一种采煤机用双向通讯遥控装置和通讯方法与流程

本发明涉及采煤机遥控通讯技术领域，具体说是一种即可以实现对采煤机的无线遥控操作，又可以实现对采煤机各项数据无线回读显示的双向遥控通讯系统。

背景技术：

采煤机作为煤矿综采工作面的关键核心设备，其参数显示系统是采煤机系统的重要部分之一，是矿工了解设备性能的直观窗口。随时掌握设备运行参数是采煤机安全运行的基本保障，对综采工作面安全生产有着重大影响。

较以往采煤机相比，普通采煤机都具备参数显示装置，就是将采煤机运行数据、各传感器参数映射到液晶显示屏上，该屏幕位于采煤机的中心。显示装置的增设为矿工生产提供了方便，但仍存在一些不足之处，成为采煤机安全运行、煤矿安全生产的隐患。

1、在大倾角、薄煤层工作面上，矿工在支架内部行走都极其不方便，在综采过程中观看显示窗口更是困难，容易造成跌倒、砸伤等危害；

2、在大采高工作面上，采煤机、刮板机、支架都是较大型设备，使得支架离采煤机较远，在综采过程中看不清显示装置上的信息，如果因技术需要必须查看时，就要牵停采煤机，降低了生产效率；

3、传统显示装置主界面显示的参数较少，使得矿工无法掌握详细信息，极易造成设备因过载而损坏。

因此，增加采煤机遥控及无线显示系统，对采煤机的安全运行、可靠性、降低生产事故起着重要作用。

技术实现要素：

针对现有技术中，不能在移动端显示采煤机运行数据的难题，本发明所要解决的技术问题是：提供一种采煤机用双向通讯遥控装置，可以在不影响遥控采煤机动作的同时，实现在移动端实时显示采煤机的运行数据。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种采煤机用双向通讯遥控装置，包括双向遥控器和无线通讯隔离模块；所述双向遥控器上设置有显示单元、第一无线通讯单元、第一数据处理单元和键盘，所述显示单元和所述第一无线通讯单元与所述第一数据处理单元连接；所述无线通讯隔离模块包括第二无线通讯单元、第二数据处理单元、光电隔离器件和通讯端口，所述第二无线通讯单元与所述第一无线通讯单元通信连接，所述第二无线通讯单元与所述第二数据处理单元连接，所述第二数据处理单元通过光电隔离器件和通讯端口与上位机通讯连接；所述双向遥控器用于根据所述键盘输入的信息，给出遥控指令和数据刷新指令，并发送到所述无线通讯隔离模块，所述无线通讯隔离模块用于根据所述遥控指令和数据刷新指令，向上位机发送遥控指令和获取数据，并将数据回传到所述双向遥控器，通过所述显示单元显示。

所述第二数据处理单元为多串口微处理器，所述第二无线通讯单元为低功耗数字无线通讯模块，所述通讯端口为RS接口电路和RS接口电路。

所述第一数据处理单元采用型号为CF的微处理器，所述第一无线通讯单元采用型号为nRF的无线通讯芯片，所述nRF无线通讯芯片通过SPI接口与所述第一数据处理单元连接。

所述显示单元包括LCD显示处理器和低功耗LCD显示屏，所述LCD显示处理器通过异步串口与所述第一数据处理单元连接。

所述双向遥控器上还设置有LED指示灯、旋钮开关和收发天线，所述双向遥控器内还设置有供电电池和本安电源调理电路。

本发明还提供了一种所述的采煤机用双向通讯遥控装置的通讯方法，包括以下步骤：

步骤一：根据按键判断是否有遥控信息发送，若有，则启动一次遥控信息发射，并继续判断是否有下一次遥控信息；若没有，进入下一步骤；

步骤二：判断需要显示的数据项目是否变化，若有变化，则发送显示项目指针列表到显示单元进行显示，并返回到步骤一，若无变化，进入下一步骤；

步骤三：判断是否需要刷新数据，若不需要，返回到步骤一；若需要，则向无线通讯隔离模块发送数据回读请求命令，并进入下一步骤；

步骤四：判断是否成功接收无线通讯隔离模块返回的数据，如果成功，则保存数据，并传递给显示单元进行显示，并返回到步骤一；若不成功，进入下一步骤；

步骤五、判断是否超时，若超时，则置数据读取错误标志，并返回到步骤，若不超时，则返回到步骤一，继续等待数据返回。

所述步骤一还包括以下步骤：当所述键盘上任一按键被一直按住，但没有发生按键没有变化时，以mS为周期进行重复发射，用来当作接收端信号中断超时处理用的心跳，直至该按键被松开时，即刻发送一次无按键的遥控信息；

