煤機裝備診斷自供電無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計與研究.pdf

1、采煤機裝備是目前煤炭行業(yè)綜合機械化采煤的重要工具，其工作效率、穩(wěn)定性和安全性是實現(xiàn)采煤工作面高效運行和安全生產(chǎn)的關(guān)鍵因素。現(xiàn)階段應(yīng)用在采煤機上的故障診斷設(shè)備大多數(shù)為有線方式，布線的復(fù)雜性可能帶來一定程度上的操作不便。如果采取市面上應(yīng)用廣泛的無線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)替代有線監(jiān)控設(shè)備在采煤機上實現(xiàn)應(yīng)用，將會面臨無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的電池續(xù)航能力不足問題。
　　考慮到目前采煤機狀態(tài)監(jiān)控設(shè)備的諸多局限性，本文提出了一種自供電式無線傳感器網(wǎng)絡(luò)集成系統(tǒng)

2、，該網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)利用具有單懸臂梁結(jié)構(gòu)的振動式壓電能量收集器收集工作環(huán)境中的振動機械能為終端傳感器節(jié)點提供電能，基于ZigBee技術(shù)構(gòu)建無線傳感網(wǎng)絡(luò)并實現(xiàn)對采煤機振動狀態(tài)的在線實時監(jiān)測。
　　在系統(tǒng)的研究與建立過程中，深入研究了單懸臂梁結(jié)構(gòu)振動式壓電能量收集器的工作原理；研究了壓電能量管理器的工作原理與設(shè)計方法；分析了ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)使用的軟件框架Z-stack協(xié)議棧，主要包括MAC層帶有沖突避免的載波監(jiān)聽多路訪問機制、網(wǎng)

3、絡(luò)層的網(wǎng)絡(luò)建立與節(jié)點加入網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)層路由協(xié)議和應(yīng)用層應(yīng)用框架與應(yīng)用對象；基于前期理論研究設(shè)計了終端傳感器節(jié)點的硬件電路，包括微能源管理、數(shù)據(jù)采集處理和ZigBee無線射頻三大模塊；基于Z-Stack體系架構(gòu)，對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進行軟件設(shè)計，包括終端傳感器節(jié)點、協(xié)調(diào)器和路由器。經(jīng)過自供電式節(jié)點樣機在環(huán)境模擬振動臺測試系統(tǒng)下的一系列測試，包括振動式壓電能量采集器的電學(xué)輸出性能測試、壓電式微能源管理模塊供電持久性測試和ZigBee無線射頻模