一种基于超宽带通信的液压支架电液控制装置的制作方法

1.本实用新型一种基于超宽带通信的液压支架电液控制装置，属于液压支架电液控制技术领域。


背景技术：

2.目前井下采煤常用到电液控制系统实现对液压支架的控制，能够保障煤炭生产的安全性，提升生产效率，但由于矿井地质条件、采煤工艺不同都会造成液压支架安装使用的多样性，控制液压支架的动作状态也各有差异，如出现超前架液压支架控制、迈步自移液压支架控制、拖缆自移液压支架控制等复杂操作，则需要工作人员现场进行手动控制，这就增加了人员上岗培训和实际操作的人工成本，不仅增加了人工操作各种遥控器的工作，而且还需要人工在井下携带多种不同规格功能遥控器，实际操作时极为不便。
3.另一方面，目前市面上提供的电液控制遥控类装置种类繁多，但都是基于相同的硬件电路系统与结构设计，分别控制不同的液压支架系统，控制装置本身不具备人机交互与复杂操作功能，只能根据设置好的单个按钮执行预设的简单液压操作，使用灵活性较差，同时在井下使用的控制装置主要采用红外无线通信的方式控制液压支架动作，通信距离有限，无法适用于大面积液压支架控制场所的应用，实际操作复杂，使用可靠性较差。


