专利名称：摩擦提升机滑动无线监测系统及方法
技术领域：
本发明涉及一种无线监测系统及方法，具体地说，是涉及一种摩擦提升机 滑动无线监测系统及方法。
背景技术：
摩擦提升机已被广泛地应用于矿井提升系统，我国《煤矿安全规程》第433
条规定在各种载荷及提升状态下，保险闸发生作用时，钢丝绳都不出现滑动。
但摩擦提升机在上述状态下存在着提升钢丝绳与摩擦轮滑动的危险，这关系到 矿井工作人员的安全，因此，防止提升钢丝绳与摩擦轮滑动是摩擦提升中必须 解决的问题。由于钢丝绳与导向轮之间无相对滑动，因此，可将导向轮的线速 度认同为钢丝绳的提升速度。现有的技术方案是通过采用霍尔传感器测量提升 机摩擦轮和导向轮的转速，然后利用有线电缆将转速信号输入到可编程控制器 或者单片机等控制装置中，通过计算得到提升速度。采用上述技术方案主要存
在以下几点不足
① 霍尔传感器易受干扰，采集数据精度不高；
② 测量系统安装困难，而且采用有线传输，难以适应煤矿恶劣环境；
③ 系统的兼容性差，扩展不方便。
发明内容
本发明的目的是针对已有技术中存在的问题，提供一种测量准确度高，安 装容易，操作简单的摩擦提升机滑动无线监测系统及方法。
本发明的摩擦提升机滑动无线监测系统，由无线子节点和无线主节点组 成，无线子节点由光电编码器、D触发器、单片机、无线传输模块、LED指示 灯组成，其中光电编码器的输出分两路， 一路直接进入单片机输入，另一路通 过D触发器接到单片机的输入口 ，该单片机的输出口接无线传输模块和LED指 示灯；无线主节点由无线传输模块、485接口、电平转换模块、时钟模块、单 片机、Flash存储器、液晶显示器、多功能按键、声音驱动模块、光电隔离模 块、蜂鸣器、继电器组成，其中的单片机采用双串口芯片，第l个串口与无线 传输模块相连，第2个串口通过电平转换模块与485接口相连，该单片机连接 有时钟模块、Flash存储器和液晶显示器，单片机的输出通过光电隔离模块与 继电器输出模块相连，多功能按键与单片机连接，单片机、声音驱动模块、蜂 鸣器顺序串接，实现滑动报警。
本发明的摩擦提升机滑动无线监测方法在摩擦提升机摩擦轮和导向轮上
各自安装一个无线子节点，在提升机操作室内安装一个无线主节点，然后由无 线主节点分别向两个无线子节点同时发送数据采集准备信号，通过安装在摩擦 轮和导向轮上的无线子节点中的光电编码器采集摩擦轮和导向轮的转向和转
速信号，经D触发器输入给单片机，由单片机计算出摩擦轮和导向轮的转向和 转速数据；该数据通过无线传输模块发送给无线主节点，由无线主节点的单片 机对其进行相对滑动速度计算，然后通过液晶显示器显示相对滑动速度的值， 并与设定的上下限值进行比较，若超出预设定值时，则通过蜂鸣器发出信号实 现报警，从而通过继电器输出模块给出控制信号实现提升机制动。
本发明的有益效果采用无线主节点控制数据采样频率，通过无线子节点 测量摩擦轮和导向轮的速度；采用抗干扰能力强的高分辨率光电编码器，能够 实时准确地测量提升方向、摩擦轮与导向轮之间的相对滑动速度等参数，并能 显示、记录滑动产生的特征参数，包括滑动过程中的相对滑动速度的变化曲线， 滑动的开始时间、结束时间等，为预防摩擦提升机滑动事故提供安全保障。数
据存储采用Flash存储器，能在掉电情况下，实现数据的存储功能；数据传输 采用无线方式，组网容易，造价低；采用485串口通信，系统的兼容性强，扩
展方便。利用无线传输模块将其速度值发送给无线主节点；由无线主节点发送
指令控制无线子节点的信号采样频率，通过单片机计算出两者之间的速度差， 一旦检测出摩擦轮与导向轮之间速度差超过一定的值，无线主节点发出报警并 通过继电器控制提升机主轴电动机停车，实现及时停车，避免滑动事故的发生， 其测量准确度高，安装容易，操作简单，具有广泛的实用性。
图1为本发明的监测系统电路原理框图。
图2为本发明的无线子节点电路原理图。
图3为本发明的无线主节点电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图中的实施例对本发明作进一步描述
图1所示，无线子节点由光电编码器l、 D触发器2、单片机3、无线传输
模块4、 LED指示灯5组成，其中光电编码器1的输出分两路， 一路直接进入 单片机输入，另一路通过D触发器2接到单片机3的输入口 ，单片机的输出口 接无线传输模块4和LED指示灯5;无线主节点由无线传输模块6、 485接口 7、 电平转换模块8、时钟模块9、单片机IO、 Flash存储器11、液晶显示器12、 多功能按键13、声音驱动模块14、光电隔离模块15、蜂鸣器16、继电器17 组成，其中，单片机采用双串口芯片，第1个串口与无线传输模块6相连，第 2个串口通过电平转换模块8与485接口相连，单片机10连接有时钟模块9、 Flash存储器11和液晶显示器12，单片机10的输出通过光电隔离模块15与 继电器输出模块17相连，多功能按键13与单片机10连接，单片机IO、声音 驱动模块14、蜂鸣器16顺序串接，实现滑动报警。
