专利名称：综采面采煤机位置检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种检测装置，尤其是一种配合液压支架电液控制系统使用的综采面
采煤机位置检测装置。
背景技术：
采煤机综采面的自动化是实现高产高效矿井的基础，其关键技术之一是液压支架 的跟机自动化。要实现液压支架的跟机自动化，必须对采煤机的位置进行检测，液压支架控 制器依据采煤机的位置信息，发出相应的控制指令，以实现支架与采煤机的联动。目前使用 的检测装置有以下几种方式 —种是计齿法。利用齿轮计数原理得到采煤机行走齿轮的转数，再根据齿轮的周 长得到采煤机行走的距离，根据支架的架间距计算出采煤机位于工作面哪个支架的中心 (即架号)，从而确定采煤机在工作面的位置，然后通过检测装置把位置信息传递给液压支 架控制系统。检测装置包括采煤机位置检测发射机和采煤机位置信息接收机。发射机由两 部分组成一部分是由磁性齿轮传感器、磁铁圆盘及磁珠构成，另一部分是由校正传感器和 校正磁铁构成。发射机安装在采煤机上，主要功能是对采煤机行走齿轮齿数计数和计数校 正，通过技术传感器传感头采集采煤机位置及方向信息，并以无线电波方式发送出去。接收 机收到信息后进行相关处理，然后经过连接电缆传送给支架控制器。该系统配置方式是一 个工作面装设一台发射机，发射机装在采煤机某位置，工作面每个50米左右就配置一台接 收机。这种方式发射机接收机之间通信是短距离无线通信，无电的直接连接，增加系统安全 性，但同时也存在一些缺点一是测量准确性较差，采煤机连续来回运行，传感器有可能丢 失或增加脉冲，如探头位于两个齿轮之间，在采煤机再次运行时就会丢失一个脉冲，误差长 期积累将影响采煤机位置定位的精度，为了提高准确性就必须附加校正装置。二是当采煤 机在运行过程中发生掉电时，检测装置将失去对采煤机的检测，为解决该问题就需要备用 电池等辅助设备，使整个装置复杂性提高，安装难度增大。三是接收机与支架控制器通信时 存在接口及信号的匹配问题，目前该类检测装置，均不具备与国外支架控制器的接口，不能 实现液压支架配合采煤机的快速联动。四是采用无线电波在井下复杂恶劣环境下，通讯距 离短，极易收到干扰，可靠性不高。 另一种是超声波反射法，检测装置由装在端头支架上检测位置的超声波传感器、 采煤机机车位置检测单元和相应的通讯接口单元组成。位置检测是通过四个超声波传感器 实现的，四个传感器分成两组，每组有两个传感器，分别安装在端头支架的顶部，传感器探 头正对前方。位置检测单元根据采煤机不同位置传送不同数据，能够判断运动方向、判断采 煤机是否到达端头以及记录采煤机到达端头的时刻。该方法是利用超声波传感器和变频器 接口电路，通过中心站计算机计算出采煤机的运行距离和方向，进而确定采煤机位置的。其 工作原理是采煤机运行到超声波传感器检测范围时，传感器输出信号发生变化，用ADC转 换器采集该信号送入单片机进行处理，判断采煤机是否已到达该位置，根据两个传感器变 化的先后顺序确定采煤机运动方向。单片机确认采煤机到达的同时记录此时的时刻，传送给中心站，中心站以此位置作为基准位置，根据采煤机运动方向和速度计算出采煤机相对 此位置的距离，从而确定出采煤机的位置。采煤机速度是通过采煤机内部变频器的输出信 号来确定的，其根据是在电机极对数和转差率保持不变条件下，电机转速与供电电源频率 成正比。该方法装置简单、安装方便。但该装置存在如下缺点一是识别精度很低，采煤机 运行中速度不可能一直匀速，转差率和供电电源频率也会有变化，影响对采煤机位置判断 的准确性；二是超声波极易受到干扰；三是检测装置只与中心站通信，不能和支架控制器 联系，实现不了采煤机与支架的联动，且扩展性不好。
