具有自供电多参数检测功能的托辊设计研究

摘要

带式输送机作为连续运载物料的常用运输机械，其工作环境通常比较复杂恶劣，在实际应用中容易发生输送带打滑及托辊卡死故障，如果不能及时发现和处理，将会对带式输送机运行安全及正常生产造成严重影响。带式输送机运行过程发生输送带打滑，托辊卡死故障时，托辊转速、振动和温度会表现出异常的状态，因此对托辊工作时的转速、振动和温度状态参数进行检测是非常重要的。目前采用有线传感器检测方法存在供电困难、布线复杂、维护成本过高等问题。虽然使用无线传感器网络（WSN）技术解决了布线复杂、维护成本过高问题，但是 WSN 中大量的传感器终端节点都需要电池来提供电能，而其供能有限，更换和充电成本巨大。为此提出了一款具有自供电多参数检测功能的托辊，具有一定的理论价值和经济价值。 为了能够对托辊多参数进行检测，考虑到托辊的工作环境及托辊的结构，本文选用外转子测速发电机、DS18B20数字温度传感器以及ADXL345数字三轴加速度传感器实现了对托辊的转速、温度及振动的采集。为了对检测数据进行无线传输，采用了 ZigBee 无线传感器网络并对其终端节点进行了硬件设计。终端节点以低功耗无线射频芯片CC2530为核心；外转子测速发电机除了作为转速传感器使用，还能为系统提供电能，实现系统的自供电。为了能够存储 ADXL345 传感器采集的数据并且需要减轻ZigBee无线传感网络无线数据传输压力，采用先存储后传输的方式。利用SD 存储卡把传感器采集的数据存储下来，在信道空闲时进行无线传输。为了实现系统的功能，采用基于 Z-Stack 协议栈完成终端节点和协调器节点的软件设计。 为了验证系统能否完成检测任务以及系统自供电的可靠性，在实验室搭建具有自供电多参数检测功能的托辊实验平台进行实验验证。实验证明了该托辊能够在工作时对转速、温度和振动状态进行准确检测，并且能够实现可靠的自供电。 本文对具有自供电多参数检测功能的托辊的研究，有助于解决现有检测方法存在的传感器供电困难、布线复杂、维护成本过高等问题。

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