本课题是山西省科技厅重大专项项目(编号:20131101029)“基于物联网的煤矿重大生产装备状态监测及全寿命周期管理系统的开发”中的重要组成部分。随着我国煤炭工业的快速发展,对煤矿井下安全生产提出了更高要求,而顶板事故在矿井事故总数中的比重长期居高不下,严重威胁了煤矿井下的生产安全以及井下工作人员的生命安全。实时监测顶板状态对于保障顶板安全具有重要作用。而目前顶板离层监测主要以人工为主,即工人用观测仪定时到现场读数,这样不仅工作量大,而且实时性差、误差大;在有线监测系统中,一旦线路老损或被腐蚀,将导致传感器与数据监测设备通信中断;虽然目前市场上也有其它无线监测系统,但存在着功耗高、通讯距离不能满足要求等问题。因此,开发一套新型低功耗的无线自组网顶板离层监测系统,实现对顶板离层位移数据的实时采集、自动存储和长距离无线传输,以便对其进行在线监测和分析诊断,具有重要的现实意义。论文针对现有无线监测系统功耗高,系统无法满足工作面用电需求,以及传输距离短导致的数据无法可靠上传等缺陷,自主设计研发了一套顶板离层监测系统。系统通过采用低功耗设计方式和定时唤醒工作模式,实现了超低功耗运行;设计了基于内嵌WaveMesh协议的无线模块的通信网络,实现了在井下巷道拐弯倾斜等环境中的无线数据的长距离可靠传输,提高了系统的稳定性。本文的主要研究工作和成果如下:在大量查阅学习国内外相关研究与产品现状的基础上,通过在晋煤集团欣科公司开展现场调研和对系统进行需求分析,设计了顶板离层监测系统的总体方案,确定了系统中离层仪和监测主机的功能;选择了无线WaveMesh技术作为本系统的无线通信技术。根据系统功能需求以及总体设计方案,确定了适合本系统的微处理器,开发了以此为核心的相关外围电路,使得离层仪能够完成数据采集、信号传输、显示和存储功能,监测主机可以实现对各个离层仪数据的接收、存储以及可视化显示。结合硬件电路,采用模块化结构的程序设计方法,编写了离层仪和监测主机的相关主程序、数据采集子程序、中断服务程序和通讯程序等。在实验室对系统各功能进行了调试,试验结果表明:整个系统功能完善稳定,运行可靠且功耗低,数据采集显示实时准确,能满足在井下长时间工作以及远距离传输的要求,对提高井下安全生产有重要意义。