一种煤机装备无线无源监测系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种煤机装备无线无源监测系统，包括通过无线通信协议连接的上位机接收端和信号采集端，所述上位机接收端由电脑和Zigbee信号接收单元组成，所述信号采集端包括振动能量采集部分、系统电路部分以及壳体部分，所述的振动能量采集部分包括压电单元、磁电单元和摩擦单元，压电单元固结于能量采集仓上壁，摩擦单元固结于能量采集仓下壁，磁电单元悬浮于能量采集仓仓体中心，所述系统电路部分包括电路板卡槽、射频电路、主控电路、能量采集电路和电池腔。本实用新型专利技术可以实现对旋转类重型采煤机械在线状态监测，集成独立能源供给技术和无线数据收发技术，可以免去工业现场布线的步骤、安装更加灵活、监控更加方便。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及微纳传感监测领域，具体涉及一种煤机装备无线无源监测系统。
技术介绍
目前，比较典型的重型旋转类采煤机械工作状态监测方式主要有：(1)离线定期监测方式；(2)在线检测离线分析监测方式；(3)自动在线监测方式。离线定期监测只能是在某一特定时间对设备进行安全检测，没有时效性，同时设备检测会导致暂时的停产，造成经济损失；在线监测离线分析解决了离线定期检测耽误工时的弊端，但时效性仍未得到改善，极易因故障判断延时造成设备事故，存在安全隐患；自动在线监测方式解决了以上两种监测方式的弊端，是当下煤矿机械在线状态监测技术研究的热点，但由于现有监测系统普遍采用电池供电，其体积大、能源供给受限、信号采集提取困难等核心问题难以解决，致使该方向研究进展缓慢。
技术实现思路
为解决上述问题，本技术提供了一种煤机装备无线无源监测系统，整个系统的持续运行主要依靠系统自身采集机械产生的振动能量，解决了旋转类重型采煤机械对传感测试系统小型化、无外接引线、高可靠性的技术要求。为实现上述目的，本技术采取的技术方案为：一种煤机装备无线无源监测系统，包括通过无线通信协议连接的上位机接收端和信号采集端，所述上位机接收端由电脑和Zigbee信号接收单元组成，所述信号采集端包括振动能量采集部分、系统电路部分以及壳体部分，所述的振动能量采集部分包括压电单元、磁电单元和摩擦单元，压电单元固结于能量采集仓上壁，摩擦单元固结于能量采集仓下壁，磁电单元悬浮于能量采集仓仓体中心，所述系统电路部分包括电路板卡槽、射频电路、主控电路、能量采集电路和电池腔，能量采集电路将振动能量采集部分所输出的不稳定电能转化为稳定的电量输出，能量采集电路和锂离子电池共同构成了电能存储和供给单元，负责为射频电路、主控电路的运行供电；主控电路负责采集电池电量数据、环境温度数据以及环境振动数据，同时主控电路控制系统逻辑和与射频电路的数据通信；射频电路负责将主控电路传输过来的数据信息转化为无线信号发送给上位机接收端，上位机接收端接收信号无线信号并将之显示出来；电池腔固结于能量采集仓壳顶，射频电路、主控电路和能量采集电路分别固结在电路板卡槽的上中下三层；所述壳体部分包括壳盖和外壳；外壳为金属桶装结构，外壳内壁上有凹槽，能量采集仓和电路板卡槽通过外壁上的凸起轮廓嵌入外壳内壁上的凹槽内，进而固定在壳体内，壳盖通过螺纹结构与外壳固结。作为优选，所述壳盖为有机树脂材质。作为优选，所述壳盖上开有六角形射频天窗。作为优选，所述电池腔中安放一块锂离子电池。作为优选，所述能量采集电路包括电池、LTC3331能源管理芯片及其外围电路。作为优选，所述的主控电路包括基于MAX17043芯片的电池电量监测电路、基于DS18B20芯片的测温电路、基于ADXL345的加速度传感电路和主控芯片MSP430F5438A。作为优选，所述射频电路包括CC2530射频芯片及其外围电路。作为优选，所述无线通信协议采用Zigbee通信协议。本技术具有以下有益效果：可以实现对旋转类重型采煤机械在线状态监测，集成独立能源供给技术和无线数据收发技术，可以免去工业现场布线的步骤、安装更加灵活、监控更加方便，进一步实现由“事后维修”到“预知维修”的转变，避免意外停机及恶性事故的发生，对于提高设备的可靠性、经济性、利用率以及降低生产成本具有重要的科学意义和应用价值。附图说明图1为本技术实施例一种煤机装备无线无源监测系统的系统框图。图2为本技术实施例一种煤机装备无线无源监测系统中信号采集端的结构示意图。图3为图2的分解图。具体实施方式为了使本技术的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。如图1所示，本技术实施例提供了一种煤机装备无线无源监测系统，包括通过无线通信协议连接的上位机接收端和信号采集端，所述上位机接收端由电脑和Zigbee信号接收单元组成。如图2-图3所示，信号采集端包括振动能量采集部分、系统电路部分和壳体部分，所述的振动能量采集部分包括压电单元8、磁电单元9、摩擦单元10；压电单元8固结于能量采集仓6上壁，摩擦单元10固结于能量采集仓6下壁，磁电单元9悬浮于能量采集仓6仓体中心。