CN104963726A

CN104963726A - 矿用无线接近感应开关

Info

Publication number: CN104963726A
Application number: CN201510401517.6A
Authority: CN
Inventors: 包建军; 霍振龙; 谭达克; 徐辉霞
Original assignee: Tiandi Changzhou Automation Co Ltd; Changzhou Research Institute of China Coal Technology and Engineering Group Corp
Current assignee: Tiandi Changzhou Automation Co Ltd; Changzhou Research Institute of China Coal Technology and Engineering Group Corp
Priority date: 2015-07-09
Filing date: 2015-07-09
Publication date: 2015-10-07
Anticipated expiration: 2035-07-09
Also published as: CN104963726B

Abstract

本发明提供一种矿用无线接近感应开关，包括电源转换模块、无线通信模块、主控模块、执行模块、设置模块和指示灯模块；电压转换模块将交流电转换成直流工作电源；无线通信模块使用时接收矿井工作人员随身携带的人员定位标识卡信息并实时传输给主控模块；主控模块处理接收的信息并相应通过执行模块对受控的电器负载的电源进行通断控制。本发明能有效适用于煤矿井下恶劣工况，使用方便，安全可靠，能自动精确判断携带人员定位标识卡的矿井工作人员与开关间的距离，并据此控制受控电器负载的电源通断。

Description

矿用无线接近感应开关

技术领域

本发明涉及电气控制开关技术领域，具体涉及一种适用于煤矿井下等恶劣工况的用于控制负载电源的矿用无线接近感应开关。

背景技术

煤矿井中不能缺乏照明。然而，传统的煤矿井下照明通常是不管有人无人均24小时实施不间断照明，其用电量巨大，浪费电能的同时还增加煤矿企业的成本负担。针对这一问题，目前不少煤矿企业对煤矿井下的照明进行了节能改造，一般是通过加装红外感应开关用于控制照明灯的点亮和熄灭，其工作原理是当有矿井下工作人员接近时红外感应开关检测到人体所发的红外线控制照明灯点亮，矿井下工作人员离开红外感应开关所能检测的距离范围时控制照明灯熄灭。该种红外感应开关虽然具有一定的节能效果，但在使用过程中也具有明显的不足：在煤矿井下的恶劣工况使用环境下，由于红外感应开关容易受各种热源、光源、射频辐射、热气流等的干扰，尤其在煤矿井下环境温度接近人体体温时，红外感应开关的工作灵敏度明显下降，工作可靠性大为降低甚至经常出现受干扰误动关闭照明，给生产带来损失并造成安全隐患；而且其通常只能检测到运动物体，在人体运动幅度不大的情况下无法检测到。

当前，为了生产安全煤矿通常都已安装了人员定位系统，煤矿人员定位系统中一个重要的装置是由每位矿井工作人员随身携带的人员定位标识卡（RFID卡），如果利用矿井工作人员人人随身携带的人员定位标识卡开发出一种适用于煤矿井下应用环境的可靠的控制负载（包括照明）的开关，对煤矿企业节能和安全生产具有重要意义。

发明内容

本发明的目的：针对现有技术中存在的缺陷，提供一种结构简单、成本不高、使用方便、采用模块化设计并适合煤矿井下易燃易爆使用环境的矿用无线接近感应开关，其在使用时与矿井工作人员随身携带的人员定位标识卡相配合，通过准确识别人员与开关间的距离，相应自动控制与其连接的矿井下电器负载（如照明灯、报警器等）的电源通断，可实现节电、自动报警等功能。

本发明的技术方案：本发明的矿用无线接近感应开关，其结构特点是：包括防爆壳体和浇封设置在防爆壳体内的电路装置；上述的电路装置包括电源转换模块、无线通信模块、主控模块、执行模块、设置模块和指示灯模块；

电源转换模块设有电源输入端、第一电源输出端和第二电源输出端；无线通信模块设有无线通信端和对内通信端；主控模块设有第一信号输入端、设置信号输入端、控制信号输出端和状态指示信号输出端；执行模块设有控制信号输入端、交流电源输入端和交流电源输出端；设置模块设有参数信号输出端；指示灯模块设有信号输入端；