发明内容
本发明的目的是克服已有技术中的不足之处，提供一种检测精度高，可靠性高，实 现金程检测监控的综采面采煤机位置检测装置。 为实现上述目的，本发明的综采面采煤机位置检测装置，由安装在采煤机上的红 外发射器和分别安装在采煤机通道上每个液压支架上的红外接收器组成，红外发射器由电 源处理模块、控制单元、信号调制模块、发射模块和RS485通讯模块组成，发射模块分别与 信号调制模块和控制单元相连，电源处理模块、看门狗电路和RS485通讯模块分别连接控 制单元，信号调制模块和控制单元共同控制发送数据；分别安装在每个液压支架上的多个 红外接收器由电源处理模块、控制单元、两个红外接收模块、DAC输出模块和RS485通讯模 块组成，电源处理模块、看门狗电路、红外接收模块、DAC输出模块和RS485通讯模块分别与 控制单元相连，红外接收模块把接收到的数据进行处理后传送给控制单元。
所述信号调制模块由定时器Ul、电阻Rl、 R2、 R3、 R4和电容Cl、 C2组成，用以产生 所需38kHz的脉冲序列作为载波，电阻Rl连接在Ul的引脚b和引脚g之间，引脚b连接引 脚f，通过电容Cl接地，电阻R2连接在引脚g和引脚d之间，引脚d和引脚h连接电源Vcc， 电阻R3 —端连接引脚h，另一端与发射模块相连，电阻R4 —端连接在引脚c上，另一端连 接在发射模块上，引脚e连接引脚a，通过电容C2接地；所述发射模块由两个红外发射管Dl 和两个驱动管T1、T2及保护电阻R5组成，并连的两个红外发射管Dl —端连接保护电阻R3 的一端，另一端连接驱动管T1的集电极，驱动管T1的基极与电阻R4的一端连接，驱动管T1 的射极与驱动管T2的射极相连，驱动管T2的基极通过电阻R5连接到控制单元7的TXD引 脚，驱动管T2的集电极接地；驱动管Tl与定时器U1之间连接有保护电阻R4，驱动管T2与 控制单元之间连接有防止电流过大的保护电阻R5 ;所述红外线发射管Dl和D2的发射角度 为±25° ;所述红外接收模块包括设在控制单元上的两个红外传感器U2、电阻R6、电阻R7 和电容C3，红外传感器U2所连接的R6、R7和C3为红外传感器U2外围电路，红外传感器U2 的输出引脚i与控制单元的RXD1和RXD2相连接，电容C3连接在红外传感器U2的引脚j 和引脚k之间，引脚j接地，电阻R6 —端接红外传感器U2的引脚k，另一端接电源Vcc，电 阻R7 —端接红外传感器U2的引脚i ，另 一端接电源Vcc 。 本发明的位置检测装置，采用红外线收发定位，红外发射器主要由电源处理模块、 控制单元、信号调制模块和红外发射模块组成。电源处理模块为整个发射器提供工作所需 的不同等级的电压并具有防反接等功能；控制单元是发射器的核心，完成红外线收发控制、 信息处理等功能；信号调制模块产生脉冲序列作为载波信号，对被发送信号进行调制，可以 增强抗干扰性和传输距离。将接收器安装在每个支架上，配合液压控制器实现支架的联动，可实现支架与采煤机的跟机自动化，提高生产效率，减少支架的误动作，提高系统的稳定性 和可靠性，实现无盲区精确定位。其测量精度高，抗干扰能力强，运行可靠，实效性强，效率 高，具有广泛的实用性。
图1是本发明的位置结构图； 图2是本发明的红外线发射器系统结构框图； 图3是本发明的红外线发射器部分电路连接图； 图4是本发明的红外线接收器系统结构框图； 图5是本发明的红外线接收器中接收模块电路连接图。 图中1-红外发射器，2_电源处理模块，3-看门狗电路，4-信号调制模块，5-红外 发射模块，6-RS485通讯接口 ， 7-控制单元，8-电源处理模块，9-看门狗电路，10-红外接收 模块，1 l-DAC通讯接口 ， 12-RS485通讯接口 ， 13-控制单元，14-红外接收器。
