一种矿用节点式物位测量装置制造方法
【专利摘要】本实用新型提供一种矿用节点式物位测量装置，包括上井口主机、下井口主机和监测节点；上井口主机和下井口主机分别各设置1台且结构相同；上井口主机包括电源模块、无线通信模块、处理器模块、液晶显示屏和键盘；监测节点的数量根据监测精度的需要予以设置；各个监测节点均具有相应的ID编码；监测节点包括压力传感器模块、处理器模块、无线通信模块和电源模块；上井口主机、下井口主机及各监测节点构成自组网的Zigbee网络；上井口主机、各监测节点和下井口主机沿煤矿的溜井的一个侧壁从上到下设置。本实用新型结构简单，安装方便，成本较低；能够对溜井的矿石物位自动实施有效的监测，监测效率和准确度高；工作可靠性好。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及矿井煤仓和溜井的物料高度监测领域；具体涉及一种用于监测溜 井物料高度的矿用节点式物位测量装置。 一种矿用节点式物位测量装置
【背景技术】
[0002] 由于矿山大多很高，矿石运送频繁，为提高运送效率和节约成本，在矿上开采运输 过程中经常会应用到一种叫溜井的矿石的通道。溜井是在矿山由上至下打通的一个类似井 的管道，由上至下直接倾倒矿石，运送车辆在溜井下接料后直接运送。溜井一方面可以提高 运送效率，另一方面利用高度可起到一定的粉碎矿石作用。溜井最深为100米，多数在几 十米，直径一般1. 4米，上方设有铁篦子用于阻挡单体过大的矿石进入溜井。溜井使用过 程中，若发生矿石堵塞，会严重影响生产安全，因而需要对溜井中的物料高度进行探测和监 管，以防止堵塞现象的发生。
[0003] 长期以来矿山对溜井物位高度和存矿量多少的监测方法通常只是靠经验来判断， 如通过看铲运机出矿趟数、向溜井丢石块、吊重锤计绳等方法，由于方法原始、监测效率低 下、准确度很低，难以及时准确有效地监测到溜井堵料现象的发生，从而带来较大的安全生 产隐患，严重时甚至会导致安全生产事故，造成重大损失。随着我国矿山数字化、信息化程 度的不断提高，对溜井内物位进行自动监测的需求十分迫切。
[0004] ZigBee技术是近年来兴起的一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双 向无线网络通讯技术，其主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进 行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。其主要 特点有：①低功耗：2节5号干电池可支持1个节点工作6?24个月；②低成本；③短时 延；④高容量：ZigBee可采用星状、片状和网状网络结构，由一个主节点管理若干子节点， 最多一个主节点可管理254个子节点；同时主节点还可由上一层网络节点管理，最多可组 成65000个节点的自组大网；⑤免执照频段。ZigBee技术组网灵活、低成本、低功耗等特点， 使其非常适合在无线数据传输、无线传感器网络等方面的应用。而目前，尚未见将ZigBee 技术运用于矿山溜井的物位监测。 实用新型内容
[0005] 本实用新型的目的是：克服现有技术的不足，提供一种通过在煤矿溜井壁设置若 干监测节点、溜井入口和出口分别设置井口主机、基于ZigBee技术利用无线方式检测溜井 料位高度的智能型的矿用节点式物位测量装置；通过该装置的使用能够对溜井物位高度进 行有效监测，及时发现溜井堵塞现象，保障煤矿安全生产。
[0006] 本实用新型的技术方案是：本实用新型的矿用节点式物位测量装置，其结构特点 是：包括上井口主机、下井口主机和监测节点；
[0007] 上述的上井口主机和下井口主机分别各设置1台，上井口主机和下井口主机的结 构相同；上井口主机包括电源模块、无线通信模块、处理器模块、液晶显示屏和键盘；上井 口主机的无线通信模块与上井口主机的处理器模块双向信号电连接；上井口主机的液晶显 示屏与上井口主机的处理器模块信号电连接；上井口主机的处理器模块与上井口主机的键 盘信号电连接；上井口主机的电源模块提供工作电源；
