一种基于zigbee煤矿液压自动传送系统设计

2017-10-09

福建质量管理 2017年16期

(贵州盘南煤炭开发有限责任公司贵州盘县 553505)

任尚

(贵州盘南煤炭开发有限责任公司贵州盘县 553505)

煤矿运输质与量决定整个经济效益，其运输方式多采用液压，鉴于对电机控制我设计了并采用无线控制整个运输过程，基于ieee802.15.4无线通信协议，zigbee融合了该技术并设计了该系统，有了此设备，煤矿运输不仅质量得到保证，同时合理控制液压传动，根据前一级质量检测，不同量输入来控制液压大小，使其能源更加合理分布，节约了大部分成本，节约了大部分电能，经济效益有一定增。该设备系统更加智能化，对煤矿质与量控制更加精确化，高效化，效益最大化。

ZIGBEE；液压传动；无线传输；ieee802.15.4

引言

如今大部分煤矿均已液压传动来控制各种煤矿运输，是以液体为工作介质，利用压力能来驱动执行机构传动方式。驱动机床工作台液压系统是由油箱、过滤器、液压泵、溢流阀、开停阀、节流阀、换向阀、液压缸以及连接这些元件油管、接头等组成。此设备是经过机械式操作，损耗了大量电能，有时总质量过大，不能运输，反之亦然。对于上述此情况，我设计了一套基于zigbee无线设备来控制质与量输入来控制液压传动压力大小，不同质量煤矿对应不同等级压力，达到工作保证传输要求，同时也保证降低能量损耗。该设备解决了质与量之间重要问题，运输过程中很大程度提高了效率，达到无人化，智能化，同时也节约了大量资源。

一、总体设计

ZigBee是一种新兴短距离、低速率、低功耗网络容量大无线网络技术，是蓝牙和WIFI无线技术之间的技术，基础是IEEE802.15.4协议， IEEE无线个人局域网工作组一项指标。鉴于以上优点，系统设计以ZigBee技术为核心，总体结构包括传感器节点、协调器节点、继电器控制节点、PC管理站组成，各节点随机分布，节点之间自动组网，其组网方式三种：一是星型；二是网状；三是树状；能够实现自组网。ZigBee联盟对ZigBee标准制定：IEEE802.15.4物理层、MAC层及数据链路层，ZigBee网络层、加密层及应用描述层制定也取得了较大进展。不仅只是802.15.4代名词，而且IEEE仅处理低级MAC层和物理层协议，因此ZigBee联盟对其网络层协议和API进行了标准化。完全协议用于一次可直接连接到一个设备基本节点4K字节或者作为Hub或路由器协调器32K字节。

对于煤矿传输时采用了该技术，液压传动使用了终端节点，还可用路由节点实现数据传输。同时在传输信号，还伴随该设置状态发送，煤矿放置处节点使用与电机传送带电机控制以及质量和触发系统方案一致。如果有装载车辆需要载入煤矿时，触发整套系统，正常工作，其系统总体结构图如图1所示。

图1 系统总体结构图

二、系统硬件设计

(一)硬件组成

为保证系统稳定性，采用 ZigBee通信，集成MCU 8051 CPU和性能优良RF 收发器系统分为三个部分组成：协调器，路由节点，终端设备。

a) 终端设备：传感器节点:硬件由CC2530为核心处理器，RF无线收发模块，温湿度采集模块SHT10组成。继电器控制节点硬件由CC2530为核心处理器，RF无线收发模块、继电器模块HK4100F-DC5V-SHG组成,采用独立电源供电。

b) 协调器节点:硬件由CC2530为核心处理器，RF无线收发模块组成。

c) 路由节点：和终端设备配置一样，执行程序不一样。

(二)所有模块需要有不同地址，CC2530是16位物理地址，地址分配取决于网络架构，有三个值决定：

a)网络最大深度L

b)每个父亲设备上孩子数C

C)第二个子设备中有几个路由器设备R

可以算出某父亲设备路由间隔 C(d)

当路由器设备R等于1时:

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

当路由器设备R不等于1时:

上面公式是深度为d父设备，它所分配子路由器之间短地址间隔。

终端地址：

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

公式用来计算Aparent这个父亲设备分配第n个终端设备地址An。

鉴于该系统设计，每块芯片都有一个网络分配给子设备短地址，这是该设备在zigbee网络中通信地址。芯片收到短地址立即回复一个信息反馈协调器。在本次设计采用WIFI传数据上PC和APP端，WIFI和zigbee协调器相互转化，实现数据交汇。

三、系统软件设计

图1中软件设计是采用zigbee自组网机制，采集数据信息经WIFI协议，传输数据层，实现整个设计自动化实现控制。协调器节点与传感器节点、控制节点无线通信协议以IEEE802.15.4协议进行通信，采用MESH网络组网，实现自组网络。

(一)传感器节点程序设计

图2 质量传感器节点程序流程图

传感器节点流程图如图2所示，首先初始化硬件和2007协议栈，节点是否加入协调器网络，其次查看该节点数据，由CC2530RF收发模块将采集质量信息传送给协调器，再次由WIFI转入数据端进行显示并实现相应控制指令。

(二)协调器接收和转发数据程序设计

图3 协调器节点程序流程图

协调器节点程序流程图如图3所示。首先初始化整个硬件，发出组网命令，网络判断是否有子设备加入；其次检测是否装车，数据经CC2530串口发送WIFI,协议上发到控制终端；最后选择查看所有节点，组网的命令发送结束，设备列表中子设备网络还未组好网络，再一次上发组网命令，实现自组网结束。如果装载节点发出命令，所有的设备处于带工作状态。指令一经触发，设置好装载质量和装车时间。传输带运送煤矿传送到装载箱，达到设定质量，触发液压传动电机带动液压机构，液压部分液体流动将装载箱传送装车处倒入车厢中，返回触发传送带开始工作，继续重复，质量累加，与之设定值相比较，传送过程中需要对温度控制，温度过高会造成机械寿命减少，温度过高会提示报警，终端显示并提示工作人员，防止造成不必要事故发生。该设计安全，又能实现自动化过程。