但考虑到通讯的覆盖面积和使用方便性，传感器节点需由电池供电并选用低功耗的负载芯片，路由节点和sink节点可由直流电源供电。传感器节点由传感器、信号处理单元、按键、电源管理单元、通信单元、显示单元组成。

所述压力检测系统的测压传感器选用扩散硅式压力传感器，有别于传统的硅应变片式传感器，其具有测量精度高，稳定性好、使用寿命长等特点，同时固化结构中有极大的内部阻抗，功耗更低。设计中为了达到较好的线性度，采取恒流源供电方案。同时选用具有较宽共模输入范围的集成单电源仪表放大器AD623，其使用简单，功耗低，最大工作电流为550μΑ。

由于传感器节点采用电池供电，为了保证电池的使用寿命，需要考虑电能消耗问题。节点设计中，分2部分供电，一路是模拟电源部分：供给传感器、恒流源、调理电路部分；另一路是数字电源供电：供给CPU和显示单元。

所述压力检测系统的模拟电源由一个MOS管来控制通断，在节点不需要采集时关断模拟电源部分，节省不必要的电能消耗。由数字供电的STM32W在深睡眠和正常工作两种模式下切换，当采集的压力值需传输时开启自身的RF射频通讯功能，一般关闭不用外设，尽量降低功耗。

所述压力检测系统的路由节点和sink节点的显示模块都采用液晶显示，可以包含更多信息，并对自身网络中的状态更新显示，方便检查。这两个节点不会进行深睡眠，一直处于工作状态，可以不断查询网络。

所述压力检测系统的系统通讯架构需要由Sink节点来形成网络并发起广播，路由、传感器节点搜索信道网络，并申请加入。初始化包括硬件初始化、串口初始化、中断使能、对随机数生成器播种等。Sink节点的作用是网络维护和数据传输。网络构建完成后就可以给申请加入网络的其他节点分配地址创建列表，接收子节点上传的数据；在数据传输中主要是从无线网络到CAN总线的协议转换，方便数据上传到监测机。另外，反向方式可以向下传送监测机的命令指令，Sink节点向网络中所有节点发送，由传输数据包内容决定执行的子节点和命令内容。路由节点主要包括液晶显示和电源管理，起到数据转发和显示作用，在初始化完成后尝试加入网络建立路由表，然后将传感器节点传上来的数据包解析，直接转发给sink节点或者由路由节点之间相互通讯(中继作用)最终送给sink节点。

所述压力检测系统的传感器节点负责数据的采集和上传，加入网络前的初始化部分与sink节点相类似，然后广播发送一个SEARCH帧在信道上循环搜索，当得到sink节点的允许后会收到一个AVAILABLE帧，更新自己的PAN ID和sink节点保持一致，并且单播发送一个JOIN帧给指定sink节点。如果sink节点在自己的地址列表中没有找到空余项就单播发送一个拒绝帧，否则将分配的一个短ID单播发送。由于电池供电的特点，如果每次将采集的压力值都上传，会造成节点能量的大量损耗，而且小段时间数据的意义不大，所以设计中采取定时采集、压差传输的方式。芯片采取内部睡眠定时唤醒模式，定时时间可以由软件修改，方便监控机远程调节；采集时将压力值与上次发送保留的数值比较，如果超过限定门限就打开无线模块发送数据和采集时间，并将此次压力值替换原来的存储值，否则关闭外设，直接进入睡觉模式等待下一次唤醒。

本发明的有益效果是：扩散硅传感器精度高，耗电少，使用寿命长；无线通讯传输无需复杂布线，避免传输电缆经济性差的缺陷；操作便利，降低劳动成本，可以在监测机上远程操作，实时更新；新型IC芯片使用，各方面性能更强。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的系统架构图。