[0008] 监测节点的数量根据监测精度的需要予以设置；各个监测节点均具有相应的ID 编码；监测节点包括压力传感器模块、处理器模块、无线通信模块和电源模块；压力传感器 模块包括由压力开关和与其配套的外围电路；监测节点的处理器模块、无线通信模块和电 源模块与上井口主机的处理器模块、无线通信模块和电源模块的结构相同；监测节点的压 力传感器模块与监测节点的处理器模块信号电连接；监测节点的无线通信模块与监测节点 的处理器模块双向信号电连接；监测节点的电源模块提供工作电源；
[0009] 上述的上井口主机、下井口主机以及各个监测节点分别通过其各自的无线通信模 块构成自组网的Zigbee网络；
[0010] 使用时，上井口主机设置在煤矿的溜井的一个侧壁的上端口处、溜井上端设置的 篦子的下方；下井口主机设置在煤矿的溜井的下端口处的侧壁上，且位于与上井口主机所 设置的侧壁同一侧；各个监测节点在溜井的与上井口主机和下井口主机2的同一侧壁上分 散设置，且各监测节点位于上井口主机和下井口主机之间。
[0011] 进一步的方案是：上述的上井口主机的无线通信模块包括CC2420型号的射频收 发器和配套的外围电路；上井口主机的处理器模块包括PIC18F4580型号的微处理器及其 外围电路；液晶显示屏为LCM12832ZK型号的液晶屏。
[0012] 进一步的方案是：上述的监测节点的压力传感器模块的压力开关为济宁卓信公司 生产的矿用KBX-220型号的隔爆溜槽堵塞开关；每个监测节点的压力传感器模块的压力开 关均安装在溜井的内壁上。
[0013] 进一步的方案还有：上述的上井口主机的电源模块包括充电锂电池和电源转换电 路；充电锂电池与电源转换电路电连接；上井口主机的电源转换电路将充电锂电池供给的 电源转换成两路电源输出，其中一路输出+5V电源，为上井口主机的处理器模块、液晶显示 屏和键盘供电；另一路输出+3. 3V电源，为上井口主机的无线通信模块供电；监测节点的电 源模块的结构与上井口主机的电源模块的结构相同；监测节点的电源模块输出的+5V电源 为其处理器模块和压力传感器模块提供工作电源；监测节点的电源模块输出的+3. 3V电源 为其无线通信模块供电。
[0014] 本实用新型具有积极的效果：（1)本实用新型的矿用节点式物位测量装置，结构 简单，安装方便，成本较低。（2)本实用新型的矿用节点式物位测量装置，使用时能够对溜井 的矿石物位自动实施有效的监测，监测效率和准确度高，能够有效地避免煤矿溜井堵料现 象的发生，保障安全生产。（3)本实用新型的矿用节点式物位测量装置，其上井口主机、下井 口主机和各监测节点间组成Zigbee网络，若某一监测节点故障，基本不会影响装置的监测 功能，工作可靠性好。
【专利附图】
【附图说明】
[0015] 图1为本实用新型的结构示意图；
[0016] 图2为本实用新型在煤矿溜井的安装方式示意图；
[0017] 图3为图1中的上井口主机和下井口主机的电路结构框图；
[0018] 图4为图1中监测节点的电路结构框图。
[0019] 上述附图中的附图标记如下：
[0020] 上井口主机1，
[0021] 下井口主机2，
[0022] 监测节点3，
[0023] 溜井 4，
[0024] 篦子 5，
[0025] 物料 6。
【具体实施方式】
[0026] 下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型作进一步详细的说明。
[0027] (实施例1)
[0028] 见图1至图4,本实施例的矿用节点式物位测量装置，主要由上井口主机1、下井口 主机2和监测节点3组成。
[0029] 上井口主机1设置1台，上井口主机1设置在煤矿的溜井4的一个侧壁的上端口 处，溜井4上端设置的篦子5的下方。
