一種基于zigbee煤礦液壓自動傳送系統設計

(貴州盤南煤炭開發有限責任公司 貴州 盤縣 553505)

一種基于zigbee煤礦液壓自動傳送系統設計

任尚

(貴州盤南煤炭開發有限責任公司 貴州 盤縣 553505)

煤礦運輸質與量決定整個經濟效益，其運輸方式多采用液壓，鑒于對電機控制我設計了并采用無線控制整個運輸過程，基于ieee802.15.4無線通信協議，zigbee融合了該技術并設計了該系統，有了此設備，煤礦運輸不僅質量得到保證，同時合理控制液壓傳動，根據前一級質量檢測，不同量輸入來控制液壓大小，使其能源更加合理分布，節約了大部分成本，節約了大部分電能，經濟效益有一定增。該設備系統更加智能化，對煤礦質與量控制更加精確化，高效化，效益最大化。

ZIGBEE；液壓傳動；無線傳輸；ieee802.15.4

引言

如今大部分煤礦均已液壓傳動來控制各種煤礦運輸，是以液體為工作介質，利用壓力能來驅動執行機構傳動方式。 驅動機床工作臺液壓系統是由油箱、過濾器、液壓泵、溢流閥、開停閥、節流閥、換向閥、液壓缸以及連接這些元件油管、接頭等組成。此設備是經過機械式操作，損耗了大量電能，有時總質量過大，不能運輸，反之亦然。對于上述此情況，我設計了一套基于zigbee無線設備來控制質與量輸入來控制液壓傳動壓力大小，不同質量煤礦對應不同等級壓力，達到工作保證傳輸要求，同時也保證降低能量損耗。該設備解決了質與量之間重要問題，運輸過程中很大程度提高了效率，達到無人化，智能化，同時也節約了大量資源。

一、總體設計

ZigBee是一種新興短距離、低速率、低功耗網絡容量大無線網絡技術，是藍牙和WIFI無線技術之間的技術，基礎是IEEE802.15.4協議， IEEE無線個人局域網工作組一項指標。鑒于以上優點，系統設計以ZigBee技術為核心，總體結構包括傳感器節點、協調器節點、繼電器控制節點、PC管理站組成，各節點隨機分布，節點之間自動組網，其組網方式三種：一是星型；二是網狀；三是樹狀；能夠實現自組網。ZigBee聯盟對ZigBee標準制定：IEEE802.15.4物理層、MAC層及數據鏈路層，ZigBee網絡層、加密層及應用描述層制定也取得了較大進展。不僅只是802.15.4代名詞，而且IEEE僅處理低級MAC層和物理層協議，因此ZigBee聯盟對其網絡層協議和API進行了標準化。完全協議用于一次可直接連接到一個設備基本節點4K字節或者作為Hub或路由器協調器32K字節。

對于煤礦傳輸時采用了該技術，液壓傳動使用了終端節點，還可用路由節點實現數據傳輸。同時在傳輸信號，還伴隨該設置狀態發送，煤礦放置處節點使用與電機傳送帶電機控制以及質量和觸發系統方案一致。如果有裝載車輛需要載入煤礦時，觸發整套系統，正常工作，其系統總體結構圖如圖1所示。

圖1 系統總體結構圖

二、系統硬件設計

(一)硬件組成

為保證系統穩定性，采用 ZigBee通信，集成MCU 8051 CPU和性能優良RF 收發器系統分為三個部分組成：協調器 ，路由節點，終端設備。

a) 終端設備：傳感器節點:硬件由CC2530為核心處理器，RF無線收發模塊，溫濕度采集模塊SHT10組成。繼電器控制節點硬件由CC2530為核心處理器，RF無線收發模塊、繼電器模塊HK4100F-DC5V-SHG組成,采用獨立電源供電。

b) 協調器節點:硬件由CC2530為核心處理器，RF無線收發模塊組成。

c) 路由節點：和終端設備配置一樣，執行程序不一樣。

(二)所有模塊需要有不同地址，CC2530是16位物理地址，地址分配取決于網絡架構，有三個值決定：

a)網絡最大深度L

b)每個父親設備上孩子數C

C)第二個子設備中有幾個路由器設備R

可以算出某父親設備路由間隔 C(d)

當路由器設備R等于1時:

C(d)=1+C(L-d-1);

當路由器設備R不等于1時:

