张雪梅

(山西职业技术学院 电子与通信工程系，山西 太原 030006)

随着智能技术的快速发展，人机模型和多维环境交互变得相当成熟[1]，近年来也逐步被应用到了煤矿开采行业。但大多应用只是为煤矿企业等单位提供了一种全新的培训技术手段，以现场真实数据驱动的三维仿真应用仍然较少。

本文基于煤矿综采工作面特殊工况环境，设计了ZigBee无线倾角传感器，构建了无线交差网状网网络架构，保证了液压支架姿态数据的稳定采集传输。以现场无线倾角传感器姿态数据为驱动数据源，基于Unity3D构建液压支架三维模型，设计了真实传感数据驱动的液压支架三维姿态监测仿真系统。

1 姿态监测传感器及网络设计

1.1 无线倾角传感器设计

倾角传感器无线通信采用ZigBee无线射频技术，选用TI公司的2.4 GHz ZigBee应用片上系统解决方案专用芯片CC2530作为无线通信芯片，无线倾角传感器电路原理图见图1.

图1中RFX2401C为2.4 GHz单芯片射频前端信号放大器，CC2530 RF输入输出高阻抗差分信号经巴伦芯片2450BM15A0002转换成单端信号，连接到RFX2401C的收发器端口TXRX，天线端口ANT使用外接50Ω天线进行阻抗匹配。极少外围器件射频前端芯片RFX2401C和巴伦芯片2450BM15A0002的使用，简化了无线射频电路设计，降低了射频电路中由于被动器件参数误差造成的无线信号衰减[2].

图1 无线倾角传感器电路原理图

CC2530提供了USART0和USART1两个串行通信接口。设置USART0工作于SPI模式，连接三轴加速度计ADXL345；设置USART1工作于UART模式，用于传感器与外部设备通信。USART1接口信号首先经过两片光电耦合器FOD053 L进行电气隔离和电压转换，最后通过SN65HVD3082ED转换为RS485总线信号。……