所述步骤三还包括以下步骤：所述无线通讯隔离模块接收到数据回读请求命令后，随机选取部分数据发回所述双向遥控器；所述步骤三中，判断是否需要刷新数据具体是指，距离判断上一次回传数据是否超过s。

所述的采煤机用双向通讯遥控装置的通讯方法，还包括以下步骤：

从所述第一数据处理单元的内部读取设置信息，然后对双向遥控器进行数据变量、端口电平、定时器、串行通讯、及显示屏的初始化；

调用显示子程序，通讯子程序，键盘处理子程序和界面处理子程序；

判断当前是否空闲，若空闲，则设置并使能中断唤醒功能，让所述第一数据处理单元进入休眠模式；若不空闲，或者中断唤醒，进入所述步骤一。

所述设置并使能终端唤醒功能具体包括：配置并使能实时时钟定时中断，配置并使能键盘中断。

所述无线通讯隔离模块中设有唯一的序列号，当所述双向遥控器开机后，先向无线通讯隔离模块发送读取序列号请求，将读取的序列号进行存储后，作为地址进行遥控信息的发送。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：本发明的一种采煤机用双向通讯遥控装置，实现了常规遥控采煤机动作的同时，又可实时显示采煤机的运行数据，使采煤机操作人员能够随时通过手中的遥控器了解设备运行详情，提高操作人员的安全保障，能及时发现故障，方便排查故障，降低采煤机故障率。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种采煤机用双向通讯遥控装置的电路连接示意图；

图2为本发明实施例提供的一种采煤机用双向遥控器的外形结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种采煤机用双向通讯遥控装置的通信方法的流程图；

图4为本发明实施例提供的一种采煤机用双向通讯遥控装置的主程序流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，为本发明实施例的一种采煤机用双向通讯遥控装置，包括双向遥控器1和无线通讯隔离模块2；所述双向遥控器1上设置有显示单元11、第一无线通讯单元12、第一数据处理单元13和键盘14，所述显示单元11和所述第一无线通讯单元12与所述第一数据处理单元13连接；所述无线通讯隔离模块2包括第二无线通讯单元21、第二数据处理单元22、光电隔离器件23和通讯端口24，所述第二无线通讯单元21与所述第一无线通讯单元12通信连接，所述第二无线通讯单元21与所述第二数据处理单元22连接，所述第二数据处理单元22通过光电隔离器件23和通讯端口24与上位机通讯连接；所述双向遥控器1用于根据所述键盘14输入的信息，给出遥控指令和数据刷新指令，并发送到所述无线通讯隔离模块2，所述无线通讯隔离模块2用于根据所述遥控指令和数据刷新指令，向上位机发送遥控指令和获取数据，并将数据回传到所述双向遥控器1，通过所述显示单元11显示。

其中，如图2所示，为双向遥控器1的实物主视图，该双向遥控器1的外壳18采用ABS工程塑料注塑成型，其上设置有收发天线15、LED指示灯16、左右遥控指示17和旋钮开关19，其中，键盘14、LED指示灯16和左右遥控指示17均制作在一张硅橡胶键盘上，该硅橡胶键盘通过不锈钢面板181与外壳18作配紧密合，可以实现防水防潮功能，有效保护内部电子电路；键盘14设计有18只按键，这些按键多数设计成图标形式的，可以直观地对应采煤机的遥控功能，方便记忆，通用性强，按键可以按3X6排列，与主CPU接口有9根信号线，其中3根为中断式回读线，6根为键盘扫描线。LED指示灯16的设计是为适应井下应用要求，更直观地指示遥控器的工作状态，LED指示灯有三只，分别为绿色、黄色和红色，可用来直观地指示遥控器的发射状态，三种颜色可以在发射的同时指示电池的电量情况，绿色表示电池电量充足，黄色表示电池电量适中，红色表示电池电量低。旋钮开关19为遥控器的总电源开关，顺时钟旋转开机，逆时针旋转关机；显示单元11的显示屏上设置有一块透明的有机玻璃111，自带背光，可以选择打开和关闭。

其中，所述双向遥控器1中，第一数据处理单元13可以采用型号为C8015F920的微处理器，其为低功耗混合信号微处理器，内置10位A/D，还可以实现电池电压的监测，有内部E2功能，可以实现参数的掉电记忆与保存，有校准的内部高精度RC时钟，可以节省掉外部晶体，有引脚MISS MATCH唤醒功能，可通过键盘将微处理器从休眠中唤醒；