主控模块的第一信号输入端与无线通信模块的对内通信端信号电连接；主控模块的设置信号输入端与设置模块的参数信号输出端信号电连接；执行模块的控制信号输入端与主控模块的控制信号输出端信号电连接；指示灯模块的信号输入端与主控模块的状态指示信号输出端信号电连接；

使用时，无线通信模块的无线通信端与矿井工作人员随身携带的人员定位标识卡射频无线通信；转换模块的电源输入端以及执行模块的交流电源输入端与煤矿井下AC 127V交流电源的火线电连接；执行模块的交流电源输出端与受控的电器负载的火线电连接；电源转换模块的第一电源输出端为执行模块提供工作电源；电源转换模块的第二电源输出端为无线通信模块、主控模块、设置模块和指示灯模块提供工作电源。

进一步的方案是：上述的电源转换模块包括热敏电阻R1、压敏电阻R2、AC/DC模块、瞬变电压抑制二极管V1、二极管D1以及DC/DC转换芯片U1；AC/DC模块设有第一交流电源端、第二交流电源端和直流电源输出端；DC/DC转换芯片U1具有电源输入端电源输出端和接地端；

热敏电阻R1的一端、压敏电阻R2的一端以及AC/DC模块的第一交流电源端共线；压敏电阻R2的另一端与AC/DC模块的第二交流电源端因共线而形成一个公共接点，该公共接点与热敏电阻R1的另一端共同构成上述的电源转换模块的电源输入端；AC/DC模块的直流电源输出端、瞬变电压抑制二极管V1的一端以及二极管D1的正极因共线而形成一个公共接点，该公共接点即为上述的电源转换模块的第一电源输出端，其输出+5V直流电源；DC/DC转换芯片U1的电源输入端与二极管D1的负极电连接；DC/DC转换芯片U1的电源输出端即为上述的电源转换模块的第二电源输出端，其输出+3.3V直流电源；DC/DC转换芯片U1的接地端以及瞬变电压抑制二极管V1的另一端均接地。

进一步的方案还有：上述的执行模块包括电阻R3、电阻R4、三极管Q1、MOS管Q2以及动合型继电器H1；动合型继电器H1具有线圈和两个触点；

电阻R3的一端即为上述的执行模块的控制信号输入端；电阻R3的另一端与三极管Q1的基极电连接；三极管Q1的集电极、MOS管Q2的栅极以及电阻R4的一端共线；MOS管Q2的漏极与电阻R4的另一端因共线而形成一个公共接点，该公共接点与上述的电源转换模块的第一电源输出端电连接； MOS管Q2的源极与动合型继电器H1的线圈的一个接线端电连接；动合型继电器H1的线圈的另一个接线端以及三极管Q1的射极均接地；动合型继电器H1的一个触点即为上述的执行模块的交流电源输入端；动合型继电器H1的另一个触点即为上述的执行模块的交流电源输出端。

本发明具有积极的效果：（1）本发明的矿用无线接近感应开关，结构简单、使用方便、采用模块化设计、整个电路装置采用胶封从而能有效适应煤矿井下易燃易爆的应用环境，且成本不高，易于推广。（2）本发明的矿用无线接近感应开关，其在使用时，与矿井工作人员随身携带的人员定位标识卡（RFID卡）通过射频无线通信相配合动作，较之于现有技术中常用的红外感应开关，其在煤矿井下的恶劣工况使用环境下，具有抗干扰能力强、工作稳定性和可靠性好、控制矿井下电器负载的电源通断更为准确等诸多优点。（3）本发明的矿用无线接近感应开关，其在使用时，可方便地用于控制照明灯、安保报警器等矿井下的电器负载：负载为照明灯时，当携带人员定位标识卡的矿井工作人员进入设定的距离范围内时，其控制照明灯自动点亮，在人员离开设定的距离范围后关灯，也即在无人时对照明灯自动断电，从而在不影响矿井下工作的情况下能够有效地为煤矿企业节约用电；负载为报警器时，当携带人员定位标识卡的矿井工作人员进入设定的禁入区域时，开关接通报警器报警，以防止发生意外安全事故。（4）本发明的矿用无线接近感应开关，其在使用时，根据所接电器负载的不同，可通过设置模块对主控模块的感应距离控制参数方便地进行设定，也可通过无线通信模块无线设置：负载为照明灯时，主控模块内置的感应触发距离设置为20米，兼顾节电和安全；负载为报警器时，感应触发距离设置为2米，既起到安全警示作用，又不会在人员尚未接近时就误报警而影响正常工作。