具体实施例方式
下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的描述 图1所示，本发明的综采面采煤机位置检测装置由红外发射器1、红外接收器14 组成，红外发射器1安装在煤层巷道中的采煤机上，在每个液压支架上安装一个红外接收 器14，当采煤机运行时，通过设在采煤机上的红外发射器1不断发射红外线，运行经过某个 液压支架时，液压支架上的红外接收器14接收信号，红外接收器14接收器与液压控制器通 讯，可随时告知采煤机当前位置和状态。 图2所示，红外发射器1由电源处理模块2、MCU控制单元7、信号调制模块4、发射 模块5和RS485通讯模块6组成，发射模块5分别与信号调制模块4和MCU控制单元7相 连，DC/DC电源处理模块2、 WDG看门狗电路3和RS485通讯模块6分别连接控制单元7，在 信号调制模块4和控制单元7共同控制下发送数据。 图3所示，发射器电路主要包括信号调制模块4、发射模块5和MCU控制单元7，其 中定时器Ul、电阻Rl、R2和电容Cl、C2组成，用以产生所需38kHz的脉冲序列作为信号。电 阻R1连接在定时器U1的引脚b和引脚g之间，引脚b与引脚f连接在一起，然后经过电容 Cl连接到地，引脚a和引脚e连接在一起，经过电容C2连接到地，电阻R2接在引脚g和引 脚d之间，然后与电阻R3共同连接到引脚h，引脚d为定时器Ul的电源引脚，电阻R3连接 两个并联红外发射管D1的阳极，让后阴极共同连接到驱动管T1的集电极，定时器U1的引 脚c经过电阻R4连接到驱动管Tl的基极，驱动管Tl的射极与驱动管T2的射极相连，驱动 管T2的基极连接到MCU控制单元7的TXD引脚，驱动管T2集电极直接接地。红外线发射 管D1发射角度士25。用来发射940nm的红外线。电阻R3是红外发射管Dl的保护电阻，电 阻R4是驱动管Tl、定时器Ul的保护电阻，电阻R5是驱动管T2、控制单元7的保护电阻，防 止电流过大烧坏所保护的器件。控制单元7用于实现红外线信号的发射和接收，此外还具 有RS485通讯以及模拟量输出功能。串行数据由控制单元7的串行输出端TXD发送，并驱 动驱动管Tl，低电平使驱动管Tl导通，通过驱动管T2调制成38kHz的载波信号，红外发射 管Dl光脉冲形式向外发送，高电平使驱动管Tl截止，红外发射管Dl就不发射红外线。
图4所示，红外接收器14由DC/DC电源处理模块8、MCU控制单元13、两个红外接 收模块10、 DAC输出模块11和RS485通讯模块12组成，两个红外接收模块10与MCU控制 单元13相连，通过红外接收模块IO把接收到的数据进行处理后传送给MCU控制单元13， MCU控制单元13上分别连接DC/DC电源处理模块8、WDG看门狗电路9、DAC输出模块11和 RS485通讯模块12。 图5所示，红外线接收模块10主要包括红外传感器U2、两个电阻R6、R7和电容C3。 电源VCC经过电阻R6连接到红外传感器U2的引脚k，经过电阻R7连接到红外传感器U2的 引脚i，引脚j经过电容C3连接到引脚k，引脚j直接接地，红外传感器U2的引脚i连接到 MCU控制单元13的RXD引脚，把解调后的数据传给控制单元。通过红外传感器U2将接收到 的38kHz的脉冲调制红外线信号转化为电信号，再通过红外传感器U2内部自身电路进行放 大、滤波、解调，最后由输出级电路反向放大输出到MCU控制单元13， MCU控制单元13对收 到的信息进行处理。
权利要求
