專利名稱：智能型錨桿傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及煤礦支護(hù)錨桿監(jiān)測(cè)儀表。
背景技術(shù)：
目前，在煤礦支護(hù)中，為了生產(chǎn)安全要對(duì)支護(hù)錨桿情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。端頭錨固型的金屬錨桿的承載應(yīng)力反映為錨桿螺栓與托盤(pán)的作用力。監(jiān)測(cè)時(shí)，將一個(gè)帶有通孔的電阻橋式應(yīng)力傳感器安裝在錨桿的螺母與托盤(pán)之間即可測(cè)量出錨桿的受力，錨桿應(yīng)力并非錨桿的錨固力，錨桿應(yīng)力反映了錨桿對(duì)頂板的支護(hù)能力。錨桿應(yīng)力傳感器是這樣的，首先設(shè)計(jì)一個(gè)彈性元件，當(dāng)力作用到彈性元件上時(shí)，彈性體產(chǎn)生形變，在彈性體筒壁上900等分粘貼由4個(gè)單橋應(yīng)變計(jì)，4個(gè)單橋組成一個(gè)電阻全橋，當(dāng)筒壁受力產(chǎn)生形變時(shí)，電橋失去原有的平衡輸出一個(gè)不平衡電壓，通過(guò)錨桿傳感器將電壓信號(hào)放大，經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)化后由單片計(jì)算機(jī)采集通過(guò)接口輸出到上位通訊分站。錨桿傳感器亦稱為錨桿應(yīng)力表或錨桿監(jiān)測(cè)儀。目前市場(chǎng)上的錨桿傳感器如圖1所示，它是由單片機(jī)、通訊模塊RSM3485、AD轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)碼顯示模塊、運(yùn)算放大器、電阻橋式應(yīng)力傳感器及校準(zhǔn)電位器所組成。其不足是 1、信號(hào)校準(zhǔn)時(shí)需要用兩個(gè)電位器進(jìn)行校準(zhǔn)，一點(diǎn)一點(diǎn)的調(diào)節(jié)電位器，非常麻煩，有時(shí)需要10 幾分鐘，且只能調(diào)到2級(jí)以下；而且電位器是機(jī)械部件，會(huì)因?yàn)檎駝?dòng)，溫度，跌落而發(fā)生變化，根本就不能保證產(chǎn)品長(zhǎng)期穩(wěn)定性。2、類似產(chǎn)品都是使用紅外數(shù)傳來(lái)完成簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)采集等功能，紅外數(shù)傳距離小于1. 5米，不能完成自動(dòng)抄表，抄表時(shí)，工作人員需站在凳子上用礦燈照射紅外頭才能讀取數(shù)據(jù)，不能完成自動(dòng)抄表。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是為解決錨桿傳感器校表困難和抄表困難問(wèn)題，對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計(jì)一種智能型錨桿傳感器。一種智能型錨桿傳感器，它是由單片機(jī)、通訊模塊RSM3485、AD轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)碼顯示模塊、運(yùn)算放大器、電阻橋式應(yīng)力傳感器所組成，其特征在于，它還包括一個(gè)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊和智能型數(shù)據(jù)采集器；所述的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊嵌入上述單片機(jī)和通訊模塊 RSM3485電路中；嵌入時(shí)，無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊的腳RXD和通訊模塊RSM3485的腳RXD同時(shí)連接到單片機(jī)腳T)(D上，通訊模塊RSM3485的腳T)(D通過(guò)一個(gè)二極管聯(lián)接到單片機(jī)腳RXD上， 無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊的腳T)(D通過(guò)一個(gè)電阻與上述二極管和單片機(jī)腳RXD的接點(diǎn)相連；所述的智能型數(shù)據(jù)采集器由主控模塊M430TO4618、無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊、按鍵模塊ZLG7290B、電池接口、人機(jī)交互液晶模塊通訊連接而成。上述無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊均是高度集成超低功耗半雙工微功率模塊。