附图说明

图1为本发明的电路结构框图，图中还显示了其在使用时与负载的电连接关系以及与人员定位标识卡的无线通信信号连接关系；

图2为图1中的电源转换模块的一种电原理图；

图3为图1中的执行模块的一种电原理图。

上述附图中的附图标记如下：

电源转换模块1，无线通信模块2，主控模块3，执行模块4，设置模块5，指示灯模块6。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

（实施例）

本实施例的矿用无线接近感应开关，主要由防爆壳体和设置在防爆壳体内的电路装置组成。

见图1，电路装置主要由电源转换模块1、无线通信模块2、主控模块3、执行模块4、设置模块5和指示灯模块6组成。

电源转换模块1设有电源输入端、第一电源输出端和第二电源输出端；无线通信模块2设有无线通信端和对内通信端；主控模块3设有第一信号输入端、设置信号输入端、控制信号输出端和状态指示信号输出端；执行模块4设有控制信号输入端、交流电源输入端和交流电源输出端；设置模块5设有参数信号输出端；指示灯模块6设有信号输入端。

主控模块3的第一信号输入端与无线通信模块2的对内通信端信号电连接；主控模块3的设置信号输入端与设置模块5的参数信号输出端信号电连接；执行模块4的控制信号输入端与主控模块3的控制信号输出端信号电连接；指示灯模块6的信号输入端与主控模块3的状态指示信号输出端信号电连接。

使用时，无线通信模块2的无线通信端与矿井工作人员随身携带的人员定位标识卡（RFID卡）射频无线通信；执行模块4的交流电源输入端与煤矿井下AC 127V交流电源的火线电连接；执行模块4的交流电源输出端与受控的电器负载的火线电连接。

电源转换模块1的电源输入端使用时外接煤矿井下AC 127V电源；电源转换模块1的第一电源输出端为执行模块4提供工作电源；电源转换模块1的第二电源输出端为无线通信模块2、主控模块3、设置模块5和指示灯模块6提供工作电源。

本实施例中，主控模块3的核心器件优选采用MSP430型号的单片机；设置模块5优选采用键盘，用于对主控模块3进行参数设置；主控模块3的参数设置也可通过配套的手持终端与无线通信模块2通信进行无线设置；指示灯模块6优选采用LED灯组，用于显示开关的工作状态。

前述的电路装置各模块均采用环氧树脂胶封设置在防爆壳体内，以使得其能够有效适应煤矿井下易燃易爆的应用环境。

见图2，电源转换模块1主要由热敏电阻R1、压敏电阻R2、AC/DC模块、瞬变电压抑制二极管V1（简称TVS管）、二极管D1以及DC/DC转换芯片U1组成。AC/DC模块设有第一交流电源端、第二交流电源端和直流电源输出端；DC/DC转换芯片U1具有电源输入端（Vin端，3号脚）、电源输出端（Vout端，2号脚）和接地端（Gnd端，1号脚）。

