专利名称：一种基于无线射频技术的采煤机位置检测装置与检测方法
技术领域：
本发明涉及一种采煤机位置检测装置和检测方法，特别涉及一种具有无线收发器、标签和支架控制器，用于煤矿井下综采工作面识别采煤机位置的检测装置和检测方法。
背景技术：
综采工作面有采煤机、刮板输送机和液压支架等设备构成，采煤机通过驱动电机以刮板输送机为轨道行走，液压支架依据采煤机位置按照采煤工艺实施支架的动作控制， 采用液压支架电液控制系统，实现了支架的电液控制，并能够根据采煤机位置，按照采煤工艺，将追随采煤机实现液压支架的自动控制，在采煤机割煤前滚筒前的支架收回护帮板，在采煤机割煤后滚筒后的支架伸出护帮板，在采煤机割煤后的支架及时实施移架，在支架移架后的支架实施推溜动作，整个支架的动作过程都是以采煤机位置为依据实施的，因此实现工作面自动化控制，采煤机位置是关键。目前采煤机位置检测装置主要采用红外传感器来实现，该装置由采煤机上安装的红外发射器和在每台支架上安装的红外接收器组成，具有成本高，故障率高和不易维护等特点，红外传感器的收发窗口经常被粉尘遮蔽，造成采煤机位置不准或跳变等问题。为此，急需研制低成本、高可靠性的采煤机位置检测装置。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种无线采煤机位置检测装置，其可以在支架上粘贴一个标签，在采煤机上安装无线收发器即可，通过控制发射器的发射功率，可以控制接收标签所接收到的能量和接收标签的范围，从而得出采煤机位置，通过将该采煤机位置信息发送给支架控制器，使工作面支架电液控制系统获取采煤机位置信息，实现其跟机自动化控制功能。本发明带来的好处在于，标签具有成本低、安装灵活方便、更换方便等特点，可以粘贴在支架面向采煤机的任意部位，采用标签不需要使用连接器，减低了装置的复杂程度，从而提高了装置的可靠性。本发明的技术方案如下一种采煤机位置检测装置，包括无线收发器、标签和支架控制器，所述无线收发器、标签、支架控制器之间仅通过无线方式实现数据通信，所述无线收发器安装在采煤机上，以一定时间间隔向工作面发射信号，所述标签有多个，每个标签具有唯一的标识代码， 所述标签接收到无线收发器的发射信号后，将其标识代码向外无线发送，所述无线收发器接收到标签以无线方式发送出的标识代码后，根据接收到的标识代码，得出所述无线收发器当前的位置，即采煤机位置，并将采煤机位置，通过无线通讯方式，发送给支架控制器，支架控制器通过广播的方式，将采煤机位置传送到全工作面。其中所述无线收发器为无线射频识别技术(RFID)无线收发器，既可以发射无线射频信号，也可以接收无线射频信号；所述无线收发器可以控制其无线发射功率，通过调节所述无线收发器的无线发射功率，控制发射信号的能量大小和有效范围；所述无线收发器给标签发送的发射信号和给支架控制器发送的采煤机位置信息采用不同的通信协议加以区别。所述标签为电子标签，所述电子标签在接收到无线收发器发射的发射信号后，如发射信号的能量超过内置阀值，则通过内置驱动电路读取所述电子标签内部的标识代码， 并向外无线发送。所述无线收发器固定安装在采煤机上，所述标签安装在液压支架上。所述无线收发器发射信号的所述时间间隔为0. 1 0. 5秒。所述无线收发器具有无线射频通信功能，其通过无线射频通信方式将采煤机位置信息发送给支架控制器。所述支架控制器具有无线射频接收模块和无线射频发射模块，所述无线射频接收模块接收所述无线收发器发送来的采煤机位置信息，所述无线射频发射模块向所述无线收发器请求采煤机位置信息；所述支架控制器还具有广播通信模块，通过广播通信模块将接收到的采煤机位置信息广播到全工作面的所有支架控制器上。