CN103604482A - 一种矿用本安型无线超声波堆煤传感器系统 - Google Patents

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张战永
王帅
朱继斌
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Abstract

本发明涉及一种矿用本安型无线超声波堆煤传感器系统，其技术特点是：包括无线超声波堆煤传感器、接收基站和主控设备，无线超声波堆煤传感器通过2.4G无线频率与接收基站进行通信实现传感器数据的上传功能，所述的接收基站通过以太网与主控设备相连接，主控设备对传感器数据进行处理并将处理结果进行显示。本发明利用超声波测距和无线通信技术实现无接触传感检测技术，大大提高了井下监控的实时性，提前进行预警，并最大程度上减少皮带机头的堆煤风险，提高井下突发状况调度应急处理速度，并且提高危险状况预判断时间。

Description

一种矿用本安型无线超声波堆煤传感器系统
技术领域
本发明属于传感器技术领域，尤其是一种矿用本安型无线超声波堆煤传感器系统。
背景技术
在煤矿井运煤过程中，经常需要将煤堆传感器安装在带式运输机上进行煤位高低的检测。现有的堆煤传感器通常采用接触式堆煤传感器，其存在的问题是检测速度慢、精度低且容易损坏，难以满足产煤机械化程度高、单位时间内产煤量大的场合，尤其是当皮带机头一旦堆煤，其处理困难，以致影响正常的生产。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种检测速度快、精度高且不易损坏的矿用本安型无线超声波堆煤传感器系统，解决了接触式传感技术由于煤矿粉尘环境失效或误动作问题。
本发明解决现有的技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种矿用本安型无线超声波堆煤传感器系统，包括无线超声波堆煤传感器、接收基站和主控设备，无线超声波堆煤传感器通过2.4G无线频率与接收基站进行通信实现传感器数据的上传功能，所述的接收基站通过以太网与主控设备相连接，主控设备对传感器数据进行处理并将处理结果进行显示。
而且，所述的无线超声波堆煤传感器包括超声波谐振频率调理电路、超声波回波接收处理电路、单片机处理电路、电池及无线发射装置，电池与各个模块相连接提供工作电源，单片机处理电路与超声波谐振频率调理电路、超声波回波接收处理电路相连接实现超声测距功能，所述单片机处理电路与无线发射装置相连接实现向接收基站上传传感器数据的功能。
而且，所述的单片机处理电路由单片机及其外围电路连接构成，该外围电路包括晶振输入模块、锁相环外围电路、复位电路、显示及放音电路、电源转换电路。
而且，所述的超声波谐振频率调理电路由CD4059芯片及其外围电路连接构成，该电路对单片机产生的40Hz的方波信号进行调理并产生波信号。
而且，所述的超声波回波接收处理电路由前级NE5532放大器电路和后级LM311比较器电路连接构成。
而且，所述无线发射装置由驱动芯片和天线部分组成，其采用Wifi或蓝牙模式与接收基站进行通信。
而且，所述的接收基站由天线、接收芯片和以太网模块连接构成，接收基站采用2.4G无线频率与无线超声波堆煤传感器进行通信，其通信模式为Wifi或蓝牙模式。
而且，所述的主控设备由安装有监控软件的计算机及显示设备构成，在计算机内安装有以太网卡。
本发明的优点和积极效果是：
1、本发明利用超声波测距和无线通信技术实现无接触传感检测技术，大大提高了井下监控的实时性，提前进行预警，并最大程度上减少皮带机头的堆煤风险，提高井下突发状况调度应急处理速度，并且提高危险状况预判断时间。
2、本发明通过通过语音及显示方式提示煤矿井下皮带机头或转载机头小于1.5m范围内煤炭。
3、本发明使用通过无线方式接入接收基站的交换处，能够自动识别，实时无缝切换传输。
4、本发明设计合理，将其应用于煤矿井下皮带搭接或转载机头设备上，解决了接触式传感技术由于煤矿粉尘环境失效或误动作问题,当皮带机头或机尾足够数量的接收基站时,可以实现全矿井监控功能，满足了煤矿井运煤的自动监控的需要。
附图说明
图1是本发明的系统连接示意图；
图2是本发明的无线超声波堆煤传感器的电路方框图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例做进一步详述。
一种矿用本安型无线超声波堆煤传感器系统，如图1及图2所示，包括无线超声波堆煤传感器、接收基站和主控设备，无线超声波堆煤传感器通过Wifi无线方式与接收基站进行通信，所述的接收基站与主控设备通过监控网络与主控设备相连接，该监控网络采用以太网。所述的无线超声波堆煤传感器包括超声波谐振频率调理电路、超声波回波接收处理电路、单片机处理电路、电池及无线发射装置，电池与各个模块相连接提供工作电源，单片机处理电路与超声波谐振频率调理电路、超声波回波接收处理电路相连接实现超声测距功能，该单片机处理电路输出的超声波频率为40Hz。所述单片机处理电路与无线发射装置相连接并与接收基站实现无线通信功能，该无线发射装置与接收基站之间采用2.4GHz的通信频率进行通信，接收基站安装在矿井下的不同位置用于接收各个无线超声波堆煤传感器数据并通过监控网络传送到主控设备，主控设备对传感器数据进行处理并将处理结果显示出来。下面对系统中的各个部分分别进行说明：
超声波谐振频率调理电路由CD4059芯片及其外围电路构成，该电路能够对单片机产生的40Hz的方波信号进行调理，从而产生谐振并发射产生波信号。
超声波回波接收处理电路包括前级NE5532放大器电路和后级LM311比较器电路。前级电路采用NE5532构成10000倍放大器，对接收信号进行放大；后级采用LM311比较器对接收信号进行调整，比较电压为LM311的管脚处，可由跳线选择不同的比较电压以选择不同的测距模式。本系统可以采用多种测距模式，通过测距模式跳线可以选择短距测量模式、中距测量模式或距离可调模式。而针对前两种测量模式，提供了不同参数的范例程序，跳线选择不同的模式时，要选用相对应的程序进行测量.
无线发射装置由驱动芯片和天线部分组成，其无线通信频率为2.4GHz，采用Wifi节点模式进行通信，同时带有蓝牙接口可以选用。
单片机处理电路包括单片机及其外围电路，该外围电路包括晶振输入模块（OSC）、锁相环外围电路（PLL）、复位电路（RESET）、显示及放音电路（DAC）、电源转换电路（DC/DC）。单片机处理电路与超声波谐振频率调理电路、超声波回波接收处理电路及无线发射装置相连接实现相应的控制功能。
接收基站由天线、接收芯片和以太网模块组成，监控设备由PC主机及显示部分组成，接收基站采用2.4G频段，Wifi热点模式，并带有蓝牙接口选用，同时加入光纤接口和以太网接口可以采用多种接口模式连接到监控网络中。接收基站安装在矿井下的不同位置，用于采集无线超声波堆煤传感器的数据。
主控设备由安装有监控软件的计算机及显示设备构成，在计算机内安装有以太网卡并连接到监控网络中，通过接收无线超声波堆煤传感器的数据并通过监控软件进行处理并通过显示设备显示监测结果。
本系统应用于煤矿井下皮带搭接或转载机头设备，堆煤传感器利用超声波信号来检测皮带搭接或转载机头的煤位高低，并进行数据显示，提前预警或停车的方式，以防止皮带机头堆煤，此装置通过电池供电。另外，预警或停车的方式处理，通过堆煤传感器中的无线发射装置发射到基站，使用接收基站的传输网络上传至主控设备内，主控设备通过接收无线信号，下发指令给皮带机等是否停机或预警。
本发明将无线通信和超声波测距结合在一起，并应用于井下六大保护系统中。其采用稳定可靠的超声波和单片机处理技术并经过无线传输，通过无线基站接收传达给主控设备，主控设备接收信号后，来下达给主控设备预警及停车指令，并适时的显示。
需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (8)

