遥控器故障定位系统和矿用本安型遥控器的制作方法

本发明涉及矿井通信技术领域，尤其涉及一种遥控器故障定位系统和矿用本安型遥控器。

背景技术：

对于目前的液压支架的控制方式，大多是通过液压支架电液控制器采取有线方式对其进行控制，由于线缆长度固定且控制器只能放在固定的某些位置，因此控制距离也是固定的，无法灵活改变控制距离，其控制方式较为单一。此外，由于操作人员操作时距离液压支架系统距离较近，导致井下操作安全性较差。当然，也有少部分使用无线方式进行控制，但通常采用的是如wifi或蓝牙等单一通信方式，其稳定性较差，且无法对操控人员进行实时跟踪；若在操作过程中，无线遥控器出现通讯故障，也无法对其进行及时精准定位等。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种遥控器故障定位系统和矿用本安型遥控器。

本发明的一实施例提供一种遥控器故障定位系统，包括：至少三个矿用本安型遥控器和各自对应的用于控制液压支架的控制器，每一所述矿用本安型遥控器包括至少两种通讯模块且设有预先处于非工作状态的uwb定位标签，每一所述控制器用于连接至对应的设置在预设位置的uwb定位基站；

所述矿用本安型遥控器用于当一种或多种通讯模块出现故障时使对应的所述uwb定位标签开始发送uwb脉冲信号；

每一所述控制器用于通过对应的所述uwb定位基站接收所述uwb脉冲信号以计算自身对应的uwb定位基站到所述uwb定位标签之间的距离，然后通讯模块未故障的其他矿用本安型遥控器所对应的其他控制器还用于将计算得到的所述距离数值发送至通讯模块出现故障的矿用本安型遥控器所对应的控制器；

所述通讯模块出现故障的矿用本安型遥控器所对应的控制器还用于根据从各个所述uwb定位基站到所述uwb定位标签之间的距离数值中选取出与所述uwb定位标签距离最近的三个距离数值计算所述通讯模块出现故障的矿用本安型遥控器的位置信息。

进一步地，在上述的遥控器故障定位系统中，所述矿用本安型遥控器包括与所述uwb定位标签连接的主控模块，所述主控模块通过串口与每一所述通讯模块分别电性连接；

所述主控模块用于在检测到一种或多种通讯模块出现故障时自动触发或根据用户指令触发所述uwb定位标签开始广播所述uwb脉冲信号。

进一步地，在上述的遥控器故障定位系统中，所述至少两种通讯模块包括zigbee模块、lora模块和无线自组网模块，所述主控模块通过周期性接收所述zigbee模块、所述lora模块和所述无线自组网模块各自发送的心跳信号，若预设时间内未接收到所述心跳信号，则判断对应的通讯模块发生故障。

进一步地，在上述的遥控器故障定位系统中，所述通讯模块出现故障的矿用本安型遥控器所对应的控制器用于对自身计算得到的一距离及接收到的由所述其他控制器发送的各个距离进行数值排序，并从排序后的序列中选取出包含所述自身计算得到的距离在内且前后相邻的三个距离基于三点定位算法计算所述通讯模块出现故障的矿用本安型遥控器的位置坐标。

进一步地，在上述的遥控器故障定位系统中，所述矿用本安型遥控器包括电池、电源管理单元和dc-dc转换器，所述电池分别连接所述dc-dc转换器和所述电源管理单元；所述dc-dc转换器分别连接所述主控模块、每一所述通讯模块和所述uwb定位标签以进行供电。

进一步地，在上述的遥控器故障定位系统中，每一所述控制器设有对应的信号转换器，所述信号转换器用于接收来自对应的矿用本安型遥控器通过所述至少两种通讯模块中的一种或两种通讯模块发送的无线通讯信号并进行信号转换后传输至对应的所述控制器。

本发明的另一实施例提供一种矿用本安型遥控器，用于遥控器故障定位系统，所述系统包括至少三个矿用本安型遥控器和各自对应的用于控制液压支架的控制器，每一所述控制器用于连接至对应的设置在预设位置的uwb定位基站，每一所述矿用本安型遥控器包括主控模块、至少两种通讯模块且设有预先处于非工作状态的uwb定位标签，每一所述通讯模块和所述uwb定位标签均与所述主控模块连接；

所述主控模块用于当一种或多种通讯模块出现故障时使对应的所述uwb定位标签开始发送uwb脉冲信号，以使每一所述控制器用于通过对应的所述uwb定位基站接收所述uwb脉冲信号并计算自身对应的uwb定位基站到所述uwb定位标签之间的距离，且通讯模块出现故障的矿用本安型遥控器所对应的控制器根据从各个所述uwb定位基站到所述uwb定位标签之间的距离数值中选取出与所述uwb定位标签距离最近的三个距离数值以用于计算所述通讯模块出现故障的矿用本安型遥控器的位置信息。

