一種基于STM32W的液壓支架壓力監測系統技術方案

一種基于STM32W的液壓支架壓力監測系統，選用擴散硅式壓力傳感器，有別于傳統的硅應變片式傳感器，其具有測量精度高，穩定性好、使用壽命長等特點，同時固化結構中有極大的內部阻抗，功耗更低。該系統可達到設計指標且結構簡單、經濟、可靠、具有推廣應用價值。

A pressure monitoring system of hydraulic support based on STM32W

A hydraulic support pressure monitoring system based on STM32W, the diffusion silicon pressure sensor, is different from the traditional silicon strain gauge sensor, which has high accuracy, good stability, long service life, at the same time curing structure has great internal impedance, lower power consumption. The system can meet the design targets, and has simple structure, economy and reliability, and is worthy of popularization and application.

【技術實現步驟摘要】
一種基于STM32W的液壓支架壓力監測系統
本專利技術涉及一種基于STM32W的液壓支架壓力監測系統，適用于機械領域。
技術介紹
由于液壓支架作為保障煤礦工作面安全生產的關鍵設備之一，越來越多的國家對液壓支架壓力監測系統進行發展。通過對生產現場深入細致的研究，現有的液壓支架壓力監測系統仍然存在實時性、連續性較差等缺點。
技術實現思路
本專利技術提出一種基于STM32W的液壓支架壓力監測系統，系統可達到設計指標且結構簡單、經濟、可靠、具有推廣應用價值。本專利技術所采用的技術方案是：所述壓力檢測系統的無線傳感器網絡系統主要由網關/匯聚節點(sink)、路由節點、傳感器節點、CAN總線、監控軟件幾部分組成。傳感器節點安裝在液壓支架上，對其前支柱、后支柱、前身梁3點的壓力進行采集。路由節點作為通訊的中繼，實現sink節點與傳感器節點的通信，起到傳遞數據和命令的作用，同時在網絡中可以轉發信號，實現組網中的遠距離通訊。Sink節點作為整個網絡的協調器，負責組建網絡、分配地址、匯總信息等功能。由于液壓支架在井下是直線型排列，傳感器節點也應為帶狀分布。所述無線傳感器網絡系統中的網絡節點主要有sink節點、路由節點、傳感器節點。它們在無線部分配置基本一致，都選用高性能、低功耗的STM32W108芯片為通信器件。但考慮到通訊的覆蓋面積和使用方便性，傳感器節點需由電池供電并選用低功耗的負載芯片，路由節點和sink節點可由直流電源供電。傳感器節點由傳感器、信號處理單元、按鍵、電源管理單元、通信單元、顯示單元組成。所述壓力檢測系統的測壓傳感器選用擴散硅式壓力傳感器，有別于傳統的硅應變片式傳感器，其具有測量精度高，穩定性好、使用壽命長等特點，同時固化結構中有極大的內部阻抗，功耗更低。設計中為了達到較好的線性度，采取恒流源供電方案。同時選用具有較寬共模輸入范圍的集成單電源儀表放大器AD623，其使用簡單，功耗低，最大工作電流為550μΑ。由于傳感器節點采用電池供電，為了保證電池的使用壽命，需要考慮電能消耗問題。節點設計中，分2部分供電，一路是模擬電源部分：供給傳感器、恒流源、調理電路部分；另一路是數字電源供電：供給CPU和顯示單元。所述壓力檢測系統的模擬電源由一個MOS管來控制通斷，在節點不需要采集時關斷模擬電源部分，節省不必要的電能消耗。由數字供電的STM32W在深睡眠和正常工作兩種模式下切換，當采集的壓力值需傳輸時開啟自身的RF射頻通訊功能，一般關閉不用外設，盡量降低功耗。所述壓力檢測系統的路由節點和sink節點的顯示模塊都采用液晶顯示，可以包含更多信息，并對自身網絡中的狀態更新顯示，方便檢查。這兩個節點不會進行深睡眠，一直處于工作狀態，可以不斷查詢網絡。所述壓力檢測系統的系統通訊架構需要由Sink節點來形成網絡并發起廣播，路由、傳感器節點搜索信道網絡，并申請加入。初始化包括硬件初始化、串口初始化、中斷使能、對隨機數生成器播種等。Sink節點的作用是網絡維護和數據傳輸。網絡構建完成后就可以給申請加入網絡的其他節點分配地址創建列表，接收子節點上傳的數據；在數據傳輸中主要是從無線網絡到CAN總線的協議轉換，方便數據上傳到監測機。另外，反向方式可以向下傳送監測機的命令指令，Sink節點向網絡中所有節點發送，由傳輸數據包內容決定執行的子節點和命令內容。路由節點主要包括液晶顯示和電源管理，起到數據轉發和顯示作用，在初始化完成后嘗試加入網絡建立路由表，然后將傳感器節點傳上來的數據包解析，直接轉發給sink節點或者由路由節點之間相互通訊(中繼作用)最終送給sink節點。所述壓力檢測系統的傳感器節點負責數據的采集和上傳，加入網絡前的初始化部分與sink節點相類似，然后廣播發送一個SEARCH幀在信道上循環搜索，當得到sink節點的允許后會收到一個AVAILABLE幀，更新自己的PANID和sink節點保持一致，并且單播發送一個JOIN幀給指定sink節點。如果sink節點在自己的地址列表中沒有找到空余項就單播發送一個拒絕幀，否則將分配的一個短ID單播發送。由于電池供電的特點，如果每次將采集的壓力值都上傳，會造成節點能量的大量損耗，而且小段時間數據的意義不大，所以設計中采取定時采集、壓差傳輸的方式。芯片采取內部睡眠定時喚醒模式，定時時間可以由軟件修改，方便監控機遠程調節；采集時將壓力值與上次發送保留的數值比較，如果超過限定門限就打開無線模塊發送數據和采集時間，并將此次壓力值替換原來的存儲值，否則關閉外設，直接進入睡覺模式等待下一次喚醒。本專利技術的有益效果是：擴散硅傳感器精度高，耗電少，使用壽命長；無線通訊傳輸無需復雜布線，避免傳輸電纜經濟性差的缺陷；操作便利，降低勞動成本，可以在監測機上遠程操作，實時更新；新型IC芯片使用，各方面性能更強。附圖說明下面結合附圖和實施例對本專利技術進一步說明。圖1是本專利技術的系統架構圖。圖2是本專利技術的傳感器節點結構圖。圖3是本專利技術的Sink節點流程圖。圖4是本專利技術的傳感器節點流程圖。具體實施方式下面結合附圖和實施例對本專利技術作進一步說明。如圖1，無線傳感器網絡系統主要由網關/匯聚節點(sink)、路由節點、傳感器節點、CAN總線、監控軟件幾部分組成。傳感器節點安裝在液壓支架上，對其前支柱、后支柱、前身梁3點的壓力進行采集。路由節點作為通訊的中繼，實現sink節點與傳感器節點的通信，起到傳遞數據和命令的作用，同時在網絡中可以轉發信號，實現組網中的遠距離通訊。Sink節點作為整個網絡的協調器，負責組建網絡、分配地址、匯總信息等功能。由于液壓支架在井下是直線型排列，傳感器節點也應為帶狀分布。如圖2，無線傳感器網絡系統中的網絡節點主要有sink節點、路由節點、傳感器節點。它們在無線部分配置基本一致，都選用高性能、低功耗的STM32W108芯片為通信器件。但考慮到通訊的覆蓋面積和使用方便性，傳感器節點需由電池供電并選用低功耗的負載芯片，路由節點和sink節點可由直流電源供電。傳感器節點由傳感器、信號處理單元、按鍵、電源管理單元、通信單元、顯示單元組成。壓力檢測系統的測壓傳感器選用擴散硅式壓力傳感器，有別于傳統的硅應變片式傳感器，其具有測量精度高，穩定性好、使用壽命長等特點，同時固化結構中有極大的內部阻抗，功耗更低。設計中為了達到較好的線性度，采取恒流源供電方案。同時選用具有較寬共模輸入范圍的集成單電源儀表放大器AD623，其使用簡單，功耗低，最大工作電流為550μΑ。由于傳感器節點采用電池供電，為了保證電池的使用壽命，需要考慮電能消耗問題。節點設計中，分2部分供電，一路是模擬電源部分：供給傳感器、恒流源、調理電路部分；另一路是數字電源供電：供給CPU和顯示單元。模擬電源由一個MOS管來控制通斷，在節點不需要采集時關斷模擬電源部分，節省不必要的電能消耗。由數字供電的STM32W在深睡眠和正常工作兩種模式下切換，當采集的壓力值需傳輸時開啟自身的RF射頻通訊功能，一般關閉不用外設，盡量降低功耗。路由節點和sink節點的顯示模塊都采用液晶顯示，可以包含更多信息，并對自身網絡中的狀態更新顯示，方便檢查。這兩個節點不會進行深睡眠，一直處于工作狀態，可以不斷查詢網絡。如圖3，壓力檢測系統的系統通訊架構需要由Sink節點來形成網絡并發起廣播，路由、傳本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于STM32W的液壓支架壓力監測系統，其特征是：所述壓力檢測系統的無線傳感器網絡系統主要由網關/匯聚節點(sink)、路由節點、傳感器節點、CAN總線、監控軟件幾部分組成。