當(dāng)用戶使用智能型數(shù)據(jù)采集器時(shí)，通過(guò)按鍵模塊ZLG7290B發(fā)送命令給主控模塊 M430FG4618時(shí)，主控模塊M430TO4618U1自動(dòng)識(shí)別鍵盤(pán)命令，并且根據(jù)液晶模塊當(dāng)前處于哪個(gè)界面，從而發(fā)送不同的命令給無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊，無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊再通過(guò)無(wú)線電波發(fā)給智能型錨桿傳感器；智能型數(shù)據(jù)采集器同時(shí)接收智能型錨桿傳感器發(fā)出的信號(hào)。[0008]上述智能型錨桿傳感器，通過(guò)二極管和電阻構(gòu)成精確的配合電路，使通訊模塊 RSM3485和無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊兼容連接到同一接口上，單片機(jī)發(fā)送時(shí)通訊模塊RSM3485和無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊同時(shí)接收，當(dāng)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊發(fā)送時(shí)因有二極管的存在，通訊模塊 RSM3485的電路不受影響，當(dāng)通訊模塊RSM3485發(fā)送時(shí)因有電阻的存在，無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊的電路不受影響，實(shí)現(xiàn)了無(wú)線校對(duì)時(shí)不會(huì)影響到系統(tǒng)的在線檢測(cè)通訊功能。智能型錨桿傳感器的模擬信號(hào)由電阻橋式應(yīng)力傳感器產(chǎn)生，由AD轉(zhuǎn)換模塊采集； 由電腦軟件通過(guò)聯(lián)網(wǎng)直接設(shè)定地址；由單片機(jī)內(nèi)置的E2PPR0M完成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；由數(shù)碼顯示模塊連接數(shù)碼管完成數(shù)據(jù)顯示；由通訊模塊RSM3485完成監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的通訊；由無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊和智能型數(shù)據(jù)采集器完成無(wú)線校表和抄表功能。使用時(shí)，電阻橋式應(yīng)力傳感器通過(guò)快速接頭與智能型錨桿傳感器相聯(lián)，單片機(jī)通過(guò)SPI接口得到最終數(shù)據(jù)，處理后即可在數(shù)碼管顯示并存儲(chǔ)起來(lái)，通過(guò)智能型數(shù)據(jù)采集器或者在線傳輸進(jìn)行采集數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、設(shè)定參數(shù)，并可將數(shù)據(jù)上傳PC機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。單片機(jī)接收智能型數(shù)據(jù)采集器的無(wú)線指令，并且完成自動(dòng)校表、抄表，參數(shù)設(shè)置等。上述智能型錨桿傳感器和智能型數(shù)據(jù)采集器用的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊是新一代的多通道嵌入式無(wú)線數(shù)傳模塊，可設(shè)置多個(gè)頻道，可在線修改串口速率，發(fā)射功率，射頻速率等各種參數(shù)，步進(jìn)為1KHZ，模塊主芯片型號(hào)是CC1100，很方便客戶嵌入系統(tǒng)之內(nèi)；該無(wú)線模塊具有極低的功耗，非常適合于電池供電系統(tǒng)；該模塊創(chuàng)新的采用了高效的循環(huán)交織糾檢錯(cuò)編碼，其編碼增益高達(dá)近3dBm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高與一般的前向糾錯(cuò)編碼，對(duì)抗突發(fā)干擾和靈敏度都較大的改善。同時(shí)編碼也包含可靠檢錯(cuò)能力，能夠自動(dòng)濾除錯(cuò)誤及虛假信息，真正實(shí)現(xiàn)了連接。所以該模塊特別適合與在工業(yè)領(lǐng)域等強(qiáng)干擾的惡劣環(huán)境中使用。