进一步地，在上述的矿用本安型遥控器中，所述主控模块通过串口与每一所述通讯模块分别电性连接，所述主控模块用于在检测到一种或多种通讯模块出现故障时自动触发或根据用户指令触发所述uwb定位标签开始广播所述uwb脉冲信号。

进一步地，在上述的矿用本安型遥控器中，所述至少两种通讯模块包括zigbee模块、lora模块和无线自组网模块，所述主控模块通过周期性接收所述zigbee模块、所述lora模块和所述无线自组网模块各自发送的心跳信号，若预设时间内未接收到所述心跳信号，则判断对应的通讯模块发生故障。

进一步地，在上述的矿用本安型遥控器中，还包括：电池、电源管理单元和dc-dc转换器，所述电池分别连接所述dc-dc转换器和所述电源管理单元；所述dc-dc转换器分别连接所述主控模块、每一所述通讯模块和所述uwb定位标签以进行电压匹配供电。

本发明的实施例具有如下优点：

本发明实施例提出一种遥控器故障定位系统，该系统中包括至少三个矿用本安型遥控器和各自对应的控制器，各矿用本安型遥控器均包括至少两种通讯模块，当其中一种出现故障时可以及时切换至其他通讯模块以继续通讯，以保证通讯稳定性；各矿用本安型遥控器还设有uwb定位标签，当矿用本安型遥控器中的一种或多种通讯模块出现故障时会触发发送uwb脉冲信号，使得各控制器能够通过对应的uwb定位基站来接收该uwb脉冲信号以用于对该通讯模块出现故障的矿用本安型遥控器进行及时定位，达到系统可靠性提示；此外，具有精确定位的该系统还能对操作人员进行实时定位以保证人员安全等。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本发明实施例的遥控器故障定位系统的结构示意图；

图2示出了本发明实施例的矿用本安型遥控器的结构示意图；

图3示出了本发明实施例的矿用本安型遥控器的供电模块的结构示意图；

图4示出了本发明实施例的遥控器故障定位的流程示意图。

主要元件符号说明：

1-遥控器故障定位系统；10-矿用本安型遥控器；20-控制器；110-主控模块；120-通讯模块；130-uwb定位标签；140-供电模块；150-按键模块；160-液晶显示模块；141-电池；142-dc-dc转换器；143-电源管理单元。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在模板的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例1

请参照图1和2，本实施例提出一种遥控器故障定位系统1，可应用于矿井内对液压支架的控制场合。通过本实施例的遥控器故障定位系统1中的支持多种通讯模式和ubw定位功能的矿用本安型遥控器10，可大大提高通信可靠性，还可在部分矿用本安型遥控器10出现通讯故障时能够及时对故障遥控器进行定位以提示工作人员注意等，进而提高系统可靠性及安全性等。如图1所示，下面对该遥控器故障定位系统1进行详细说明。

示范性地，该遥控器故障定位系统1包括至少三个矿用本安型遥控器10和各自对应的控制器20，其中，该控制器20用于控制矿井综采工作面的液压支架；而该矿用本安型遥控器10可用于远程控制该液压支架。各控制器20之间可通过总线方式连接，如can总线等。本实施例中，每一矿用本安型遥控器10均包括至少两种通讯模块120且设有一uwb定位标签130，每一uwb标签具有唯一的id。当该矿用本安型遥控器10处于各通讯模块120正常工作状态下，该uwb定位标签130通常处于非工作状态，如休眠状态或关闭状态等。这是由于可移动的矿用本安型遥控器10主要采用电池供电，将其uwb定位标签130预先设为非工作状态可防止遥控器耗电较快，保证该矿用本安型遥控器10的续航能力。

对应地，各控制器20则用于连接至对应的uwb定位基站。其中，这些uwb定位基站可根据实际需求分别安装在相应位置，以保证上述的uwb定位标签130和uwb定位基站能够通过配合实现对带有uwb定位标签130的设备进行实时精准定位。由于uwb定位时采用的是超宽带技术，其不需要使用传统的通信体制中的载波，而是通过发送和接收具有纳秒或纳秒级以下的极窄脉冲来传输数据，达到通信与定位合一。对于复杂且恶劣的矿井环境，具有穿透力强的uwb信号也完全能够适用，因此可以用于提供较高的定位精度。本实施例中，该矿用本安型遥控器10中采用uwb定位技术的定位精度为±5cm。