热敏电阻R1的一端、压敏电阻R2的一端以及AC/DC模块的第一交流电源端共线；压敏电阻R2的另一端与AC/DC模块的第二交流电源端因共线而形成一个公共接点，该公共接点与热敏电阻R1的另一端共同构成前述的电源转换模块1的电源输入端；AC/DC模块的直流电源输出端、瞬变电压抑制二极管V1的一端以及二极管D1的正极因共线而形成一个公共接点，该公共接点即为前述的电源转换模块1的第一电源输出端，其输出+5V直流电源；DC/DC转换芯片U1的电源输入端与二极管D1的负极电连接；DC/DC转换芯片U1的电源输出端即为前述的电源转换模块1的第二电源输出端，其输出+3.3V直流电源；DC/DC转换芯片U1的接地端以及瞬变电压抑制二极管V1的另一端均接地。

电源转换模块1的热敏电阻R1和压敏电阻R2对后续电路起保护作用，AC/DC模块用于将AC 127V交流电转换成5V直流电；瞬变电压抑制二极管V1和二极管D1对电路起保护作用；DC/DC转换芯片U1用于将5V直流电转换成3.3V直流电。

见图3，执行模块4主要由电阻R3、电阻R4、三极管Q1、MOS管Q2以及动合型继电器H1组成。动合型继电器H1具有线圈和两个触点，线圈不通电时，其2个触点为常开状态，线圈通电时，其2个触点闭合。

电阻R3的一端即为前述的执行模块4的控制信号输入端；电阻R3的另一端与三极管Q1的基极电连接；三极管Q1的集电极、MOS管Q2的栅极以及电阻R4的一端共线；MOS管Q2的漏极与电阻R4的另一端因共线而形成一个公共接点，该公共接点与前述的电源转换模块1的第一电源输出端电连接（+5V直流电源）； MOS管Q2的源极与动合型继电器H1的线圈的一个接线端电连接；动合型继电器H1的线圈的另一个接线端以及三极管Q1的射极均接地；动合型继电器H1的一个触点即为前述的执行模块4的交流电源输入端；动合型继电器H1的另一个触点即为前述的执行模块4的交流电源输出端。

（应用例1）

前述实施例的矿用无线接近感应开关用于控制煤矿井下的照明灯。

前述实施例的矿用无线接近感应开关，其用于控制照明灯时，将其安装设置在受控照明灯旁，先将其电源转换模块1的电源输入端与煤矿井下AC 127V电源电连接；再将其执行模块4的交流电源输入端（动合型继电器H1的一个触点）与煤矿井下AC 127V电源的火线电连接；然后将执行模块4的交流电源输出端（动合型继电器H1的另一个触点）与受控的照明灯的火线电连接。

主控模块3内置采用现有技术编程的无线通信测距定位算法；通过设置模块5对主控模块3进行感应触发距离进行设置，本应用例中将感应触发距离设定为20米，兼顾节电和安全。

使用时，其工作原理和工作过程简述如下：

矿用无线接近感应开关的无线通信模块3实时与矿井工作人员携带的人员定位标识卡（RFID卡）进行射频无线通信并将接收到的信号实时传输给主控模块3；主控模块3通过定位算法实时计算该RFID卡与本开关的距离，当有携带有人员定位标识卡的矿井工作人员进入到主控模块3内置的感应触发距离内时，主控模块3控制执行模块4的动合型继电器H1由断开状态动作为闭合状态，从而接通受控的照明灯的电源使其点亮并保持照明亮常亮，当该携带有人员定位标识卡的矿井工作人员离开到主控模块3内置的感应触发距离之外时，主控模块3控制执行模块4的动合型继电器H1由闭合状态恢复为常开状态，从而断开受控的照明灯的电源，使其熄灭。

（应用例2）

本应用例其他方面与应用例1相同，不同之处在于：

1、受控的电器负载由照明灯改为设置在煤矿井下禁入区的报警器。

2、主控模块3内置的感应触发距离设置为几米，具体根据禁入区的实际情况确定合适的感应触发距离，本应用例中将感应触发距离设定为2米，携带有人员定位标识卡的矿井工作人员进入设定的禁入区报警距离时，报警器报警，既起到安全警示作用，又不会在人员尚未接近时就误报警而影响正常工作。

以上实施例和应用例是对本发明的具体实施方式的说明，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变换和变化而得到相对应的等同的技术方案，因此所有等同的技术方案均应该归入本发明的专利保护范围。