本實(shí)用新型的的智能校表功能主要是基于一個(gè)模擬的軟件電位器完成的，不需要硬件電位器參與。其操作步驟如下第一步，首先把智能錨桿傳感器連接到標(biāo)準(zhǔn)壓力校表儀上，開(kāi)機(jī)上電后，程序進(jìn)入初始化階段，通過(guò)默認(rèn)參數(shù)進(jìn)入顯示程序，再把標(biāo)準(zhǔn)壓力校表儀定到0值上；第二步，打開(kāi)智能型數(shù)據(jù)采集器上的開(kāi)機(jī)鍵，智能型數(shù)據(jù)采集器發(fā)送校表命令與人交互，按參數(shù)設(shè)置菜單鍵，進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置界面，再進(jìn)入“設(shè)置參數(shù)A”，輸入相應(yīng)的錨桿傳感器編號(hào)，按確認(rèn)鍵，智能型數(shù)據(jù)采集器向錨桿傳感器發(fā)送校表命令，發(fā)完并接收到反饋信息后，錨桿傳感器上顯示“0”，至此A參數(shù)校正結(jié)束；第三步，把標(biāo)準(zhǔn)壓力校表儀設(shè)定到60Mpa或需要的設(shè)定值上，表上即會(huì)顯示一個(gè)數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)不一定是60，智能型數(shù)據(jù)采集器進(jìn)入“設(shè)置參數(shù)B”界面，在上述編號(hào)后面輸入 60Mpa或需要的設(shè)定值，按確認(rèn)鍵后，智能型數(shù)據(jù)采集器向錨桿傳感器發(fā)送校表命令，發(fā)完并接收到表的反饋信息后，表上即會(huì)顯示一個(gè)數(shù)據(jù)，把該數(shù)據(jù)與設(shè)定值對(duì)照，表上顯示就一定是60，至此B參數(shù)校正結(jié)束。當(dāng)“參數(shù)A”和“參數(shù)B”設(shè)置后，錨桿傳感器精度即達(dá)到0. 5級(jí)以上，校表完成。本實(shí)用新型的積極效果是；1、單片機(jī)內(nèi)部自帶有存儲(chǔ)器，所有參數(shù)存入其中，比外加的存儲(chǔ)器有更好的穩(wěn)定功能，成本還大大降低。2、數(shù)據(jù)地址編碼是通過(guò)電腦連網(wǎng)后編號(hào)的，簡(jiǎn)單省事。3、通過(guò)一個(gè)軟件模擬的電位器實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)校表功能。[0021]4、精度高達(dá)0. 5級(jí)以上，不通過(guò)機(jī)械部分調(diào)節(jié)，精度不受震動(dòng)、溫度、移動(dòng)的影響5、不需要用礦燈照射喚醒，只需要工作人員帶著采集器在旁邊10-50米左右位置走過(guò)，就能自動(dòng)完成采集。6、可以通過(guò)采集器修復(fù)該設(shè)備或者設(shè)置其他各種參數(shù)。7、無(wú)線數(shù)據(jù)通訊模塊用433MHz左右可調(diào)的頻率無(wú)線通信，能根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜的環(huán)境靈活設(shè)置，比單一固定頻率的設(shè)備適應(yīng)性更強(qiáng)；另外433MHz頻率段屬于低頻率段，比一些ZIGBEE等技術(shù)使用的IGMHz的頻率繞射能力強(qiáng)很多，對(duì)障礙物的穿越能力明顯好，空曠地帶傳輸距離可達(dá)700米以上。8、無(wú)線數(shù)據(jù)通訊模塊發(fā)射功率大，但功耗低，三節(jié)5號(hào)電池2000mA時(shí)能用2年以上。

圖1是現(xiàn)有錨桿傳感器的電路原理框圖。圖2是實(shí)施例智能型錨桿傳感器的電路原理框圖。圖3是實(shí)施例智能型數(shù)據(jù)采集器的電路原理框圖。
具體實(shí)施方式
參照附圖進(jìn)一步說(shuō)明智能型錨桿傳感器的技術(shù)方案。圖1是現(xiàn)有錨桿傳感器的電路原理框圖，從圖中可以看出，它是由單片機(jī)、通訊模塊RSM3485、AD轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)碼顯示模塊、運(yùn)算放大器、電阻橋式應(yīng)力傳感器及校準(zhǔn)電位器所組成，圖2是實(shí)施例智能型錨桿傳感器的電路原理框圖，從圖中可以看出，它是由單片機(jī)、通訊模塊RSM3485、AD轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)碼顯示模塊、運(yùn)算放大器0P07BP、電阻橋式應(yīng)力傳感器所組成；它還包括一個(gè)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊；無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊是高度集成超低功耗半雙工微功率模塊，無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊嵌入上述單片機(jī)和通訊模塊RSM3485電路中；嵌入時(shí)，嵌入時(shí)，無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊的腳RXD與通訊模塊RSM3485的腳RXD同時(shí)連接到單片機(jī)腳T)(D 