【技術特征摘要】
1.一種基于STM32W的液壓支架壓力監測系統，其特征是：所述壓力檢測系統的無線傳感器網絡系統主要由網關/匯聚節點(sink)、路由節點、傳感器節點、CAN總線、監控軟件幾部分組成。2.根據權利要求1所述的一種基于STM32W的液壓支架壓力監測系統，其特征是：所述無線傳感器網絡系統中的網絡節點主要有sink節點、路由節點、傳感器節點，它們在無線部分配置基本一致，都選用高性能、低功耗的STM32W108芯片為通信器件。3.根據權利要求1所述的一種基于STM32W的液壓支架壓力監測系統，其特征是：所述傳感器節點由傳感器、信號處理單元、按鍵、電源管理單元、通信單元、顯示單元組成。4.根據權利要求1所述的一種基于STM32W的液壓支架壓力監測系統，其特征是：所述壓力檢測系統的測壓傳感器選用擴散硅式壓力傳感器，有別于傳統的硅應變片式傳感器，其具有測量精度高，穩定性好、使用壽命長等特點，同時固化結構中有極大的內部阻抗，功耗更低。5.根據權利要求1所述的一種基于STM32W...

【專利技術屬性】
技術研發人員：富強，
申請(專利權)人：富強，
類型：發明
國別省市：遼寧,21