上面公式是深度為d父設備，它所分配子路由器之間短地址間隔。

終端地址：

An=Aparent+C(d)*R+n

公式用來計算Aparent這個父親設備分配第n個終端設備地址An。

鑒于該系統設計，每塊芯片都有一個網絡分配給子設備短地址，這是該設備在zigbee網絡中通信地址。芯片收到短地址立即回復一個信息反饋協調器。在本次設計采用WIFI傳數據上PC和APP端，WIFI和zigbee協調器相互轉化，實現數據交匯。

三、系統軟件設計

圖1中軟件設計是采用zigbee自組網機制，采集數據信息經WIFI協議，傳輸數據層，實現整個設計自動化實現控制。協調器節點與傳感器節點、控制節點無線通信協議以IEEE802.15.4協議進行通信，采用MESH網絡組網，實現自組網絡。

(一)傳感器節點程序設計

圖2 質量傳感器節點程序流程圖

傳感器節點流程圖如圖2所示，首先初始化硬件和2007協議棧，節點是否加入協調器網絡，其次查看該節點數據，由CC2530RF收發模塊將采集質量信息傳送給協調器，再次由WIFI轉入數據端進行顯示并實現相應控制指令。

(二)協調器接收和轉發數據程序設計

圖3 協調器節點程序流程圖

協調器節點程序流程圖如圖3所示。首先初始化整個硬件，發出組網命令，網絡判斷是否有子設備加入；其次檢測是否裝車，數據經CC2530串口發送WIFI,協議上發到控制終端；最后選擇查看所有節點，組網的命令發送結束，設備列表中子設備網絡還未組好網絡，再一次上發組網命令，實現自組網結束。如果裝載節點發出命令，所有的設備處于帶工作狀態。指令一經觸發，設置好裝載質量和裝車時間。傳輸帶運送煤礦傳送到裝載箱，達到設定質量，觸發液壓傳動電機帶動液壓機構，液壓部分液體流動將裝載箱傳送裝車處倒入車廂中，返回觸發傳送帶開始工作，繼續重復，質量累加，與之設定值相比較，傳送過程中需要對溫度控制，溫度過高會造成機械壽命減少，溫度過高會提示報警，終端顯示并提示工作人員，防止造成不必要事故發生。該設計安全，又能實現自動化過程。

四、數據測試與分析

圖4中首先連接網絡設置選擇WIFI設置連接，圓盤的中間是停止按鈕，右鍵是裝載車需要裝車信息，左鍵是質量參數設定，上下鍵是傳送帶停止和啟動，溫度是對于機械物體是很重要的參數，根據我們所選擇的參數選擇對應的溫度控制。

延長機械使用壽命。設置好這些參數后我選擇不同的數據對數據進行分析，裝載箱容納量為500KG;輸入50000KG；需要執行數據次數為100次，實現自動化設備開始計時，進行數據執行。直到實現次數100。整個設備停止運行，發出裝載滿信號，此時LED調光亮度有明顯變化。提示工作人員可以開始下一次裝車容量。

該設計了自動化，安全可靠，無誤，操作簡單的特點。

五、結束語

本文提出一種基于zigbee煤礦液壓自動傳送系統設計方案，對煤礦高效智能化傳輸硬件和軟件進行設計。該系統能實時監控各個節點狀態和高效可靠自動化傳輸過程，同時更加實現了設備精準高效無人智能化一體管理，實現自動液壓傳動無人智能化自動傳輸。

[1]朱向慶，王建明.ZigBee協議網絡層研究與實現[J].電子技術應用，2006，(01).

[2]李珂. ZigBee協議分析以及MAC層軟件實現[D].四川：成都信息工程學院，2001.

[3]葛廣英，葛青，趙云龍 . ZigBee原理、實踐及綜合應用 .2015

[4]辛海亮,鐘佩思,朱紹琦,于英靜．基于ZigBee物聯網智能家居控制系統[J]．電子技術應用, 2013, (12):79-81．

[5]吳成東，智能無線傳感器網絡原理與應用[M].北京:科學出版社，2011.

[6]李珂. ZigBee協議分析以及MAC層軟件實現[D].四川：成都信息工程學院，2001.

[7]劉化君，劉傳清 . 物聯網技術[M].北京:電子工業出版社，2011.

[8]李文仲，段朝玉．ZigBee無線網絡技術入門與實戰[M]．北京：北京航空航天大學出版社，2007 ．

[9]ZigBee實驗指導手冊[中文版].

任尚(1986.10-)，男，漢，貴州盤縣人，助理工程師，本科，貴州盤南煤炭開發有限責任公司，研究方向煤礦機電運輸。