专利名称：一种基于wi-fi的巷道离层、变形监测系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种巷道离层、变形监测系统，特别是一种基于WI-FI的巷道离 层、变形监测系统。
背景技术：
WI-FI (全称 Wireless Fidelity)，IEEE802. lib无线网络规范是 IEEE802. 11 规范 的变种，最高带宽为11Mbps，在信号较弱或有干扰的情况下，带宽可调整为5. 5Mbps,2Mbps 和1Mbps，带宽的自动调整，有效地保障了网络的稳定性和可靠性。其主要特性为速度快， 可靠性高，在开放性区域，通讯距离可达305米，在封闭性区域，通讯距离为76米到122米， 方便与现有的有线以太网络整合，组网的成本更低。WI-FI最主要的优势在于不需要布线，可以不受布线条件的限制，因此非常适合应 用在移动的场合，具有广阔的市场前景，目前它已经从传统的医疗保健、库存控制和管理服 务等特殊行业向更多行业拓展开去，在网络建设完备的情况下，802. lib的真实工作距离可 以达到100米以上，而且解决了高速移动数据的纠错问题、误码问题，WIFI设备与设备、设 备与基站之间的切换和安全认证都得到了很好的解决。目前，矿用离层、变形监测装置多是基于现场观测的装置或通过有线缆连接监测 系统。基于现场观测的离层、变形监测装置，要求工人在工作区域内才能得到数据，井上调 度人员无法实时得到工作区域内的离层量、变形量，增大了在工作区域内工人的危险；基于 现场连线的离层、变形监测装置存在井下敷设线缆困难、难以维护等诸多不足。本系统采用 基于WI-FI技术的巷道离层、变形监测装置，可通过无线的方式将采集到的参数并入现有 工业以太网，无论从成本、灵活性、实时性、安全性等方面都具有很好的优势。
实用新型内容本实用新型的目的是要提供一种基于WI-FI的、具有本质安全电路特征、能够监 测巷道离层量、变形量的装置，具有可扩展性的基于WI-FI的巷道离层、变形监测系统。本实用新型为实现上述目的，采用如下技术方案本实用新型一种基于WI-FI的巷道离层、变形监测系统，其特征是该系统的装置 包括控制器、无线发射单元、串口单元、数码显示单元、电源供电单元、位移传感器单元、四 选一模拟电子开关和离层量变形量超限报警单元，其中位移传感器单元由四个位移传感器 构成；四个位移传感器的输出端分别接四选一模拟电子开关的输入端，四选一模拟电子开 关的输出端接控制器的输入端，控制器分别与串口单元和四选一模拟电子开关双向连接， 控制器的输出端分别接无线发射单元、数码显示单元和离层量变形量超限报警单元的输入 端，电源供电单元给控制器供电。有益效果由于采用了上述方案，位移传感器将拉绳的长度转化为电信号，然后 通过四选一的模拟开关将四路位移传感器的输出分时传送给无线控制芯片GS1010 转换接口，GS1010的APP_CPU对采集到的数据进行处理，将处理后的数据进行打包，再通过WLAN_CPU将数据打包成符合IEEE802. 11协议的数据无线发送出去；在接收端符合 IEEE802. llb/g协议的接入点(Access Point)接收无线载波发送过来的数据，通过RJ45 接口送给上位机，上位机对接收过来的数据解包显示；此离层、位移监测装置为一个监控分 站，由于基于WI-FI (IEEE802. 11/g协议)的接入点，可以同时接入多个监控分站，所以此系 统可以继续扩展，达到了实用新型的目的。目前，矿用离层、变形监测装置多是基于现场观测的装置或通过有线缆连接监测 系统。基于现场观测的离层、变形监测装置，要求工人在工作区域内才能得到数据，井上调 度人员无法实时得到工作区域内的离层量、变形量，增大了在工作区域内工人的危险；基于 现场连线的离层、变形监测装置存在井下敷设线缆困难、难以维护等诸多不足。本系统采用 基于WI-FI技术的巷道离层、变形监测装置，可通过无线的方式将采集到的参数并入现有 工业以太网，无论从成本、灵活性、实时性、安全性等方面都具有很好的优势。