[0030] 参见图4,上井口主机1主要由电源模块、无线通信模块、处理器模块、液晶显示屏 和键盘组成。上井口主机1的电源模块包括充电锂电池和电源转换电路，充电锂电池与电 源转换电路电连接；上井口主机1的电源转换电路将充电锂电池供给的电源转换成两路电 源输出，其中一路输出+5V电源，为上井口主机1的处理器模块、液晶显示屏和键盘供电；另 一路输出+3. 3V电源，为上井口主机1的无线通信模块供电。上井口主机1的无线通信模 块与上井口主机1的处理器模块双向信号电连接；上井口主机1的液晶显示屏与上井口主 机1的处理器模块信号电连接；上井口主机1的处理器模块与上井口主机1的键盘信号电 连接。上井口主机1的无线通信模块主要由CC2420型号的射频收发器和配套的外围电路 组成；上井口主机1的处理器模块主要由PIC18F4580型号的微处理器及其外围电路组成。 液晶显示屏本实施例中优选采用LCM12832ZK型号的液晶屏，其用于信息的显示；通过操作 键盘，可切换显示溜井4内已连接成功的监测节点3的个数、连接成功的监测节点3的压力 信号以及换算成的料位高度等信息。
[0031] 下井口主机2设置1台，下井口主机2设置在煤矿的溜井4的下端口处的侧壁上， 且位于与上井口主机1所设置的侧壁同一侧。下井口主机2的电路结构与上井口主机1的 电路结构相同。
[0032] 监测节点3的数量根据监测精度的需要设置若干个，具体数量可为2至99个。各 个监测节点3在溜井4的与上井口主机1和下井口主机2的同一侧壁上分散设置，且各监 测节点3位于上井口主机1和下井口主机2之间。各个监测节点3均有与其自身相应的ID 编码。在对溜井4的料位监测精度要求不太高的情况下，可将节点传感器每5m间距布置一 套，监测节点3的布置间距可根据对溜井4的料位监测精度的要求相应进行加减。
[0033] 参见图4,监测节点3主要由压力传感器模块、处理器模块、无线通信模块和电源 模块组成。压力传感器模块主要由压力开关和与其配套的外围电路组成。压力开关本实施 例中优选采用济宁卓信公司生产的矿用KBX-220型号的隔爆溜槽堵塞开关；每个监测节点 3的压力传感器模块的压力开关均安装在溜井4的内壁上。监测节点3的处理器模块、无 线通信模块和电源模块与上井口主机1的处理器模块、无线通信模块和电源模块的结构相 同。监测节点3的压力传感器模块与监测节点3的处理器模块信号电连接；监测节点3的 无线通信模块与监测节点3的处理器模块双向信号电连接；监测节点3的电源模块输出的 +5V电源为其处理器模块和压力传感器模块提供工作电源；监测节点3的电源模块输出的 +3. 3V电源为其无线通信模块供电。
[0034] 上井口主机1、下井口主机2以及各个监测节点3分别通过其各自的无线通信模 块构成自组网的Zigbee网络，上井口主机1和下井口主机2分别接收各个监测节点3通过 Zigbee网络无线传输的监测信息。
[0035] (应用例）
[0036] 参见图2,前述实施例的矿用节点式物位测量装置，其在使用时，若经过篦子5输 送到溜井4内的物料6发生堵塞时，堆积的物料6必然在溜井4的某一段壁体上产生挤压的 压力，该压力被设置在该段壁体上的1个以上的监测节点3的压力传感器监测到后，该监测 到物料6的1个以上的监测节点3直接或通过其他监测节点3将该信号连同其自身的ID信 息发送给上井口主机1和下井口主机2,上井口主机1和下井口主机2接收到监测信息后， 通过液晶显示屏同步显示相应的信息；同时由内置的程序自动计算物料6的高度并判断是 否发生物料堵塞现象，当判定发生物料堵塞时，自动发出报警信号。
[0037] 综上所述，本实用新型的矿用节点式物位测量装置，结构简单，安装方便，成本较 低；使用时能够对溜井的矿石物位自动实施有效的监测，监测效率和准确度高，能够有效地 避免煤矿溜井堵料现象的发生，保障安全生产；其上井口主机、下井口主机和各监测节点间 组成Zigbee网络，若某一监测节点故障，基本不会影响装置的监测功能，工作可靠性好。