第一无线通讯单元12可以采用挪威NORDIC公司出品的型号为nRF905的无线通讯芯片，所述nRF905无线通讯芯片通过SPI接口与所述第一数据处理单元13连接，nRF905是一款全数字的无线数传芯片，内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器和调制器等功能模块，输出功率和通信频道可通过程序进行配置，收发频率设置为435.7MHz，发射功率设置为+10dBm，发射时的工作电流约为30mA，接收时的电流约为12mA，待机模式电流约为12.5uA；

显示单元11可以包括LCD显示处理器和低功耗LCD显示屏，双处理器的设计，可以方便程序设计，可节省主CPU的资源，让主CPU更好地完成无线数据通讯，让无线遥控功能实时性更好，LCD显示处理器和LCD显示屏在一块电路板上，可以实现模块化设计；所述LCD显示处理器通过异步串口与所述第一数据处理单元13连接；显示单元11可以采用COG型有背光128X64点阵黑白液晶显示屏，通过独立的显示屏处理器CPU进行管理，通过串行通讯显示信内容，有休眠和中断换醒功能；LCD显示屏可以分为多屏进行自动循环滚动显示，具体可以分三屏，每屏显示4行数据，每隔4~5s切换一次屏幕数据进行循环显示。当需要重点关注某一参数时，可通过按键进行选择翻页，这时会打破循环显示的延时时间，停留在选择的显示屏上时间为60秒，以方便关注某一项数据。

其中，所述无线通讯隔离模块2中，所述第二数据处理单元22为可以为多串口微处理器，例如：型号为STC15W4K32S4，所述第二无线通讯单元21可以为低功耗数字无线通讯模块，例如：型号为NRF905，光电隔离器件23的型号可以为高速光电耦合器6N137；所述通讯端口24可以为RS485接口电路和RS232接口电路，该通讯端口均采用自恢复保险丝和瞬态抑制二极管做端口防浪涌保护。其中，无线通讯隔离模块2中，光电隔离器件23为本安电路和非本安电路的隔离器件，靠近双向遥控器1侧的电路，包括第二无线通讯单元21，第二数据处理单元22的电路为本质安全型设计，与上位机连接的通讯端口为非本质安全型。

其中，上位机是指指采煤机的主控器，通常由PLC或嵌入式电脑等组成，这里不作限定。所述双向遥控器1与无线通讯隔离模块2之间是以无线方式实现半双工通讯，无线通讯隔离模块和上位机之间是以RS485通讯接口实现半双工通讯或以RS232通讯接口实现全双工通讯。

其中，所述双向遥控器1中，还可以包括供电电源，供电电源可以为两节AA碱性干电池串联，每节电压为1.5V，总电压为3V，此外，还可以包括本安电源调理电离，用于将供电电源的输出经预处理后转化为双向遥控器内部器件，如第一数据处理单元13，显示单元11等所需要的本安电源。

如图3所示，本发明实施例还提供了一种上述的采煤机用双向通讯遥控装置的通讯方法，包括以下步骤：

步骤一：根据按键信号判断是否有遥控信息发送，若有，则启动一次遥控信息发射，并继续判断是否有下一次遥控信息；若没有，进入下一步骤；

步骤二：判断需要显示的数据项目是否变化，若有变化，则发送显示项目指针列表到显示单元11进行显示，并返回到步骤一，若无变化，进入下一步骤；

步骤三：判断是否需要刷新数据，若不需要，返回到步骤一；若需要，则向无线通讯隔离模块2发送数据回读请求命令，并进入下一步骤；

步骤四：判断是否成功接收无线通讯隔离模块2返回的数据，如果成功，则保存数据，并传递给显示单元11进行显示，并返回到步骤一；若不成功，进入下一步骤；

步骤五、判断是否超时，若超时，则置数据读取错误标志，并返回到步骤4，若不超时，则返回到步骤一，继续等待数据返回。

通过上述通信方法，使该采煤机用双向通讯遥控装置在使用时，遥控控制保持在首位，数据回读保持在第二位，因为控制信号的延时或丢失可能让设备响应不及时，有可能产生安全事故，为实现数据回读不影响到遥控，一方面在程序上将遥控信息的发射设置为高优先级，即每一次其它的操作后，都会回到步骤一，判断是否有遥控信息要发送，这样可以让遥控信息发送第一时间实现，优先于数据回读进行处理，另一方面在数据回读的指令中也可以携带完整的遥控信息，实现数据回读的时候对遥控信息进行了刷新，提高了无线信道的利用率。可以有效地利用遥控发射的空闲时隙完成数据的回读，从而实现远端数据信息的手持端显示。