上述采煤机位置检测装置的采煤机位置检测方法为①将多个标签沿采煤机的工作路径布置在支架上，每个标签具有内部标识代码， 多个标签的标识代码各不相同；将无线收发器布置在采煤机上；②支架控制器通过无线方式向无线收发器发送一个检测命令，无线收发器接收到所述检测命令后，立即向外无线发射信号；③多个标签中的一个或多个接收到所述信号后，将信号的能量与内部的内置阀值相比较，如能量值大于或等于内置阀值，则标签将自身的标识代码向外无线发送，如能量值小于内置阀值，则标签不将自身的标识代码向外无线发送；④无线收发器接收标签无线发送出来的标识代码，根据接收到的标识代码确定无线收发器的位置，由于无线收发器布置在采煤机上，因此无线收发器的位置即采煤机的位置。每隔0. 1 0. 5秒检测一次采煤机位置，实现采煤机位置的动态检测。步骤④中根据接收到的标识代码确定无线收发器的位置的方法为如仅接收到一个标识代码，则将此标识代码所属的标签的位置作为无线收发器的位置；如接收到多个标识代码，则将多个标识代码所属的多个标签中相距最远的两个标签的中心位置作为无线收发器的位置。本发明的优点在于1、采用在每台支架上安装电子标签来识别采煤机位置，具有成本低，可靠性高，安装使用方便等优点；2、无线收发器、电子标签和支架控制器之间无需使用连接器连接，简化了采煤机检测装置结构，提高了其可靠性；3、通过控制无线收发器的发射能量(发射功率)来控制响应的电子标签数量，可以提高采煤机位置检测的精度，提高装置功效。
附图1为采煤机位置检测装置的示意图。
具体实施例方式
参见附图1，其描述了一种根据本发明所述的采煤机位置检测装置的示意图，包括多个液压支架(液压支架1- 和采煤机，液压支架上分别设置有标签1-5和支架控制器 1-5，采煤机上设置有无线收发器。上述无线收发器、标签、支架控制器之间可以通过并仅通过无线方式实现数据通信。液压支架1-5沿采煤机的工作方向顺序布置，即采煤机在工作时依次经过液压支架1-5，其上的标签可以是电子标签，也可以是其它具有电子信号接收和发送功能的标签，标签具有唯一的标识代码，各标签的标识代码各不相同，其在接收到无线收发器的发射信号后，将其标识代码向外部发送给所述无线收发器，无线收发器根据接收到的标识代码，得出所述无线收发器当前的位置，即采煤机位置，并将采煤机位置，通过无线通讯方式，发送给支架控制器，支架控制器通过广播的方式，将采煤机位置传送到全工作其中的无线收发器优选为无线射频识别技术(RFID)无线收发器，其既可以发射无线射频信号，也可以接收无线射频信号；发射信号用来供标签响应以发送标识代码，并能够将采煤机位置信息传送给支架控制器；接收信号用于接收标签返回的标识代码，也可以接收支架控制器发送来的采煤机位置请求信息。无线收发器具有功率控制功能，可以控制其无线发射功率，通过调节发射器的发射功率，可以控制发射信号的能量大小和信号传输有效范围，发射器给标签发送的发射信号和给控制器发送的采煤机位置信息，采用不同的通信协议加以区别。电子标在接收到发射器发射的无线信号后，标签的内置驱动电路将标签内部标识代码读取，并发送给发射器。标签必须接收到具有一定能量的无线信号后才能驱动内置电路，因此在距发射器较远的标签，不能触发内置驱动电路以返送回来标识代码。也就是说通过调节无线收发器的发射功率和电子标签的驱动内置电路的阀值，就可以使一定范围内的标签发送标识代码，而不在此范围之外的标签无法响应标识代码而不发送标识代码。无线收发器安装在采煤机上，标签安装在支架上，发射器随着采煤机的移动而移动，能够有效的接收到发射器发射的无线能量的标签范围也在发生着不断的变化。