图1为本实用新型的基于WI-FI的离层、变形监测系统结构方框图。图2为本实用新型的GS1010控制器电路图。图3为本实用新型的无线发射单元电路图。图4为本实用新型的串口单元电路图。图5为本实用新型的数码显示单元电路图。图6为本实用新型的电源供电单元电路图。图7为本实用新型的位移传感器单元电路图。图8为本实用新型的离层变形量超限报警单元电路图。
具体实施方式
以下结合附图对实用新型的技术方案进行详细说明如图1所示，一种基于WI-FI的巷道离层、变形监测系统，其特征是该系统的装置 包括控制器、无线发射单元、串口单元、数码显示单元、电源供电单元、位移传感器单元、四 选一模拟电子开关和离层量变形量超限报警单元，其中位移传感器单元由四个位移传感器 构成；四个位移传感器的输出端分别接四选一模拟电子开关的输入端，四选一模拟电子开 关的输出端接控制器的输入端，控制器分别与串口单元和四选一模拟电子开关双向连接， 控制器的输出端分别接无线发射单元、数码显示单元和离层量变形量超限报警单元的输入 端，电源供电单元给控制器供电。所述控制器包括有单片机、低频晶振、高频晶振和电容网络，其中电容网络的一 端接地，电容网络另一端与单片机连接，低频晶振、高频晶振的输出端分别接单片机的输入端。 所述无线发射单元由带通滤波器串接天线构成。所述带通滤波器由型号为DEA252450-7012D1带通滤波器芯片构成。该系统的方法是基于WI-FI的巷道离层、变形监测系统，位移传感器将拉绳的长 度转化为电信号，然后通过四选一的模拟开关将四路位移传感器的输出分时传送给无线 控制芯片GS1010的AD转换接口，GS1010的APP_CPU对采集到的数据进行处理，处理的目的是为了计算离层量、变形量，将处理后的数据进行打包，再通过WLAN_CPU将数据打包成 符合IEEE802. 11协议的数据无线发送出去；在接收端符合IEEE802. llb/g协议的接入点 (Access Point)接收无线载波发送过来的数据，通过RJ45接口送给上位机，上位机对接收 过来的数据解包显示。该系统的装置包括GS1010控制器、无线发射单元、串口单元、数码显示单元、电源 供电单元、位移传感器单元、离层量变形量超限报警单元，位移传感器与时分四选一模拟电 子开关连接，时分四选一模拟电子开关与GS1010控制器连接，GS1010控制器与数码显示单 元连接，GS1010控制器与离层变形量超限报警单元连接，GS1010控制器与无线发射单元连 接，GS1010与串口单元连接。如图2所示，所述的GS1010控制器包括有单片机(GS1010)和电容网络，电容网 络的一端接地，电容网络另一端与GS1010控制器连接，单片机的A15、A16、B4、B5、B6、B7、 B8、B9、B11 去与电源供电单元的 L4 连接，A2、A8、A9、A43、A48、A50、B16、B17、B19、B20、 B22、B23、B25、B26、B28、B29去与电源供电单元的L2连接，B1、A21、B2、B3、A24去与电源供 电单元的L3连接，A35去与电源供电单元U11的4脚连接，A38去与电源供电单元的L5连 接，A41接地，A13、A14分别去与无线发射单元U3的7脚、5脚连接，A1、A3、A44、A47、A49、 A52与指示灯连接，A25、A26分别与晶振Y1的1脚和3脚连接，A31去与数码显示单元U7 的3脚连接，A33、A34分别与晶振Y2两管脚连接，A36通过电阻R29接地，A37去与位移传 感器单元U14的8脚连接，A42既通过电阻R30去与A12连接又与U10的2脚连接，A56去 与数码显示单元U5的4脚连接，A57、A60、A61分别去与数码显示单元U4的27脚、25脚、 26脚连接，B18去与数码显示单元TO的4脚连接，A51、A59分别去与位移传感器单元U14 的1脚和10脚连接，A70去与串口单元U2的3脚连接，B30去与串口单元P1的2脚连接， A71去与串口 U1的4脚连接，A72去与串口 P1的6脚连接，B14通过R15接地，R14—端通 过R15接地另一端去与电源供电Q1的2脚连接，U10的1脚接地，U10的3脚去与电源供电 单元Q1的2脚连接。如图3所示，所述的无线发射单元带通滤波器芯片(DEA252450-7012D1)和高频 天线接口(SMA_C0NN)，带通滤波器芯片的5脚、7脚分别去与单片机的A14、A13连接，3脚 去与电源供电单元的L4连接，4脚、8脚接地，高频天线接口的2脚、3脚、4脚、5脚接地。