技术实现要素：

4.本实用新型为了克服现有技术中存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种基于超宽带通信的液压支架电液控制装置硬件结构的改进。
5.为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：一种基于超宽带通信的液压支架电液控制装置，包括壳体，所述壳体的正面设置有oled屏幕、控制按键，所述壳体的背面设置有电源模块和线性马达，所述壳体的侧面还设置有蜂鸣器和有线通信模块，所述壳体的顶部还设置有超宽带通信模块；
6.在壳体的内部封装有控制电路板，所述控制电路板上集成有中央控制器，所述中央控制器通过导线分别与oled屏幕、控制按键、线性马达、蜂鸣器、有线通信模块、超宽带通信模块相连；
7.所述中央控制器的电源输入端与电源模块相连；
8.所述中央控制器内部使用的控制芯片型号为stm32g071kbu。
9.所述超宽带通信模块内部使用的通信芯片为超宽带通信芯片u1，所述超宽带通信芯片u1的型号为dw1000-es；
10.所述超宽带通信模块的电路结构为：
11.所述超宽带通信芯片u1的3脚并接电容c17的一端，电容c16的一端，晶振y3的一端后与3.3v输入电源相连，所述超宽带通信芯片u1的4脚与晶振y3的另一端相连，所述电容c17、c16的另一端均接地；
12.所述超宽带通信芯片u1的5脚串接电阻r8后接地；
13.所述超宽带通信芯片u1的6脚串接电容c19后接地；
14.所述超宽带通信芯片u1的7脚串接电容c24后接地；
15.所述超宽带通信芯片u1的8脚依次并接超宽带通信芯片u1的9脚、10脚、11脚、12脚、电容c18的一端、电容c23的一端、电容c22的一端、电容c21的一端后与电容c20的一端相连，所述电容c18、c23、c22、c21、c20的另一端相互连接后接地；
16.所述超宽带通信芯片u1的15脚并接电容c25的一端后与3.3v输入电源相连，所述电容c25的另一端接地；
17.所述超宽带通信芯片u1的18脚并接电容c28的一端，电容c29的一端后与电容c30的一端相连，所述电容c28、c29、c30的另一端相互连接后接地；
18.所述超宽带通信芯片u1的19脚并接电容c31的一端，电容c32的一端，电容c33的一端后与3.3v输入电源相连，所述电容c31、c32、c33的另一端相互连接后接地；
19.所述超宽带通信芯片u1的21脚与电源模块相连；
20.所述超宽带通信芯片u1的30脚并接电阻r10的一端，3v输入电源后与中央控制器相连；
21.所述超宽带通信芯片u1的31脚串接电容c34后接地；
22.所述超宽带通信芯片u1的32脚接地；
23.所述超宽带通信芯片u1的33脚并接电阻r9的一端，3v输入电源后与中央控制器相连，所述电阻r9的另一端并接电阻r10的另一端后接地；
24.所述超宽带通信芯片u1的42脚串接电容c35后接地；
25.所述超宽带通信芯片u1的43脚并接通信芯片u1的46脚后接地；
26.所述超宽带通信芯片u1的47脚接3v输入电源；
27.所述超宽带通信芯片u1的48脚并接电容c36的一端，电容c37的一端后与1.8v输入电源相连，所述电容c36、c37的另一端均接地。
28.所述有线通信模块内部使用的通信芯片为485ic接口芯片。
29.本实用新型相对于现有技术具备的有益效果为：本实用新型提供一种基于超宽带通信的液压支架电液控制装置，装置将stm32g071kbu控制芯片、485ic接口模块、uwb超宽带通信模块封装在统一的终端壳体中，在降低使用功耗的同时，配合安装的显示屏与键盘矩阵，能够对现场液压支架控制系统进行自动配置，实现将多种遥控器的功能进行集成，采用超宽带通信方式能够分别实现对操作人员的实时定位、地面控制站对控制装置的实时监控、快速稳定无线连接控制液压支架执行动作等功能，提升整个液压支架系统操作的准确性与可靠性。
附图说明
30.下面结合附图对本实用新型做进一步说明：
31.图1为本实用新型的结构示意图；
32.图2为本实用新型的电路结构示意图；
33.图3为本实用新型超宽带通信模块的电路图；
34.图中：1为壳体、2为oled屏幕、3为控制按键、4为电源模块、5为线性马达、6为蜂鸣器、7为有线通信模块、8为超宽带通信模块、9为中央控制器。
具体实施方式
35.如图1至图3所示，本实用新型具体提供一种基于超宽带通信的液压支架电液控制器，该控制器在外壳上集成有显示屏和键盘矩阵，提供了更好的人机交互界面，丰富的按键功能可以实现不同功能遥控器的需求，基于超宽带远程无线通信功能的引入实现同硬件一套设备控制井下不同种类、数量众多的液压支架的目的，并支持操作人员实时定位功能。
36.本实用新型在现有液压支架遥控器的硬件基础上，将红外发射模块、433mhz通信模块更换为uwb超宽带通信模块，控制装置硬件电路集成的中央控制器mcu选用st系列的g071kbu控制芯片，该mcu的时钟频率为64mhz，显示设备提供有2.4寸的oled显示屏，为spi总线屏幕，可直接进行汉字的显示，本实用新型同时将25个按键通过芯片挂载spi总线上，可实时的采集按键状态，并且通过线性马达或者蜂鸣器来实时响应状态，提高人机交互的感观；装置中设置的uwb超宽带通信模块与mcu通过spi通信协议连接，进行数据的实时交互；本实用新型使用的电源模块具体通过内置3.7v的电池进行供电，控制装置同时将对电池电压进行监测，并根据实际需要可提供有线充电或无线充电两种充电模式。