通过控制发射器发射的无线能量，可以控制标签接收无线能量，从而控制获取标签返回无线信号 (标签标识)的数量，从而计算出发射器所在的位置，即采煤机所在的位置。无线收发器的发射信号的可以定时发送，以便激活能量覆盖范围内的标签返回标签标识代码，动态识别采煤机位置，所述发送取得标签标识代码的时间间隔为0. 1 0. 5 秒。在计算出采煤机位置后，无线收发器将其通知与其相连的支架控制器，支架控制器具有无线射频收发模块，可以接收无线收发器发送来的采煤机位置信息，同时也可以向无线收发器请求采煤机位置信息，无线收发器根据支架控制器的请求发射信号进行采煤机位置检测。支架控制器还具有广播通信模块，可以将接收到的采煤机位置信息，广播到全工作面所有的支架控制器上，实现采煤机位置的联网监控。上述采煤机位置检测装置的采煤机位置检测方法为①将多个标签沿采煤机的工作方向布置在工作面液压支架上，每个标签具有内部标识代码，多个标签的标识代码各不相同；将无线收发器布置在采煤机上；②任意一个支架控制器(如通过人工判断距离采煤机最近的支架控制器，本实施例中的支架控制器幻通过无线方式向无线收发器发送一个检测命令，也可以多个支架控制器同时发送检测命令以确保采煤机可以接收到检测命令，无线收发器接收到检测命令后，立即向外发射无线信号；③多个标签中的一个或多个接收到所述信号后，将信号的能量与内部的内置阀值相比较，如能量值大于或等于内置阀值，则标签将自身的标识代码向外无线发送，如能量值小于内置阀值，则标签不将自身的标识代码向外无线发送，其中的内置阀值是一个人工预设的值，其可以根据工作面的工作参数和选择的无线收发器的功率计算得到，也可以根据经验取一个近似的值，如0. IW 10W，还可以通过实验得出，如通过实验得到在某距离下无线收发器的发送能量是10W，则在标签与无线收发器的最小距离是上述距离的情况下，内置阀值的取值比IOff略小即可，如9W或9. 5W ；④无线收发器接收标签无线发送出来的标识代码，根据接收到的标识代码确定无线收发器的位置，如无线收发器的发射功率和标签的阀值设置比较匹配，且采煤机的位置具有某个标签较近，则可能仅接收到一个标识代码，在本实施例中为标签2的标识代码，则将此标识代码所属的标签的位置作为无线收发器的位置；如采煤机的位置位于某两个标签之间，则可能接收到多个标识代码，如接收到标签1、2、3的标识代码，在这种情况下，将多个标识代码所属的多个标签中相距最远的两个标签的中心位置作为无线收发器的位置，由于无线收发器布置在采煤机上，因此无线收发器的位置即采煤机的位置，上述方法虽然是某种程度上的近似，但考虑到井下的实际要求，其精度已完全可以满足需要。上述检测方法可以每隔0. 1 0. 5秒检测一次，以实现采煤机位置的动态检测。以上所述，仅为本发明专利较佳的具体实施方式
，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明专利的保护范围之内。
权利要求
1.一种采煤机位置检测装置，其特征在于包括无线收发器、标签和支架控制器，所述无线收发器、标签、支架控制器之间仅通过无线方式实现数据通信，所述无线收发器安装在采煤机上，以一定时间间隔向工作面发射信号，所述标签有多个，每个标签具有唯一的标识代码，所述标签接收到无线收发器的发射信号后，将其标识代码向外以无线方式发送，所述无线收发器接收到标签以无线方式发送出的标识代码后，根据接收到的标识代码，得出所述无线收发器当前的位置，即采煤机位置，并将采煤机位置通过无线通讯方式发送给支架控制器，支架控制器通过广播的方式，将采煤机位置传送到全工作面。