图2所示，无线子节点电路主要由电阻R2、 R3、 R4 、 R5组成的电压衰 减器、D触发器CD4()13、单片机89C2051、无线传输模块接口 Jl、光电编码器 接口J2、电源接口J3、指示灯LED1、 LED2组成。光电编码器安装在摩擦轮和 导向轮主轴上，通过光电编码器接口 J2与D触发器CD4013相连。光电编码器 输出的A、B相脉冲首先通过电压衰减器变成D触发器CD4013和单片机89C2051 所需的5V电压，然后将A相脉冲输入到D触发器CD4013的第3胆卩，B相脉冲 输入CD4013的第5脚，在A相脉冲的上升沿，D触发器CD4013检测B相脉冲 的电平，当B相脉冲的电平为高时，输出管脚l为高电平，三极管Q2导通， 通过电源接口 J3使LED1亮，表示提升机反转。A相脉冲同时输入到CD4013 的9展卩，B相脉冲同时输入D触发器CD4013的11脚，在B相脉冲的上升沿，D 触发器CD4013检测A相的电平，当A相脉冲的电平为高时，输出管脚13为高 电平，三极管Q1导通，通过电源接口 J3使LED2亮，表示提升机正转。
D触发器CD4013的输出管脚Ql输出到单片机89C2051的中断口工NTO，当 Ql发生上升沿跳变时，表示提升机转向从正转变成反转，此时触发单片机 89C2051中断，控制其内部计算器的计数方向，使其变成加计数；D触发器 CD4013的管脚Q2输出到单片机89C2051的中断口 INT1，当Q2发生上升沿跳 变时，表示提升机转向从反转变成正转，此时触发单片机89C2051中断，控制 其内部计算器计数方向，使其变成减计数。光电编码器的A、 B脉冲信号经过
电压衰减器后同时也输入到单片机89C2051的外部时钟计数管脚T1、 TO，通过 计算单位时间内的脉冲数就能方便的计算出摩擦轮与导向轮的转速。计算出来
的转速通过无线传输模块接口 Jl传输到无线传输模块SRWF-501，再通过天线 发射到到无线主节点进行分析处理。
图3所示，无线主节点电路由无线传输模块SRWF-501、单片机W77E58、 电平转换模块MAX485、 NAND FLASH芯片K9F5608U、声音驱动模块三极管Q1、 蜂鸣器LS1、光电隔离驱动芯片TLP521、继电器朋53P、反相器7414、通信显 示模块U1、多功能按键模块U2 、单片机W77E58晶振电路U3、电源转换模块 U4、时钟模块U5、无线传输模块接口 Jl、液晶显示接口 J2、电源接口 J3、 485 接口 J4、继电器接口 J5组成。无线传输模块SRWF-501通过无线传输模块接口 J1与单片机W77E58的串行通信管脚10、 ll脚相连，单片机W77E58与电平转 换模块MAX485、 485接口 J4串接，电平转换模块MAX485负责将单片机W77E58 的TTL电平与485接口 J4的485通信电平进行相互转换，实现与煤矿其他系 统的串行通信。NAND FLASH芯片K9F5608U的第100-107管脚是数据输入\输出 接口，分别与单片机W77E58的P00-P07的8个管脚相连，进行数据的传输。 通信显示模块U1的管脚TXT1、 TXT2、 BJ与单片机W77E58的第1、 2、 5管肚卩 相连，通过3个发光二极管D1、 D2、 D3进行通信状态的显示。多功能按键模 块U2的menu、 up、 down管脚与单片机W77E58的第12、 15、 14管脚相连，可 以进行有关提升参数的输入。U3为单片机W77E58的晶振电路，为单片机提供 外部时钟。电源转换模块U4将外部+5V电压转换为NAND FLASH芯片K9F5608U 所需的+3. 3V电压。电源接口 J3负责输入+5V电压给降压芯片LM1117S进行降 压。时间模块U5主要采用D1302芯片，该芯片内部具有充电泵电路，当外部 电源中断时仍能提供工作电源，其内部寄存器记录当前的时、分、秒信息，输 出给单片机W77E58进行时间信息的显示。液晶显示接口 J2的5、 6、 7、 8、 10、 11、 12、 13、 14、 15、 16、 17管脚分别与单片机W77E58的16、 17、 28、 25、 39、 38、 37、 36、 35、 34、 33、 32相连，实现有关提升参数的显示。单片机 W77E58的第13脚与声音驱动模块三极管Ql相连，驱动蜂鸣器LSI工作，当单 片机W77E58的第13脚的电平为低时，蜂鸣器LSI发出声音报警。单片机 W77E58、光电隔离驱动芯片TLP521、继电器HH53P顺序串联，单片机W77E58 的第21脚与光电隔离驱动芯片TLP521的第2脚相连，光电隔离驱动芯片 TLP521的第1脚与+24V电源相连，光电隔离驱动芯片TLP521的第3脚与电源