如图4所示，所述的串口单元包括线路驱动单元、双电源转换单元和6针串口，其 中线路驱动单元分别与控制器、双电源转换单元和6针串口连接，双电源转换单元分别与 控制器和6针串口连接，6针串口与控制器连接。具体机构如下所述所述的串口单元包括线路驱动器(74LVC1G125)、双电源转换 器(74LVC1T45)和6针串口，线路驱动器的4脚去与单片机的A71连接，5脚去与单片机的 B28脚连接，1脚、3脚接地，双电源转换器的3脚去与单片机的A70连接，1脚去与单片机的 B28连接，2脚接地，6针串口的1脚接地、2脚去与单片机的B30连接，6脚去与单片机的A72连接。如图5所示，所述的数码显示单元由数码显示控制芯片(CH451)、电子开关 (MAX4715)、线路驱动器(74LVC125)和按键去抖器(MAX6816)构成。数码显示控制芯片的5 脚与DS1的8脚连接，数码显示控制芯片的6脚与DS2的8脚连接，数码显示控制芯片的7 脚与DS3的8脚连接，数码显示控制芯片的8脚与DS4的8脚连接，9脚接地，23脚去与TO
6的1脚连接，25脚去与单片机的A60连接，26脚去与单片机的A61连接，27脚去与单片机的 A57连接，15脚通过电阻R13与DS1、DS2、DS3、DS4的7脚连接，16脚通过电阻R12与DSU DS2、DS3、DS4的6脚连接，17脚通过电阻Rl 1与DS1、DS2、DS3、DS4的4脚连接，18脚通过 电阻RlO与DS1、DS2、DS3、DS4的2脚连接，19脚通过电阻R9与DS1、DS2、DS3、DS4的1脚 连接，20脚通过电阻R8与DS1、DS2、DS3、DS4的9脚连接，21脚通过电阻R7与DS1、DS2、 DS3、DS4的10脚连接，22脚通过电阻R6与DS1、DS2、DS3、DS4的5脚连接，电子开关的1 脚去与数码显示控制芯片的23脚连接，2脚、5脚去与电源供电单元的U12的5脚连接，3脚 接地，4脚去与单片机的B18连接，线路驱动器的1脚、3脚均接地，2脚去与单片机的A31连 接，4脚去与单片机的A56连接，按键去抖器的1脚接地，2脚通过开关接地，3脚去与单片机 的A31连接，4脚去与电源供电单元Ql的2脚连接。如图6所示，所述的电源供电单元包括三个电平转换单元和电池管理单元，其中 电池管理单元分别与数码显示单元和第二电平转换单元连接，第二电平转换单元、第三电 平转换单元分别与气体传感器单元连接，第一电平转换单元与控制器连接。具体结构如下所述所述的电源供电单元包括电平转换芯片(TPS62261、 TPS76030)和电池管理芯片(FDN304PZ)，电池管理芯片的2脚去与按键去抖器的4脚、 TPS62261的5脚、NCP803SN232T1G的3脚连接，电平转换芯片(TPS76030)的5脚去与电子 开关的2脚、5脚、REF3318的1脚、反相器(SN74LVC3G06)的8脚、MAX4734的5脚、6脚连 接，电平转换芯片(TPS62261)的4脚去与单片机的A35连接，5脚与Ql的2脚连接，3脚去 与单片机的 A2、A8、A9、A43、A48、A50、B16、B17、B19、B20、B22、B23、B25、B26、B28、B29 连 接，￥00_ 1^去与单片机的81、421、82、83、々24连接，VDD_RF 1V8去与单片机的A15、A16、 B4、B5、B6、B7、B8、B9、B11 连接，VDD_ADC 去与单片机的 A38 连接。如图7所示，所述的位移传感器单元时分复用四选一模拟电子开关(MAX4734)、 1.8V电源芯片(REF3318)和位移传感器，模拟电子开关的1脚、10脚分别去与单片机的 A51、A59连接，8脚去与单片机的A37连接，2脚去与位移传感器1的3脚连接，9脚去与位 移传感器2的3脚连接，4脚去与位移传感器3的3脚连接，7脚去与位移传感器4的3脚 连接，5、6脚去与电源供电单元U12的5脚连接，3脚接地，1.8V电源芯片(REF3318)的1脚 去与TPS76030的5脚连接，2脚分别去与位移传感器1、2、3、4的1脚连接，3脚接地，位移 传感器1、2、3、4的2脚分别接地。