示范性地，如图2所示，每一矿用本安型遥控器10包括主控模块110，上述的uwb定位标签130和每一通讯模块120均与该主控模块110电性连接。此外，各通讯模块120还将定时向主控模块110发送心跳信号(如每秒一次)，以用于通知主控模块110其工作状态。示范性地，该主控模块110可采用如stm32系列的单片机或arm系列的控制芯片等，并通过uart串口分别与上述的uwb定位标签130和至少两种通讯模块120电性连接。

对于上述的至少两种通讯模块120，示范性地，可包括但不限于包括wifi模块、蓝牙模块、zigbee模块、lora模块和无线自组网(wavemesh)等中的三种或三种以上模块。如图2所示，优选地，选用zigbee模块、lora模块和wavemesh模块这三种通讯模块120，其中，zigbee模块、lora模块和wavemesh模块均能够与控制器20通过串口进行双向通信。对于选用的这三种通讯模块120，由于各自处于不同的通讯频段，完全可以避免同频干扰的问题。

对于上述的至少两种通讯模块120，该矿用本安型遥控器10可以采用其中的一种通讯模块120进行单模式通讯，也可以采用任意两种或三种的组合进行多模式通讯。例如，当检测到当前采用的通讯模块120的信号强度较弱(如低于预设信号强度阈值)时，将自动及时地切换至其他的通讯模块120以保证通信；又或者，将切换为采用模式组合进行多模式通信方式，从而提高当前通信的稳定性，进而提高系统的抗干扰能力等。此外，各矿用本安型遥控器10之间可以通过该单模式通讯或多模式通讯方式进行无线自组网等。

每一个控制器20均设有信号转换器，该信号转换器能够用于接收来自对应的矿用本安型遥控器10通过上述至少两种通讯模块120中的一种或两种通讯模块120发送的无线通讯信号，并将其进行信号转换后传输至控制器20中。例如，采用485信号转换器等，当信号转换器接收到无线信号后将该信号解析成485信号传给控制器20，于是该控制器20根据解析出来的控制命令进而控制液压支架执行相应动作。

此外，如图3所示，每一矿用本安型遥控器10均包括供电模块140，该供电模块140主要包括电池141、dc-dc转换器142和电源管理单元143。示范性地，如图3所示，该电池141分别连接该dc-dc转换器142和电源管理单元143，该电源管理单元143主要用于监测该电池141的电量状态；该dc-dc转换器142则分别连接主控模块110、每一通讯模块120和uwb定位标签130等各自的电源输入端以用于为这些器件供电。

在一种实施例中，例如，该电池141可采用符合矿用标准的锰酸锂聚合物锂电池141；该电源管理单元143主要包括型号为bq240xx的充电及电源管理芯片；该dc-dc转换器142可采用ti公司的型号为tps6208xx的开关电源，其输出的额定电压为3.3v，额定电流为1.2a，用于为后端模块供电。此外，对于该开关电源的静态电流，在轻载的情况下只有30ma的损耗，且该开关电源的开关频率可达到2mhz，能够降压后端所需电感和电容的大小，这有利于由主控模块110及其他模块等构成的后端电路的本安设计。

进一步地，如图2所示，每一矿用本安型遥控器10还包括按键模块150，示范性地，该按键模块150主要包括多路复选器、多个按键和按键指示灯等，其中，多路复选器连接各按键，可用于切换按键的不同功能等。优选地，该按键选用矩阵按键，当然还可以采用多个独立按键等，具体可根据实际需求来选取。

进一步可选地，每一矿用本安型遥控器10还包括液晶显示模块160，该液晶显示模块160可用于显示相应的控制命令、液压支架的当前状态及当前所在位置信息等。

本实施例的遥控器故障定位系统1可以用于对各矿用本安型遥控器10进行精确定位，尤其是其中的矿用本安型遥控器10发生通讯故障时，从而能够及时发现故障所在以避免引起其他事故等。可以理解，对遥控器进行定位的同时，也是对相应操作人员的精确定位，能够获得该操作人员的精确行动轨迹。

以一实际矿井环境为例，设有三个矿用本安型遥控器10和对应的三个控制器20，每一控制器20对应连接有设置在矿井内预设位置的uwb定位基站，下面对该遥控器故障定位系统1如何故障定位进行说明。

对于各矿用本安型遥控器10，由其主控模块110通过周期性接收多个通讯模块120各自发送的心跳信号，若预设时间内该主控模块110未接收到对应的心跳信号，则判断对应的通讯模块120发生故障(即处于非正常工作状态)。

