基于LoRa通信的無(wú)線(xiàn)液壓支架壓力傳感器設(shè)計(jì)

李起偉

(1.煤炭科學(xué)技術(shù)研究院有限公司， 北京 100013；2.煤炭資源高效開(kāi)采與潔凈利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 100013；3.北京市煤礦安全工程技術(shù)研究中心， 北京 100013)

0 引言

液壓支架壓力傳感器是應(yīng)用于煤礦井下綜采工作面液壓支架或普采工作面單體液壓支柱壓力監(jiān)測(cè)的專(zhuān)用儀表，用來(lái)反映工作面的支護(hù)情況，分析工作面礦壓變化規(guī)律，是頂板動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的重要組成部分。目前液壓支架壓力傳感器主要有有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)2種傳輸形式。因支架下空間狹小，隨著開(kāi)采工作面不斷推進(jìn)，有線(xiàn)傳輸存在電纜易損壞、布線(xiàn)與維護(hù)困難的問(wèn)題。無(wú)線(xiàn)傳輸具有布置靈活、移動(dòng)方便、擴(kuò)展性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)。

目前煤礦的無(wú)線(xiàn)傳輸形式以ZigBee為主，但ZigBee協(xié)議對(duì)信道帶寬要求較高，通信距離較短。因此，需通過(guò)增加發(fā)射功率及采用多級(jí)級(jí)聯(lián)的形式來(lái)提升距離與穿透性，完成遠(yuǎn)距離傳輸，但路由節(jié)點(diǎn)作為中繼卻不能休眠[1]，使得系統(tǒng)功耗增大。無(wú)線(xiàn)ZigBee傳感器在實(shí)際使用中通過(guò)電池供電，使用時(shí)間達(dá)不到設(shè)計(jì)預(yù)期，存在頻繁更換電池的問(wèn)題。鑒此，本文基于LoRa通信技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種無(wú)線(xiàn)液壓支架壓力傳感器，實(shí)現(xiàn)了煤礦頂板監(jiān)測(cè)信號(hào)遠(yuǎn)距離、低功耗無(wú)線(xiàn)傳輸?shù)哪康摹?/p>

1 傳感器設(shè)計(jì)方案

LoRa是一種物理層調(diào)制方式，是將擴(kuò)頻通信技術(shù)應(yīng)用于1 GHz以下頻譜的一種廣域網(wǎng)通信技術(shù)，融合了數(shù)字?jǐn)U頻、數(shù)字信號(hào)處理和前向糾錯(cuò)編碼技術(shù)。在理想環(huán)境下，無(wú)線(xiàn)通信滿(mǎn)足如下關(guān)系：

(1)

式中：Pt為發(fā)射器發(fā)射功率；……