如图8所示，所述的离层变形量超限报警单元反相器(SN74LVC3G06)和发光二 极管，反相器(SN74LVC3G06) U8的1脚通过电阻R17接地还去与单片机的A52连接，2脚通 过发光二极管D4和电阻R22去与电源供电单元U12的5脚连接，3脚通过R18接地还去与 单片机的A47连接，4脚接地，5脚通过发光二极管D3和电阻R21去与电源供电单元U12的 5脚连接，6脚通过电阻R19接地还去与单片机的A49连接，7脚通过发光二极管D2和电阻 R20与电源供电单元U12的5脚连接，8脚通过电容C23接地还去与电源供电单元U6的5 脚连接，反相器(SN74LVC3G06) U9的1脚通过电阻R23接地还去与单片机的A44连接，2脚 通过发光二极管D7和电阻R28去与电源供电单元U12的5脚连接，3脚通过R24接地还去 与单片机的Al连接，4脚接地，5脚通过发光二极管D6和电阻R27去与电源供电单元U12 的5脚连接，6脚通过电阻R25接地还去与单片机的A3连接，7脚通过发光二极管D5和电 阻R26与电源供电单元U12的5脚连接，8脚通过电容C22接地还去与电源供电单元TO的5脚连接。在图1中，位移传感器将拉绳的长度转化为电信号，然后通过四选一的模拟开关 将四路位移传感器的输出分时传送给无线控制芯片GS1010的AD转换接口，GS1010的APP_ CPU对采集到的数据进行处理，将处理后的数据进行打包，再通过WLAN_CPU将数据打包成 符合IEEE802. 11协议的数据无线发送出去；在接收端符合IEEE802. llb/g协议的接入点 (Access Point)接收无线载波发送过来的数据，通过RJ45接口送给上位机，上位机对接收 过来的数据解包显示。在图2，3，4，5，6，7，8中，该电路原理有七部分组成，各部分电路的连接由网络 标号标注。GS1010控制器该单元主要完成四路位移传感器的AD采样、本地数码显示 的控制、数据打包、发送数据、无线调制和接收数据解调；无线发射单元由带通滤波器 DEA252450BT-7012D1和2. 4GHz天线构成；串口单元利用线路驱动器74LVC1G125和双电 源转换器74LVC1T45实现串口电压转换；数码显示单元主要由数码管驱动芯片CH451、按 键去抖芯片MAX6816和线路驱动芯片74LVC1G125构成，功能是本地循环显示离层量、变形 量；电源供电单元利用电平转换芯片TPS62261提供1. 8V电压，电平转换芯片TPS76030提 供3. 0V电压；位移传感器单元REF3318电源芯片提供1. 8V电压，给位移传感器供电，位移 传感器将拉绳长度转化为电信号；报警单元由反相器和发光二极管组成，当离层量或变 形量超限时，相关指示灯点亮。
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权利要求一种基于WI FI的巷道离层、变形监测系统，其特征是该系统的装置包括控制器、无线发射单元、串口单元、数码显示单元、电源供电单元、位移传感器单元、四选一模拟电子开关和离层量变形量超限报警单元，其中位移传感器单元由四个位移传感器构成；四个位移传感器的输出端分别接四选一模拟电子开关的输入端，四选一模拟电子开关的输出端接控制器的输入端，控制器分别与串口单元和四选一模拟电子开关双向连接，控制器的输出端分别接无线发射单元、数码显示单元和离层量变形量超限报警单元的输入端，电源供电单元给控制器供电。
2.根据权利要求1所述的一种基于WI-FI的巷道离层、变形监测系统，其特征是所述 控制器包括有单片机、低频晶振、高频晶振和电容网络，其中电容网络的一端接地，电容网 络另一端与单片机连接，低频晶振、高频晶振的输出端分别接单片机的输入端。
3.根据权利要求1所述的一种基于WI-FI的巷道离层、变形监测系统，其特征是所述 无线发射单元由带通滤波器串接天线构成。
4.根据权利要求3所述的一种基于WI-FI的巷道离层、变形监测系统，其特征是所述 带通滤波器由型号为DEA252450-7012D1带通滤波器芯片构成。