[0038] 以上实施例是对本实用新型的【具体实施方式】的说明，而非对本实用新型的限制， 有关【技术领域】的技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变 换和变化而得到相对应的等同的技术方案，因此所有等同的技术方案均应该归入本实用新 型的专利保护范围。
【权利要求】
1. 一种矿用节点式物位测量装置，其特征在于：包括上井口主机（1)、下井口主机（2) 和监测节点（3); 所述的上井口主机（1)和下井口主机（2)分别各设置1台，上井口主机（1)和下井口主 机（2)的结构相同；上井口主机（1)包括电源模块、无线通信模块、处理器模块、液晶显示屏 和键盘；上井口主机（1)的无线通信模块与上井口主机（1)的处理器模块双向信号电连接； 上井口主机（1)的液晶显示屏与上井口主机（1)的处理器模块信号电连接；上井口主机（1) 的处理器模块与上井口主机（1)的键盘信号电连接；上井口主机（1)的电源模块提供工作 电源； 监测节点（3)的数量根据监测精度的需要予以设置；各个监测节点（3)均具有相应的 ID编码；监测节点（3)包括压力传感器模块、处理器模块、无线通信模块和电源模块；压力 传感器模块包括由压力开关和与其配套的外围电路；监测节点（3)的处理器模块、无线通 信模块和电源模块与上井口主机（1)的处理器模块、无线通信模块和电源模块的结构相同； 监测节点（3)的压力传感器模块与监测节点（3 )的处理器模块信号电连接；监测节点（3)的 无线通信模块与监测节点（3)的处理器模块双向信号电连接；监测节点（3)的电源模块提 供工作电源； 所述的上井口主机（1 )、下井口主机（2)以及各个监测节点（3)分别通过其各自的无线 通信模块构成自组网的Zigbee网络； 使用时，上井口主机（1)设置在煤矿的溜井（4)的一个侧壁的上端口处、溜井（4)上端 设置的篦子（5)的下方；下井口主机（2)设置在煤矿的溜井（4)的下端口处的侧壁上，且位 于与上井口主机（1)所设置的侧壁同一侧；各个监测节点（3)在溜井（4)的与上井口主机 (1)和下井口主机2的同一侧壁上分散设置，且各监测节点（3)位于上井口主机（1)和下井 口主机（2)之间。
2. 根据权利要求1所述的矿用节点式物位测量装置，其特征在于：所述的上井口主机 (1)的无线通信模块包括CC2420型号的射频收发器和配套的外围电路；上井口主机（1)的 处理器模块包括PIC18F4580型号的微处理器及其外围电路；液晶显示屏为LCM12832ZK型 号的液晶屏。
3. 根据权利要求1所述的矿用节点式物位测量装置，其特征在于：所述的监测节点（3) 的压力传感器模块的压力开关为济宁卓信公司生产的矿用KBX-220型号的隔爆溜槽堵塞 开关；每个监测节点（3)的压力传感器模块的压力开关均安装在溜井（4)的内壁上。
4. 根据权利要求1所述的矿用节点式物位测量装置，其特征在于：所述的上井口主机 (1)的电源模块包括充电锂电池和电源转换电路；充电锂电池与电源转换电路电连接；上 井口主机（1)的电源转换电路将充电锂电池供给的电源转换成两路电源输出，其中一路输 出+5V电源，为上井口主机（1)的处理器模块、液晶显示屏和键盘供电；另一路输出+3. 3V 电源，为上井口主机（1)的无线通信模块供电；监测节点（3)的电源模块的结构与上井口主 机（1)的电源模块的结构相同；监测节点（3)的电源模块输出的+5V电源为其处理器模块 和压力传感器模块提供工作电源；监测节点（3)的电源模块输出的+3. 3V电源为其无线通 信模块供电。
【文档编号】G01F23/14GK203881403SQ201420283700
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年5月29日 优先权日:2014年5月29日
【发明者】李庆昭, 沈科, 孙海林, 刘振兴, 韩朝辉, 陈贤红, 高原, 贾新辉, 蔡冬霞, 徐直 申请人:天地（常州）自动化股份有限公司, 中煤科工集团常州研究院有限公司