37.进一步的，本实用新型提供的液压支架控制装置主要包括如下功能模块：
38.1）超宽带通信定位模块：
39.控制装置基于超宽带通信方式实现对遥控器的实时定位，并基于uwb通信带宽实现遥控器与液压支架的数据交互，实现对液压支架的控制；其中利用uwb定位模块可实现测距功能，实时计算出当前遥控器与各个液压支架的实时距离，并计算出最近的距离即为当前遥控器所在的支架位置，并且该位置可实时上传至井上控制站点，方便地上人员的实时监测，并将定位消息发送至中央控制器；本实用新型利用uwb测距的载波功能，可以将相关信息附着在定位数据上，实现遥控器与液压支架之间的信息交互，并在线程中处理收到的相关信息，同时将相关信息的处理结果发送至中央控制器，所述中央控制器将接收数据分析处理后发送至液压支架执行相应操作。
40.在超宽带通信模块的控制电路中，使用的超宽带通信芯片u1的3、4引脚分别接电容c16、c17后接晶振y3，为超宽带通信芯片u1的工作提供时钟频率信号；所述超宽带通信芯片u1的6、7、8、9、10、11、12脚分别为芯片的供电引脚，它们分别与电容c24、c19、c20、c21、c22、c23、c18相并联后接地，其作用是滤去电源交流部分与存储电荷；超宽带通信芯片u1的16、17引脚为射频信号的发射引脚，其可以外接射频发射天线；超宽带通信芯片u1的33、32、29、27引脚与控制芯片u1的引脚相接，其作用是配置驱动超宽带通信芯片u1；超宽带通信芯片u1的39、40、41引脚接控制芯片u1的21、22、23引脚，因为超宽带通信芯片u1的数据传输协议为spi，其作用是实时传输位置信号；超宽带通信芯片u1的47、48引脚分别接3.0v与1.8v输入电源，目的是为超宽带通信芯片u1在不同工作环境下供电。
41.2）按键模块
42.本实用新型提供的按键模块可实时采集25个按键的状态，并可区分为长按、短按、释放三种不同的状态，将相关的按键信息反馈至中央控制器进行存储。
43.3）显示模块
44.该模块用于接收中央控制器处理后的信息，实时显示当前遥控器的状态信息，包括当前遥控器类型、当前遥控器动作状态以及实时的定位信息等。
45.4）中央控制器
46.该模块实现对信号的接收处理，并发送相应的处理消息，用户可通过按键选择当前遥控器的类别，如选择中间支架遥控器或是自移机尾遥控器等类型，同时用户还可以选择操作模式为“遥控器键盘模式”或“放顶煤键盘”模式；该模块基于uwb的定位模块的信息，可实时自动与遥控器所在位置的最近液压支架进行信息交互，同时在各个模式下为用户提供了“单动作操作”与“组动作操作”两种操作方法，根据不同选项发送不同指令实现对液压支架的控制。
47.如图2所示为本实用新型的硬件结构框图，在硬件组成方面，uwb模块、oled屏幕、按键矩阵通过spi总线与mcu中央控制器相连，其中oled屏与按键矩阵使用同一个spi，通过不同的片选信号来驱动；两路ad采集监测电池电压和充电电压，电池采用无线充电模式；rs485可以连接上位机对设备的相关参数进行配置；两路io口用来驱动蜂鸣器和线性马达。
48.使用时，uwb模块通过spi协议与mcu中央控制器相连，uwb以1hz的频率为用户提供相关的定位信息，并发送至显示屏的gui界面进行显示；在uwb模块在用户与选定支架确认连接成功之后，程序可自主的下载液压支架的相关动作参数信息并更新遥控器的动作参数列表，与当前液压支架建立连接，保证后续通信的稳定性与实时性。
49.uwb模块将相关的信息发送至中央控制器，并接收中央控制器处理后的信息，gui显示模块接收中央控制器发送的数据，对遥控器的相关信息进行实时的显示，中央控制器统筹全局，实时根据遥控器的当前状态处理按键信息、液压支架信息，并将处理结果进行协议打包发送至uwb模块、gui显示模块，同时根据数据处理结果驱动蜂鸣器或线性马达用于提示或报警。
50.关于本实用新型具体结构需要说明的是，本实用新型采用的各部件模块相互之间的连接关系是确定的、可实现的，除实施例中特殊说明的以外，其特定的连接关系可以带来相应的技术效果，并基于不依赖相应软件程序执行的前提下，解决本实用新型提出的技术问题，本实用新型中出现的部件、模块、具体元器件的型号、相互间连接方式以及，由上述技术特征带来的常规使用方法、可预期技术效果，除具体说明的以外，均属于本领域技术人员在申请日前可以获取到的专利、期刊论文、技术手册、技术词典、教科书中已公开内容，或属于本领域常规技术、公知常识等现有技术，无需赘述，使得本案提供的技术方案是清楚、完整、可实现的，并能根据该技术手段重现或获得相应的实体产品。
51.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，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实用新型各实施例技术方案的范围。