5.根据权利要求1所述的一种基于WI-FI的巷道离层、变形监测系统，其特征是所述 的串口单元包括线路驱动单元、双电源转换单元和6针串口，其中线路驱动单元分别与控 制器、双电源转换单元和6针串口连接，双电源转换单元分别与控制器和6针串口连接，6针 串口与控制器连接。
6.根据权利要求1所述的一种基于WI-FI的巷道离层、变形监测系统，其特征是所 述的数码显示单元包括四个数码管DSfDS4、八个电阻R5 R12、数码显示控制芯片、电子开 关、线路驱动器和按键去抖器，其中数码显示控制芯片的5脚与数码管DS1的8脚连接，6 脚与数码管DS2的8脚连接，7脚与数码管DS3的8脚连接，9脚与数码管DS4的8脚连接， 9脚接地，数码显示控制芯片的23脚与C6的1脚连接，25脚、26脚、27脚分别与控制器连 接，15脚通过电阻R12与数码管DS1、DS2、DS3、DS4的7脚连接，16脚通过电阻R11与数码 管DS1、DS2、DS3、DS4的6脚连接，17脚通过电阻R10与数码管DS1、DS2、DS3、DS4的4脚 连接，18脚通过电阻R9与数码管DS1、DS2、DS3、DS4的2脚连接，19脚通过电阻R8与数码 管DS1、DS2、DS3、DS4的1脚连接，20脚通过电阻R7与数码管DS1、DS2、DS3、DS4的9脚连 接，21脚通过电阻R6与数码管DS1、DS2、DS3、DS4的10脚连接，22脚通过电阻R5与数码 管 DS1、DS2、DS3、DS4 的 5 脚连接；电子开关的1脚与数码显示控制芯片的23脚连接，2脚与电源供电单元连接，3脚接 地，4脚与控制器连接；线路驱动器的1脚、3脚均接地，2脚、4脚分别与控制器连接；按键去抖器的1脚接地，2脚通过开关S1接地，3脚与控制器连接，4脚去电源供电单元 连接。
7.根据权利要求1所述的一种基于WI-FI的巷道离层、变形监测系统，其特征是所述 的电源供电单元包括三个电平转换单元和电池管理单元，其中电池管理单元分别与数码显 示单元和第二电平转换单元连接，第二电平转换单元、第三电平转换单元分别与气体传感 器单元连接，第一电平转换单元与控制器连接。
8.根据权利要求1所述的一种基于WI-FI的巷道离层、变形监测系统，其特征是所述的离层变形量超限报警单元包括第一、第二反相器、六个发光二极管D2 D7、十二个电阻 R17 R28和两个电容C2广C22，其中第一反相器的1脚串接电阻R17后接地并与控制器连 接，2脚依次串接发光二极管D4和电阻R22后与电源供电单元连接，3脚串接R18后接地并 与控制器连接，4脚接地，5脚依次串接发光二极管D3和电阻R21后与电源供电单元连接，6 脚串接电阻R19后接地并与控制器连接，7脚依次串接发光二极管D2和电阻R20后电源供 电单元连接，8脚串接电容C21后接地并与电源供电单元连接；第二反相器的1脚串接电阻R23后接地并与控制器连接，2脚依次串接发光二极管D7 和电阻R28后与电源供电单元连接，3脚串接R24后接地并与控制器连接，4脚接地，5脚依 次串接发光二极管D6和电阻R27后与电源供电单元连接，6脚串接电阻R25后接地并与控 制器连接，7脚依次串接发光二极管D5和电阻R26后与电源供电单元连接，8脚串接电容 C22后接地并与电源供电单元连接。
专利摘要本实用新型公布了一种基于WI-FI的巷道离层、变形监测系统，该系统的装置包括控制器、无线发射单元、串口单元、数码显示单元、电源供电单元、位移传感器单元、四选一模拟电子开关和离层量变形量超限报警单元，其中位移传感器单元由四个位移传感器构成。本实用新型内设有充电电池组，工作人员可将其安装在工作区域，它既可以将巷道离层或变形量通过本地按键触发数码显示，又可以通过无线方式传送到调度室，提高了巷道离层、变形观测的实时性和准确性，能及早发现顶板失稳的征兆，以避免冒顶事故的发生，同时免去通信线缆的铺设，方便系统的安装与运行维护。
文档编号G08C17/02GK201650363SQ201020103568
公开日2010年11月24日 申请日期2010年1月28日 优先权日2010年1月28日
发明者丁恩杰, 姜锡惠, 李凯歌, 段文斌, 王满意, 胡延军, 金勇 , 韦文思 申请人:南京北路自动化系统有限责任公司