具体地，所述步骤一还包括以下步骤：当所述键盘14上任一按键被一直按住，但没有发生按键没有变化时，以100mS为周期进行重复发射，用来当作接收端信号中断超时处理用的心跳，直至该按键被松开时，即刻发送一次无按键的遥控信息，当没有按键按下时以1S为周期进行心跳发射；

所述步骤三还包括以下步骤：所述无线通讯隔离模块2接收到数据回读请求命令后，随机选取部分数据发回所述双向遥控器1；所述步骤三中，判断是否需要刷新数据具体是指，距离判断上一次回传数据是否超过1s。

其中，通过nRF905的高速通讯功能和上述通讯方法可以大大降低无线发射电路的功耗，从而实现使用两节干电池使用3个月以上。其原理如下：当遥控器上某一按键被按下时，遥控器会即刻发送一次该按键的遥控信息，当该按键一直按住，但没有发生按键没有变化时，只以100mS为周期进行重复发射，用来当作接收端信号中断超时处理用的心跳，当该按键松开时，再即刻发送一次无按键的遥控信息，当没有按键按下时以1S为周期进行心跳发射，让接收端知道遥控器是否在线，通过无线信道发送一组遥控信息大约为100多位，按nRF905的50kbps的传输速率，可以在3mS之内完成，这一时间在100mS的时间内只占3%，nRF905以10dBm的功率发射时的电流为30mA，这样算来平均发射电流为0.9mA，利用该原理实现了不影响按键响应的时效性实现了信息的低功耗发射。

其中，采煤机要显示的数据有100多项，以双向遥控器1之显示屏每屏同时显示4项数据，有3屏数据自动切换为例，可以每次回读数据共12项，这12项要显示的数据可以通过遥控器上的按键在这100多项参数中进行自由选择，这样就存在要显示的数据项在总数据表中不是连续的，如果通过一次请求命令将涉及的数据全部回读，中间不关心的数据占用信道会影响到遥控的实时性；如果通过多次请求命令只将涉及的数据进行回读，握手协议的占比会增加，降低了信道的利用率。为解决这一问题，提高回读效率，利用了指针列表的原理，让上位机程序中加入一个对应的配合，一次请求命令即可实现100多项数据之中的任意12个数据的回读。

如图4所示，本发明实施例所述的采煤机用双向通讯遥控装置的通讯方法，所述的步骤一之前还可以包括以下步骤：

第一数据处理单元13上电启动后，先进行初始化，所述初始化具体指：从所述第一数据处理单元13的内部E2中读取设置信息，然后对双向遥控器1进行数据变量、端口电平、定时器、串行通讯、及显示屏的初始化；

然后进入散转，依次调用显示子程序，通讯子程序，键盘处理子程序和界面处理子程序；

这些程序处理过后，判断当前是否空闲，若空闲，即没有要处理事件，则设置并使能中断唤醒功能，例如，配置并使能实时时钟定时中断，配置并使能键盘中断，让所述第一数据处理单元13进入休眠的低功耗模式，此时，整个电路的耗电在100uA以下；若不空闲，例如，有按键信息或者定时时间到，则中断唤醒第一数据处理器，进入所述步骤一。

其中，还包括对第一无线通讯单元13的初始化，该初始化具体包括：设置收发频率、设置发射功率、配置内置的收发地址码、打开硬件CRC校验等，然后将第一无线通讯单元设置成Standby模式，让其进入省电状态，并随时可以进行发射与接收操作。

进一步地，所述无线通讯隔离模块2中设有唯一的序列号，当所述双向遥控器1开机后，先向无线通讯隔离模块2发送读取序列号请求，将读取的序列号进行存储后，作为地址进行遥控信息的发送。通过设置上述对码功能，解决了原有遥控系统中，当生产车间同时对两台以上采煤机进行生产调试时不能使用遥控器的窘境。在无线通讯隔离模块2中设有唯一的序列号，当遥控器开机后先向无线通讯隔离模块发送读取序列号请求，然后按读取的序列号作为地址进行遥控信息的发送，这样只有配对的无线通讯隔离模块能够产生响应，并且通过第一数据处理单元12内置E2存储器将这一序列号保存下来，再次开机时不需要再进行配对申请。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。