上，通訊模塊RSM3485的腳T)(D通過(guò)一個(gè)二極管D聯(lián)接到單片機(jī)腳RXD上，無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊的腳T)(D通過(guò)一個(gè)電阻R與上述二極管和單片機(jī)腳RXD的接點(diǎn)相連。它還包括一個(gè)智能型數(shù)據(jù)采集器，智能型數(shù)據(jù)采集器如圖3所示，由主控模塊 M430TO4618、無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊、按鍵模塊ZLG7290B、電池接口、人機(jī)交互液晶模塊連接而成。其中Ul是主CPU，采用M430TO4618，本模塊內(nèi)帶時(shí)鐘，從而可以完成時(shí)間記錄功能，U2 是無(wú)線芯片，和表上的一樣，是收發(fā)一體的模塊，U3是按鍵模塊，型號(hào)是ZLG7290B，主要完成鍵盤(pán)輸入功能，U4是電池接口，用來(lái)接受電池供電。TO是液晶模塊，用來(lái)完成人機(jī)交互。工作原理是當(dāng)用戶通過(guò)鍵盤(pán)U3發(fā)送命令給Ul時(shí)，Ul自動(dòng)識(shí)別鍵盤(pán)命令，并且根據(jù)U5當(dāng)前處于哪個(gè)界面，從而發(fā)送不同的命令給無(wú)線模塊U2，U2再通過(guò)無(wú)線電波發(fā)給表， 接收時(shí)相反的過(guò)程。本采集器既能完成自動(dòng)采集功能，又有校表功能。采集時(shí)，由用戶對(duì)著表，按自動(dòng)采集鍵，顯示接收成功后，再把采集器放到電腦跟前，把數(shù)據(jù)通過(guò)軟件傳給電腦，電腦上需要1個(gè)軟件和一個(gè)串口無(wú)線模塊(此模塊和表上的是同一個(gè)模塊，但加了一個(gè)串口 TTL轉(zhuǎn)RS232的轉(zhuǎn)換板，此板市場(chǎng)上常見(jiàn))智能型采集器的連接關(guān)系主要描述如下如圖3，U2的管腳3與Ul的管腳12相連，U2的管腳4與Ul的管腳19相連，U2的管腳5與Ul的管腳21相連，U2的管腳6與Ul的管腳31相連，U2的管腳7與Ul的管腳 39相連，U3的管腳14與Ul的管腳15相連，U3的管腳19與Ul的管腳22相連，U3的管腳 20與Ul的管腳沈相連，U4的管腳+3. 3v與Ul的管腳43相連，U4的管腳GND與Ul的管腳42相連，U5的管腳DO與Ul的管腳P0. 15相連，U5的管腳Dl與Ul的管腳P0. 16相連， U5的管腳D2與Ul的管腳P0. 17相連，U5的管腳D3與Ul的管腳P0. 18相連，U5的管腳D4 與Ul的管腳P0. 19相連，U5的管腳D5與Ul的管腳P0. 20相連，U5的管腳D6與Ul的管腳P0. 21相連，U5的管腳D7與Ul的管腳P0. 22相連，U5的管腳RST與Ul的管腳P0. 29相連，U5的管腳CS2與Ul的管腳P0. 28相連，U5的管腳CSl與Ul的管腳P0. 27相連，U5的管腳E與Ul的管腳P0. 23相連，U5的管腳D/I與Ul的管腳P0. 31相連，U5的管腳LIGHT+ 接 +5V，U5 的管腳 LIGHT-接 GND。上述無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊是新一代的多通道嵌入式無(wú)線數(shù)傳模塊，模塊主芯片型號(hào)是CCIIOOo上述單片機(jī)是完全集成的低功耗混合信號(hào)片上系統(tǒng)型MCU。采用型號(hào)C8051F310 系列。下面列出了一些主要特性1、單節(jié)/雙節(jié)電操作，內(nèi)建DC-DC升壓型轉(zhuǎn)換器；高速、流水線結(jié)構(gòu)的與8051兼容的微控制器核(可達(dá)25MIPS)。2、真10位、300ksps、23通道單端ADC，6位可編程電流基準(zhǔn)。3、高精度可編程的24. 5MHz內(nèi)部振蕩器(使用擴(kuò)頻技術(shù))。4,64KB或3IB的片內(nèi)FLASH存儲(chǔ)器，4352字節(jié)片內(nèi)RAM。