综采面采煤机位置检测装置，其特征在于由安装在采煤机上的红外发射器(1)和分别安装在采煤机通道的每个液压支架上的红外接收器(14)组成，红外发射器(1)由电源处理模块(2)、看门狗电路(3)、控制单元(7)、信号调制模块(4)、发射模块(5)和RS485通讯模块(6)组成，发射模块(5)分别与信号调制模块(4)和控制单元(7)相连，电源处理模块(2)、看门狗电路(3)和RS485通讯模块(6)分别连接控制单元(7)，信号调制模块(4)和控制单元(7)共同控制发送数据；分别安装在每个液压支架上的多个红外接收器(14)由电源处理模块(8)、看门狗电路(9)、控制单元(13)、红外接收模块(10)、DAC输出模块(11)和RS485通讯模块(12)组成，电源处理模块(8)、看门狗电路(9)、红外接收模块(10)、DAC输出模块(11)和RS485通讯模块(12)分别与控制单元(13)相连，红外接收模块(10)把接收到的数据进行处理后传送给控制单元(13)。
2. 根据权利要求1所述的综采面采煤机位置检测装置，其特征在于所述信号调制模块(4)由定时器Ul、电阻Rl、R2、R3、R4和电容Cl、C2组成，用以产生所需38kHz的脉冲序列作为载波，R1连接在U1的引脚b和引脚g之间，引脚b连接引脚f ，通过电容C1接地，R2连接在引脚g和引脚d之间，引脚d和引脚h连接电源Vcc，电阻R3 —端连接引脚h，另一端与发射模块(5)相连，电阻R4—端连接在引脚c上，另一端连接在发射模块(5)上，引脚e连接引脚a，通过电容C2接地。
3. 根据权利要求l所述的综采面采煤机位置检测装置，其特征在于所述发射模块(5)由两个红外发射管Dl和两个驱动管T1、T2及保护电阻R5组成，并连的两个红外发射管Dl一端连接保护电阻R3的一端，另一端连接驱动管Tl的集电极，驱动管Tl的基极与R4的一端连接，驱动管Tl的射极与驱动管T2的射极相连，驱动管T2的基极通过R5连接到控制单元(7)的TXD引脚，驱动管T2的集电极接地；驱动管T1与定时器U1之间连接有保护电阻R4，驱动管T2与控制单元(7)之间连接有防止电流过大的保护电阻R5。
4. 根据权利要求3所述的综采面采煤机位置检测装置，其特征在于所述红外线发射管D1和D2的发射角度为±25° 。
5. 根据权利要求1所述的综采面采煤机位置检测装置，其特征在于所述红外接收模块(10)包括设在控制单元(13)上的两个红外传感器U2、电阻R6、电阻R7和电容C3，红外传感器U2所连接的R6、 R7和C3为红外传感器U2外围电路，红外传感器U2的输出引脚i与控制单元(13)的RXD1和RXD2相连接，电容C3连接在红外传感器U2的引脚j和引脚k之间，引脚j接地，电阻R6 —端接红外传感器U2的引脚k，另一端接电源Vcc，电阻R7 —端接红外传感器U2的引脚i ，另 一端接电源Vcc 。
全文摘要
一种综采面采煤机位置检测装置，由红外发射器和红外接收器组成，红外发射器由电源处理模块、控制单元、信号调制模块、发射模块和RS485通讯模块组成，发射模块分别与信号调制模块和控制单元相连，在信号调制模块和控制单元共同控制下发送数据；红外接收器由电源处理模块、控制单元、两个红外接收模块、DAC输出模块和RS485通讯模块组成，红外接收模块与控制单元相连，红外接收模块把接收到的数据进行处理后传送给控制单元。接收器配合液压支架控制器可实现支架与采煤机的跟机自动化，提高生产效率，减少支架的误动作，提高系统的可靠性，实现采煤机无盲区精确定位。其测量精度高，抗干扰能力强，运行可靠，实效性强，效率高，具有广泛的实用性。
文档编号G01S1/70GK101725366SQ20081019553
公开日2010年6月9日 申请日期2008年10月16日 优先权日2008年10月16日
发明者于月森, 伍小杰, 周娟, 徐亚军, 戴鹏, 王超 申请人:中国矿业大学