1.一种矿用本安型无线超声波堆煤传感器系统，其特征在于：包括无线超声波堆煤传感器、接收基站和主控设备，无线超声波堆煤传感器通过2.4G无线频率与接收基站进行通信实现传感器数据的上传功能，所述的接收基站通过以太网与主控设备相连接，主控设备对传感器数据进行处理并将处理结果进行显示。
2.根据权利要求1所述的一种矿用本安型无线超声波堆煤传感器系统，其特征在于：所述的无线超声波堆煤传感器包括超声波谐振频率调理电路、超声波回波接收处理电路、单片机处理电路、电池及无线发射装置，电池与各个模块相连接提供工作电源，单片机处理电路与超声波谐振频率调理电路、超声波回波接收处理电路相连接实现超声测距功能，所述单片机处理电路与无线发射装置相连接实现向接收基站上传传感器数据的功能。
3.根据权利要求2所述的一种矿用本安型无线超声波堆煤传感器系统，其特征在于：所述的单片机处理电路由单片机及其外围电路连接构成，该外围电路包括晶振输入模块、锁相环外围电路、复位电路、显示及放音电路、电源转换电路。
4.根据权利要求2所述的一种矿用本安型无线超声波堆煤传感器系统，其特征在于：所述的超声波谐振频率调理电路由CD4059芯片及其外围电路连接构成，该电路对单片机产生的40Hz的方波信号进行调理并产生波信号。
5.根据权利要求2所述的一种矿用本安型无线超声波堆煤传感器系统，其特征在于：所述的超声波回波接收处理电路由前级NE5532放大器电路和后级LM311比较器电路连接构成。
6.根据权利要求2所述的一种矿用本安型无线超声波堆煤传感器系统，其特征在于：所述无线发射装置由驱动芯片和天线部分组成，其采用Wifi或蓝牙模式与接收基站进行通信。
7.根据权利要求1所述的一种矿用本安型无线超声波堆煤传感器系统，其特征在于：所述的接收基站由天线、接收芯片和以太网模块连接构成，接收基站采用2.4G无线频率与无线超声波堆煤传感器进行通信，其通信模式为Wifi或蓝牙模式。
8.根据权利要求2所述的一种矿用本安型无线超声波堆煤传感器系统，其特征在于：所述的主控设备由安装有监控软件的计算机及显示设备构成，在计算机内安装有以太网卡。
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