基于LoRa通信的无线液压支架压力传感器设计

李起伟

煤炭科学技术研究院有限公司煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室北京市煤矿安全工程技术研究中心

摘 要：针对煤矿顶板压力监测系统中的无线ZigBee传感器使用时间达不到设计预期、需频繁更换电池的问题,设计了一种基于LoRa通信的无线液压支架压力传感器。内嵌LoRa模块的无线液压支架压力传感器安装在液压支架上,采集液压支架前支柱、后支柱及前伸梁的压力值。被测液体介质通过导压孔加压到传感器压阻元件上,压阻元件受压发生形变,产生与压力线性相关的阻值变化;传感器的微控制单元测量加在电阻上的电压,将其换算成实际压力值。该传感器实现了煤矿顶板压力监测信号的远距离、低功耗、高可靠性无线传输:通过高扩频因子的直接序列扩频技术提高接收端灵敏度,获得较高的信号增益,从而增加通信距离;通过前向纠错编码技术提高传输可靠性;采集液压支架压力值并成功发送数据后进入休眠模式,以降低功耗。测试结果表明,该传感器1h的平均功耗为1.18mA·h,容量为5 000mA·h的锂电池理论续航时间为141d,满足煤矿使用要求;与ZigBee技术相比,LoRa有效通信距离更远,可靠性更高。

关键词：顶板压力监测;液压支架;无线压力传感器;LoRa通信;