图2是本发明的传感器节点结构图。

图3是本发明的Sink节点流程图。

图4是本发明的传感器节点流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1，无线传感器网络系统主要由网关/汇聚节点(sink)、路由节点、传感器节点、CAN总线、监控软件几部分组成。传感器节点安装在液压支架上，对其前支柱、后支柱、前身梁3点的压力进行采集。路由节点作为通讯的中继，实现sink节点与传感器节点的通信，起到传递数据和命令的作用，同时在网络中可以转发信号，实现组网中的远距离通讯。Sink节点作为整个网络的协调器，负责组建网络、分配地址、汇总信息等功能。由于液压支架在井下是直线型排列，传感器节点也应为带状分布。

如图2，无线传感器网络系统中的网络节点主要有sink节点、路由节点、传感器节点。它们在无线部分配置基本一致，都选用高性能、低功耗的STM32W108芯片为通信器件。但考虑到通讯的覆盖面积和使用方便性，传感器节点需由电池供电并选用低功耗的负载芯片，路由节点和sink节点可由直流电源供电。传感器节点由传感器、信号处理单元、按键、电源管理单元、通信单元、显示单元组成。

压力检测系统的测压传感器选用扩散硅式压力传感器，有别于传统的硅应变片式传感器，其具有测量精度高，稳定性好、使用寿命长等特点，同时固化结构中有极大的内部阻抗，功耗更低。设计中为了达到较好的线性度，采取恒流源供电方案。同时选用具有较宽共模输入范围的集成单电源仪表放大器AD623，其使用简单，功耗低，最大工作电流为550μΑ。

由于传感器节点采用电池供电，为了保证电池的使用寿命，需要考虑电能消耗问题。节点设计中，分2部分供电，一路是模拟电源部分：供给传感器、恒流源、调理电路部分；另一路是数字电源供电：供给CPU和显示单元。

模拟电源由一个MOS管来控制通断，在节点不需要采集时关断模拟电源部分，节省不必要的电能消耗。由数字供电的STM32W在深睡眠和正常工作两种模式下切换，当采集的压力值需传输时开启自身的RF射频通讯功能，一般关闭不用外设，尽量降低功耗。

路由节点和sink节点的显示模块都采用液晶显示，可以包含更多信息，并对自身网络中的状态更新显示，方便检查。这两个节点不会进行深睡眠，一直处于工作状态，可以不断查询网络。

如图3，压力检测系统的系统通讯架构需要由Sink节点来形成网络并发起广播，路由、传感器节点搜索信道网络，并申请加入。初始化包括硬件初始化、串口初始化、中断使能、对随机数生成器播种等。Sink节点的作用是网络维护和数据传输。网络构建完成后就可以给申请加入网络的其他节点分配地址创建列表，接收子节点上传的数据；在数据传输中主要是从无线网络到CAN总线的协议转换，方便数据上传到监测机。另外，反向方式可以向下传送监测机的命令指令，Sink节点向网络中所有节点发送，由传输数据包内容决定执行的子节点和命令内容。路由节点主要包括液晶显示和电源管理，起到数据转发和显示作用，在初始化完成后尝试加入网络建立路由表，然后将传感器节点传上来的数据包解析，直接转发给sink节点或者由路由节点之间相互通讯(中继作用)最终送给sink节点。

如图4，压力检测系统的传感器节点负责数据的采集和上传，加入网络前的初始化部分与sink节点相类似，然后广播发送一个SEARCH帧在信道上循环搜索，当得到sink节点的允许后会收到一个AVAILABLE帧，更新自己的PAN ID和sink节点保持一致，并且单播发送一个JOIN帧给指定sink节点。如果sink节点在自己的地址列表中没有找到空余项就单播发送一个拒绝帧，否则将分配的一个短ID单播发送。由于电池供电的特点，如果每次将采集的压力值都上传，会造成节点能量的大量损耗，而且小段时间数据的意义不大，所以设计中采取定时采集、压差传输的方式。芯片采取内部睡眠定时唤醒模式，定时时间可以由软件修改，方便监控机远程调节；采集时将压力值与上次发送保留的数值比较，如果超过限定门限就打开无线模块发送数据和采集时间，并将此次压力值替换原来的存储值，否则关闭外设，直接进入睡觉模式等待下一次唤醒。