例如，如图4所示，当一矿用本安型遥控器a检测到其多个通讯模式中存在一种或多种出现了通讯故障时，则将自动触发对应的uwb定位标签开始发送uwb脉冲信号以用于定位。或者，当出现上述通讯故障时，也可以通过液晶显示模块提示操作人员进行手动开启该uwb定位功能，使得该uwb定位标签开始发送一uwb脉冲信号。

于是，发生通讯故障的该矿用本安型遥控器a所对应的控制器a以及其他的控制器(b和c)均通过各自连接的uwb定位基站来接收该uwb脉冲信号。而对于未发生通讯故障的其他矿用本安型遥控器所对应的其他控制器(b和c)在接收到该uwb脉冲信号后，将计算由发送uwb脉冲信号的该uwb定位标签到自身对应的uwb定位基站之间的相对距离，然后将该相对距离发送到通讯模块出现故障的矿用本安型遥控器a所对应的控制器a，进而该控制器a根据各个uwb定位基站到上述uwb定位标签之间的距离基于三点定位算法计算通讯模块出现故障的矿用本安型遥控器a的位置信息。可以理解，由于该系统中包括三个uwb定位基站，若存在三个以上，则可从所有的uwb定位基站到该uwb定位标签之间的距离中选取出距离该uwb定位标签距离最近的三个距离数值来对该矿用本安型遥控器a进行定位。

本实施例提出的遥控器故障定位系统通过为各矿用本安型遥控器设有至少两种通讯模块，当其中一种出现故障时可以及时切换至其他通讯模块以继续通讯，以保证通讯稳定性；而对于一些环境更为恶劣的情况下，也可以通过两种以上的通讯模块进行多模式通信以可以弥补单一通信模块的不足，保证系统具有较强的可靠性和鲁棒性；同时，各矿用本安型遥控器还设有uwb定位标签，可用于对遥控器本身或操作人员进行精确定位，尤其是当出现通讯故障时能够利用该uwb定位技术对其进行及时定位，达到安全性及可靠性提示等。

实施例2

请参照图2至图3，本实施例提出一种矿用本安型遥控器10，该矿用本安型遥控器10与上述实施例1的遥控器故障定位系统1中的矿用本安型遥控器10具有相同的结构。示范性地，该遥控器故障定位系统1包括至少三个该矿用本安型遥控器10和各自对应的用于控制液压支架的控制器20，每一控制器20用于连接至对应的设置在预设位置的uwb定位基站。

示范性地，每一矿用本安型遥控器10均包括主控模块110、至少两种通讯模块120且设有预先处于非工作状态的uwb定位标签130，每一通讯模块120和uwb定位标签130均与该主控模块110连接，如图2所示。

其中，该主控模块110用于当一种或多种通讯模块120出现故障时使对应的uwb定位标签130开始发送uwb脉冲信号，以使每一控制器20用于通过对应的uwb定位基站接收所述uwb脉冲信号以用于计算自身对应的uwb定位基站到所述uwb定位标签130之间的距离，进而使该通讯模块120出现故障的矿用本安型遥控器10所对应的控制器20用于从各个uwb定位基站到发送所述uwb脉冲信号的该uwb定位标签130之间的距离选取出与所述uwb定位标签130距离最近的三个距离来计算出该通讯模块120出现故障的矿用本安型遥控器10的位置信息。

在一种实施例中，该主控模块110通过串口与每一通讯模块120电性连接。并且各通讯模块120将定时向主控模块110发送心跳信号(如每秒一次)，以用于通知主控模块110其工作状态。优选地，该至少两种通讯模块120包括zigbee模块、lora模块和无线自组网模块。相应地，该主控模块110通过接收各通讯模块120定时发送的心跳信号，若预设时间内未接收到所述心跳信号，则判断对应的通讯模块120发生故障。于是，主控模块110还用于在检测到一种或多种通讯模块120出现故障时自动触发或根据用户指令触发该uwb定位标签130开始广播uwb脉冲信号。

进一步地，如图3所示，每一矿用本安型遥控器10均包括供电模块140，该供电模块140主要包括电池141、dc-dc转换器142和电源管理单元143等。示范性地，如图3所示，该电池141分别连接该dc-dc转换器142和电源管理单元143，该dc-dc转换器142则分别连接至主控模块110、每一通讯模块120和uwb定位标签130等以用于为这些器件供电；该电源管理单元143则用于监测电池141电量，还可用于对各被供电模块140进行电压监测等。

可以理解，本实施例的矿用本安型遥控器10与上述实施例1的遥控器故障定位系统1中的矿用本安型遥控器10具有相同的结构，上述实施例1中的关于矿用本安型遥控器10的可选项，同样适用于本实施例，故在此不再重复描述。

在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。