2.如权利要求1所述的采煤机位置检测装置，其特征在于其中所述无线收发器为无线射频识别技术(RFID)无线收发器，既可以发射无线射频信号，也可以接收无线射频信号；所述无线收发器可以控制其无线发射功率，通过调节所述无线收发器的无线发射功率， 控制发射信号的能量大小和有效范围；所述无线收发器给标签发送的发射信号和给支架控制器发送的采煤机位置信息采用不同的通信协议加以区别。
3.如权利要求2所述的采煤机位置检测装置，其特征在于所述标签为电子标签，所述电子标签在接收到无线收发器发射的无线信号后，如发射信号的能量超过内置阀值，则通过内置驱动电路读取所述电子标签内部的标识代码，并向外以无线方式发送。
4.如权利要求1-3任一所述的采煤机位置检测装置，其特征在于所述无线收发器固定安装在采煤机上，所述标签安装在液压支架上。
5.如权利要求4所述的采煤机位置检测装置，其特征在于所述无线收发器发射信号的所述时间间隔为0. 1 0. 5秒。
6.如权利要求5所述的采煤机位置检测装置，其特征在于所述无线收发器具有无线射频通信功能，其通过无线射频通信方式将采煤机位置信息发送给支架控制器。
7.如权利要求6所述的采煤机位置检测装置，其特征在于所述支架控制器具有无线射频接收模块和无线射频发射模块，所述无线射频接收模块接收所述无线收发器发送来的采煤机位置信息，所述无线射频发射模块向所述无线收发器请求采煤机位置信息；所述支架控制器还具有广播通信模块，通过广播通信模块将接收到的采煤机位置信息广播到全工作面的所有支架控制器上。
8.如权利要求1-7任一所述的采煤机位置检测装置的采煤机位置检测方法，其特征在于①将多个标签沿采煤机的工作方向布置在工作面液压支架上，每个标签具有内部标识代码，多个标签的标识代码各不相同；将无线收发器布置在采煤机上；②支架控制器通过无线方式向无线收发器发送一个检测命令，无线收发器接收到所述检测命令后，立即向外发射无线信号；③多个标签中的一个或多个接收到所述信号后，将信号的能量与内部的内置阀值相比较，如能量值大于或等于内置阀值，则标签将自身的标识代码向外无线发送，如能量值小于内置阀值，则标签不将自身的标识代码向外无线发送；④无线收发器接收标签无线发送出来的标识代码，根据接收到的标识代码确定无线收发器的位置，由于无线收发器布置在采煤机上，因此无线收发器的位置即采煤机的位置。
9.如权利要求8所述的采煤机位置检测方法，其特征在于每隔0.1 0. 5秒检测一次采煤机位置，实现采煤机位置的动态检测。
10.如权利要求8或9所述的采煤机位置检测方法，其特征在于步骤④中根据接收到的标识代码确定无线收发器的位置的方法为如仅接收到一个标识代码，则将此标识代码所属的标签的位置作为无线收发器的位置；如接收到多个标识代码，则将多个标识代码所属的多个标签中相距最远的两个标签的中心位置作为无线收发器的位置。
全文摘要
一种基于无线射频技术的采煤机位置检测装置与检测方法包括无线收发器、标签和支架控制器，所述无线收发器、标签、支架控制器之间仅通过无线方式实现数据通信，所述无线收发器安装在采煤机上，以一定时间间隔向工作面发射信号，所述标签有多个，每个标签具有唯一的标识代码，所述标签接收到无线收发器的发射信号后，将其标识代码向外以无线方式发送，所述无线收发器接收到标签以无线方式发送出的标识代码后，根据接收到的标识代码，得出所述无线收发器当前的位置，即采煤机位置，并将采煤机位置通过无线通讯方式发送给支架控制器，支架控制器通过广播的方式，将采煤机位置传送到全工作面。
文档编号G01S1/02GK102426348SQ201110244599
公开日2012年4月25日 申请日期2011年8月25日 优先权日2011年8月25日
发明者李首滨, 牛剑峰, 田成金, 魏冠伟 申请人:北京天地玛珂电液控制系统有限公司