Claims

1. 一种矿用无线接近感应开关，其特征在于：包括防爆壳体和浇封设置在防爆壳体内的电路装置；所述的电路装置包括电源转换模块（1）、无线通信模块（2）、主控模块（3）、执行模块（4）、设置模块（5）和指示灯模块（6）；

电源转换模块（1）设有电源输入端、第一电源输出端和第二电源输出端；无线通信模块（2）设有无线通信端和对内通信端；主控模块（3）设有第一信号输入端、设置信号输入端、控制信号输出端和状态指示信号输出端；执行模块（4）设有控制信号输入端、交流电源输入端和交流电源输出端；设置模块（5）设有参数信号输出端；指示灯模块（6）设有信号输入端；

主控模块（3）的第一信号输入端与无线通信模块（2）的对内通信端信号电连接；主控模块（3）的设置信号输入端与设置模块（5）的参数信号输出端信号电连接；执行模块（4）的控制信号输入端与主控模块（3）的控制信号输出端信号电连接；指示灯模块（6）的信号输入端与主控模块（3）的状态指示信号输出端信号电连接；

使用时，无线通信模块（2）的无线通信端与矿井工作人员随身携带的人员定位标识卡射频无线通信；转换模块（1）的电源输入端以及执行模块（4）的交流电源输入端与煤矿井下AC 127V交流电源的火线电连接；执行模块（4）的交流电源输出端与受控的电器负载的火线电连接；电源转换模块（1）的第一电源输出端为执行模块（4）提供工作电源；电源转换模块（1）的第二电源输出端为无线通信模块（2）、主控模块（3）、设置模块（5）和指示灯模块（6）提供工作电源。

2.根据权利要求1所述的矿用无线接近感应开关，其特征在于：所述的电源转换模块（1）包括热敏电阻R1、压敏电阻R2、AC/DC模块、瞬变电压抑制二极管V1、二极管D1以及DC/DC转换芯片U1；AC/DC模块设有第一交流电源端、第二交流电源端和直流电源输出端；DC/DC转换芯片U1具有电源输入端电源输出端和接地端；

热敏电阻R1的一端、压敏电阻R2的一端以及AC/DC模块的第一交流电源端共线；压敏电阻R2的另一端与AC/DC模块的第二交流电源端因共线而形成一个公共接点，该公共接点与热敏电阻R1的另一端共同构成所述的电源转换模块（1）的电源输入端；AC/DC模块的直流电源输出端、瞬变电压抑制二极管V1的一端以及二极管D1的正极因共线而形成一个公共接点，该公共接点即为所述的电源转换模块（1）的第一电源输出端，其输出+5V直流电源；DC/DC转换芯片U1的电源输入端与二极管D1的负极电连接；DC/DC转换芯片U1的电源输出端即为所述的电源转换模块（1）的第二电源输出端，其输出+3.3V直流电源；DC/DC转换芯片U1的接地端以及瞬变电压抑制二极管V1的另一端均接地。

3.根据权利要求1所述的矿用无线接近感应开关，其特征在于：所述的执行模块（4）包括电阻R3、电阻R4、三极管Q1、MOS管Q2以及动合型继电器H1；动合型继电器H1具有线圈和两个触点；

电阻R3的一端即为所述的执行模块（4）的控制信号输入端；电阻R3的另一端与三极管Q1的基极电连接；三极管Q1的集电极、MOS管Q2的栅极以及电阻R4的一端共线；MOS管Q2的漏极与电阻R4的另一端因共线而形成一个公共接点，该公共接点与所述的电源转换模块（1）的第一电源输出端电连接； MOS管Q2的源极与动合型继电器H1的线圈的一个接线端电连接；动合型继电器H1的线圈的另一个接线端以及三极管Q1的射极均接地；动合型继电器H1的一个触点即为所述的执行模块（4）的交流电源输入端；动合型继电器H1的另一个触点即为所述的执行模块（4）的交流电源输出端。