5、硬件實(shí)現(xiàn)的SMBus/I2C、增強(qiáng)型UART和兩個(gè)SPI串行接口，4個(gè)通用的16位定時(shí)器。6、六個(gè)捕捉/比較模塊和看門(mén)狗定時(shí)器功能的可編程計(jì)數(shù)器/定時(shí)器陣列。7、硬件時(shí)鐘(smaRTClock)，工作電壓可低至0. 9V。8、硬件CRC引擎，片內(nèi)上電復(fù)位、VDD監(jiān)視器和溫度傳感器。9、兩個(gè)片內(nèi)電壓比較器，有23個(gè)觸感輸入，M或16個(gè)端口 1/0(耐5V)。10、具有片內(nèi)上電復(fù)位、VDD監(jiān)視器、看門(mén)狗定時(shí)器和時(shí)鐘振蕩器的器件是真正能獨(dú)立工作的片上系統(tǒng)。FLASH存儲(chǔ)器還具有在系統(tǒng)重新編程能力，可用于非易失性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并允許現(xiàn)場(chǎng)更新8051固件。用戶軟件對(duì)所有外設(shè)具有完全的控制，可以關(guān)斷任何一個(gè)或所有外設(shè)以節(jié)省功耗。
權(quán)利要求1.一種智能型錨桿傳感器，它是由單片機(jī)、通訊模塊RSM3485、AD轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)碼顯示模塊、運(yùn)算放大器、電阻橋式應(yīng)力傳感器所組成，其特征在于，它還包括一個(gè)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊和智能型數(shù)據(jù)采集器；其中所述的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊嵌入上述單片機(jī)和通訊模塊RSM3485電路中；嵌入時(shí)，無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊的腳RXD和通訊模塊RSM3485的腳RXD同時(shí)連接到單片機(jī)腳T)(D上，通訊模塊RSM3485的腳T)(D通過(guò)一個(gè)二極管聯(lián)接到單片機(jī)腳RXD上，無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊的腳T)(D 通過(guò)一個(gè)電阻與上述二極管和單片機(jī)腳RXD的接點(diǎn)相連；所述的智能型數(shù)據(jù)采集器由主控模塊M430TO4618、無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊、按鍵模塊 ZLG7290B、電池接口、人機(jī)交互液晶模塊通訊連接而成；上述無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊均是高度集成超低功耗半雙工微功率模塊。
2.如權(quán)利要求1或2所述的智能型錨桿傳感器，其特征在于，所述的單片機(jī)采用 C8051F310型號(hào)系列的單片機(jī)。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種智能型錨桿傳感器，它是由單片機(jī)、通訊模塊RSM3485、AD轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)碼顯示模塊、運(yùn)算放大器、電阻橋式應(yīng)力傳感器和無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊組成；無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊是高度集成超低功耗半雙工微功率模塊，無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊嵌入上述單片機(jī)和通訊模塊RSM3485電路中。使用時(shí)，不需要用礦燈照射喚醒，只需要工作人員帶著采集器在旁邊10-50米左右位置走過(guò)，就能自動(dòng)完成采集。通過(guò)一個(gè)軟件模擬的電位器實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)校表功能，精度高達(dá)0.5級(jí)以上。
文檔編號(hào)G01L1/22GK202110015SQ20112014112
公開(kāi)日2012年1月11日 申請(qǐng)日期2011年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月24日
發(fā)明者孟鴻鑫, 彭慧, 湯元信, 邱文明 申請(qǐng)人:孟鴻鑫, 山東大成電氣有限公司