相连，第4脚与继电器HH53P的10脚相连，驱动继电器HH53P工作，继电器 HH53P通过继电器接口 J5与摩擦提升机的电动机的控制回路相连，实现对提升 机的电动机的控制。
本发明的无线监测方法在摩擦提升机摩擦轮和导向轮上各自安装一1 个无线子节点，在提升机操作室安装一个无线主节点。监测系统启动后，首先 由无线主节点通过无线传输模块4向两个无线子节点同时发送数据采集准备信 号，两个无线子节点在接收到来自无线主节点的数据采集准备信号后，由安装 在摩擦轮和导向轮主轴上的光电编码器l分别采集摩擦轮和导向轮转向和转速 信号，并将该数据输出信号传给D触发器2和单片机3，由单片机3计算出摩 擦轮和导向轮的转向和转速数据；计算出来的数据通过无线传输模块4发送给 无线主节点，由无线主节点的单片机10对来自摩擦轮无线子节点的转速数据 和来自导向轮无线子节点转速数据进行相对滑动速度的计算，并通过液晶显示 器12显示相对滑动速度的值，同时并与设定的上下限值进行比较， 一旦检测 出摩擦轮与导向轮之间速度差超过规定的值时，则无线主节点通过蜂鸣器16 发出信号实现报警，从而通过继电器输出模块17给出控制信号实现提升机制 动，实现及时停车，避免滑动事故的发生a
权利要求
1.一种摩擦提升机滑动无线监测系统，其特征在于它由分别设在摩擦提升机摩擦轮和导向轮上的两个无线子节点和设在提升机操作室内的无线主节点两部份组成，无线子节点由光电编码器(1)、D触发器(2)、单片机(3)、无线传输模块(4)、LED指示灯(5)组成，其中光电编码器(1)的输出分两路，一路直接与单片机(3)的输入口相连，另一路通过D触发器(2)与单片机(3)的输入口相连，单片机(3)的输出口接与无线传输模块(4)和LED指示灯(5)相连；无线主节点由无线传输模块(6)、485接口(7)、电平转换模块(8)、时钟模块(9)、单片机(10)、Flash存储器(11)、液晶显示器(12)、多功能按键(13)、声音驱动模块(14)、光电隔离模块(15)、蜂鸣器(16)、继电器(17)组成，其中单片机(10)为双串口芯片，第1个串口与无线传输模块(6)相连，第2个串口通过电平转换模块(8)与485接口相连，时钟模块(9)与单片机(10)的输入口相连接，单片机(10)的输出口分别连接Flash存储器(11)、液晶显示器(12)和多功能按键(13)，并通过光电隔离模块(15)连接继电器输出模块(17)，单片机(10)的输出口顺序串接驱动模块(14)和蜂鸣器(16)，以实现滑动报警。
2. —种摩擦提升机滑动无线监测方法，其特征在于在摩擦提升机摩擦 轮和导向轮上各自安装一个无线子节点，在提升机操作室内安装一个无线主节 点，然后由无线主节点分别向两个无线子节点同时发送数据采集准备信号，通 过安装在摩擦轮和导向轮上的无线子节点中的光电编码器(1)采集摩擦轮和 导向轮的转向和转速信号，经D触发器输入给单片机(3)，由单片机(3)计 算出摩擦轮和导向轮的转向和转速数据；该数据通过无线传输模块(4)发送 给无线主节点，由无线主节点的单片机(10)对其进行相对滑动速度计算，然 后通过液晶显示器(12)显示相对滑动速度的值，并与设定的上下限值进行比 较，若超出预设定值时，则通过蜂鸣器(16)发出信号实现报警，从而通过继 电器输出模块(17)给出控制信号实现提升机制动。
全文摘要
一种摩擦提升机滑动的无线检测系统及方法，该系统由无线子节点无线主节点组成，在提升机的摩擦轮和导向轮上各自安装一个无线子节点，在提升机操作室内安装一个无线主节点，通过检测摩擦轮和导向轮的转动速度，利用无线传输模块将其速度值发送给无线主节点；由无线主节点发送指令控制无线子节点的信号采样频率，通过单片机计算出两者之间的速度差，一旦检测出摩擦轮与导向轮之间速度差超过一定的值，无线主节点发出报警并通过继电器控制提升机主轴电动机停车，实现及时停车，避免滑动事故的发生，其测量准确度高，安装容易，操作简单，具有广泛的实用性。
文档编号B66B19/00GK101343009SQ20081002186
公开日2009年1月14日 申请日期2008年8月18日 优先权日2008年8月18日
发明者倩 卢, 红 文, 朱真才, 沈春丰, 王子毅, 陈光柱 申请人:中国矿业大学