当系统处于振动环境中时，磁电单元9会在能量采集仓6中上下震荡，磁电单元9在震荡同时会与压电单元8和摩擦单元10产生碰撞及摩擦。随后，磁电单元9会产生磁电能量输出，压电单元8会产生压电能量输出，摩擦单元10会产生摩擦电能量输出。输出能量通过引线上传至能量采集电路。所述系统电路部分包括：电路板卡槽2、射频电路3、主控电路4、能量采集电路5、电池腔7；电池腔7固结于能量采集仓6壳顶，射频电路3、主控电路4和能量采集电路5分别固结与电路板卡槽2的上中下三层。电池腔7中安放一块锂离子电池；当系统在振动环境中时，能量采集电路5将振动能量采集部分所输出的不稳定电能转化为稳定的电量输出，能量采集电路5和锂离子电池共同构成了电能存储和供给单元，负责为射频电路3、主控电路4的运行供电；主控电路4负责采集电池电量数据、环境温度数据以及环境振动数据，同时主控电路4控制系统逻辑和与射频电路3的数据通信；射频电路3负责将主控电路4传输过来的数据信息转化为无线信号发送给上位机接收端。所述壳体部分包括：壳盖1、外壳11；外壳11为金属桶装结构，外壳11内壁上有凹槽，能量采集仓6和电路板卡槽2通过外壁上的凸起轮廓嵌入外壳11内壁上的凹槽，进而固定在壳体内；壳盖1为有机树脂材质，壳盖1通过螺纹结构与外壳11固结，壳盖1上开有六角形射频天窗，以减小完全封装结构对射频信号的阻碍作用。所述能量采集电路包括电池、LTC3331能源管理芯片及其外围电路。所述的主控电路包括基于MAX17043芯片的电池电量监测电路、基于DS18B20芯片的测温电路、基于ADXL345的加速度传感电路和主控芯片MSP430F5438A。所述射频电路包括CC2530射频芯片及其外围电路。所述无线通信协议采用Zigbee通信协议。以上所述仅是本技术的优选实施方式，应当指出，对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种煤机装备无线无源监测系统，其特征在于，包括通过无线通信协议连接的上位机接收端和信号采集端，所述上位机接收端由电脑和Zigbee信号接收单元组成，所述信号采集端包括振动能量采集部分、系统电路部分以及壳体部分，所述的振动能量采集部分包括压电单元、磁电单元和摩擦单元，压电单元固结于能量采集仓上壁，摩擦单元固结于能量采集仓下壁，磁电单元悬浮于能量采集仓仓体中心，所述系统电路部分包括电路板卡槽、射频电路、主控电路、能量采集电路和电池腔，能量采集电路将振动能量采集部分所输出的不稳定电能转化为稳定的电量输出，能量采集电路和锂离子电池共同构成了电能存储和供给单元，负责为射频电路、主控电路的运行供电；主控电路负责采集电池电量数据、环境温度数据以及环境振动数据，同时主控电路控制系统逻辑和与射频电路的数据通信；射频电路负责将主控电路传输过来的数据信息转化为无线信号发送给上位机接收端，上位机接收端接收信号无线信号并将之显示出来；电池腔固结于能量采集仓壳顶，射频电路、主控电路和能量采集电路分别固结在电路板卡槽的上中下三层；所述壳体部分包括壳盖和外壳；外壳为金属桶装结构，外壳内壁上有凹槽，能量采集仓和电路板卡槽通过外壁上的凸起轮廓嵌入外壳内壁上的凹槽内，进而固定在壳体内，壳盖通过螺纹结构与外壳固结。...

【技术特征摘要】
1.一种煤机装备无线无源监测系统，其特征在于，包括通过无线通信协议连接的上位机接收端和信号采集端，所述上位机接收端由电脑和Zigbee信号接收单元组成，所述信号采集端包括振动能量采集部分、系统电路部分以及壳体部分，所述的振动能量采集部分包括压电单元、磁电单元和摩擦单元，压电单元固结于能量采集仓上壁，摩擦单元固结于能量采集仓下壁，磁电单元悬浮于能量采集仓仓体中心，所述系统电路部分包括电路板卡槽、射频电路、主控电路、能量采集电路和电池腔，能量采集电路将振动能量采集部分所输出的不稳定电能转化为稳定的电量输出，能量采集电路和锂离子电池共同构成了电能存储和供给单元，负责为射频电路、主控电路的运行供电；主控电路负责采集电池电量数据、环境温度数据以及环境振动数据，同时主控电路控制系统逻辑和与射频电路的数据通信；射频电路负责将主控电路传输过来的数据信息转化为无线信号发送给上位机接收端，上位机接收端接收信号无线信号并将之显示出来；电池腔固结于能量采集仓壳顶，射频电路、主控电路和能量采集电路分别固结在电路板卡槽的上中下三层；所述壳体部分包括壳盖和外壳；外壳为金属桶装结构，外壳内壁上...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛晨阳，丑修建，穆继亮，何剑，韩建强，张增星，王大为，王二伟，温涛，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：新型
国别省市：山西;14