CN109993779B - 一种斜巷运输矿车的速度监测与捕获系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种斜巷运输矿车的速度监测与捕获系统及方法，速度监测与捕获系统包括速度监测单元和跑车捕获单元；速度监测单元包括监测箱、安装支架和摄像头，监测箱内设置有电路板和电源电路模块，电路板上集成的视频采集传输电路包括微处理器模块、数据存储电路模块、无线通信模块、USB接口电路模块、声光报警电路模块；跑车捕获单元包括支撑架、斜坡减速板、PLC控制器、第一双吊点电动葫芦和第二双吊点电动葫芦，斜坡减速板上设置有两个车轮制动机构。本发明的速度监测与捕获系统安装维护方便，能够应用在斜巷运输中，对矿车进行实时的速度监测，结合跑车捕获单元，实现对跑车安全稳定的捕获，防止造成严重后果，便于推广使用。

Description

一种斜巷运输矿车的速度监测与捕获系统及方法
技术领域
本发明属于煤矿安全生产技术领域，具体涉及一种斜巷运输矿车的速度监测与捕获系统及方法。
背景技术
煤炭作为我国的重要资源长期被开采，但大多数煤炭资源都深埋地下，开采过程中，大多需要井下斜巷运输，因而，煤矿井下的安全运输也是煤矿安全生产的重要环节，煤矿井下的斜巷运输最大的安全隐患就是发生跑车事故，所谓跑车事故，就是煤矿中用于下放设备、提升物料、运输煤炭或人员的矿车由于短绳、断销链或者误操作导致矿车失控，在其自身重力分力的作用下，矿车沿着轨道异常运行而造成的事故。因此，防跑车装置的重要性不言而喻。现有技术中，为了解决斜巷运输中跑车事故造成严重后果，许多科研人员和工程师提出了多种解决方案，如申请号为201721864746.2的发明专利中的防跑车装置，采用安装在矿车轨道上的防跑车阻拦组件和防跑车收放绞车组件，但其结构庞大复杂，跑车发生位置未知，需要在斜巷内安装多个防跑车装置，其单个防跑车装置的结构复杂性提高了其安装成本，限制了其应用广泛性；再如申请号为201510908805.0的发明专利中的防跑车装置，包括安装在矿车上的速度采集组件、液压驱动系统和轨道抓捕组件，该方案虽然能及时有效地阻止跑车事故的发生，但其结构也相对复杂，跑车发生个体未知，需要在每个跑车上安装防跑车装置，同样，其结构复杂性提高了安装成本，限制了其应用广泛性。现有技术中，对跑车实施捕获的方案多种多样，但对跑车发生的确认尤为重要，在煤矿井下复杂环境中，实现对跑车实时、准确的确认以及速度监测是进行跑车捕获的重要前提。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种斜巷运输矿车的速度监测与捕获系统，其结构简单，设计合理，实现方便且成本低，安装维护方便，能够应用在煤矿井下的斜巷运输中，对矿车进行实时的速度监测，结合合理有效的跑车捕获单元，能够实现对跑车安全稳定的捕获，防止跑车造成严重后果，使用效果好，便于推广使用。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种斜巷运输矿车的速度监测与捕获系统，包括设置在矿车斜巷运输轨道外侧的速度监测单元和设置在斜巷运输轨道正上方的跑车捕获单元；所述速度监测单元包括监测箱，所述监测箱的顶部设置有安装支架，所述安装支架上安装有用于拍摄矿车运行视频的摄像头，所述监测箱内设置有电路板以及用于为所述电路板上各用电模块供电的电源电路模块，所述电路板上集成有视频采集传输电路，所述视频采集传输电路包括微处理器模块以及与微处理器模块相接的数据存储电路模块、无线通信模块和USB接口电路模块，所述微处理器模块的输出端接有声光报警电路模块，所述无线通信模块与布设在煤矿井下巷道内的无线通信中继器无线通信并连接，所述摄像头与USB接口电路模块连接；所述跑车捕获单元包括支撑架、斜坡减速板和PLC控制器，所述支撑架的顶部对称设置有第一双吊点电动葫芦和第二双吊点电动葫芦，所述第一双吊点电动葫芦和第二双吊点电动葫芦均与PLC控制器的输出端连接，所述斜坡减速板的与斜巷运输轨道垂直方向的一侧边的两端通过第一钢丝绳与第一双吊点电动葫芦的吊钩连接，所述斜坡减速板的与斜巷运输轨道垂直方向的另一侧边的两端通过第二钢丝绳与第二双吊点电动葫芦的吊钩连接，所述斜坡减速板上设置有与斜巷运输轨道位置对应的两个车轮制动机构，所述斜坡减速板上与斜巷运输轨道方向相同的两侧和设置第二钢丝绳的一侧均设置有钢丝网。
上述的一种斜巷运输矿车的速度监测与捕获系统，所述微处理器模块包括DSP芯片TMS320F28335、非极性电容C23、非极性电容C24、电感L3、电感L4、电感L5、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12和电阻R14，以及均与DSP芯片TMS320F28335相接的晶振电路、复位电路和时钟电路；所述DSP芯片TMS320F28335的第44引脚通过电感L3接地，所述DSP芯片TMS320F28335的第44引脚通过电感L4与电源电路模块的3.3V电压输出端连接，所述DSP芯片TMS320F28335的第31引脚和第59引脚均与电感L5的一端连接，所述电感L5的另一端与电源电路模块的1.9V电压输出端连接，所述DSP芯片TMS320F28335的第55引脚通过非极性电容C24接地，所述DSP芯片TMS320F28335的第56引脚通过非极性电容C23接地，所述DSP芯片TMS320F28335的第57引脚通过电阻R14接地，所述DSP芯片TMS320F28335的第78引脚通过电阻R12接地，所述DSP芯片TMS320F28335的第80引脚通过电阻R9与电源电路模块的3.3V电压输出端连接，所述DSP芯片TMS320F28335的第85引脚通过电阻R11与电源电路模块的3.3V电压输出端连接，所述DSP芯片TMS320F28335的第86引脚通过电阻R10与电源电路模块的3.3V电压输出端连接，所述DSP芯片TMS320F28335的第105引脚通过电阻R8接地，所述DSP芯片TMS320F28335的第9引脚、第71引脚、第84引脚、第93引脚、第107引脚、第121引脚、第143引脚、第159引脚和第170引脚均与电源电路模块的3.3V电压输出端连接，所述DSP芯片TMS320F28335的第4引脚、第15引脚、第23引脚、第29引脚、第61引脚、第101引脚、第109引脚、第117引脚、第126引脚、第139引脚、第146引脚、第154引脚和第167引脚均与电源电路模块的1.9V电压输出端连接，所述DSP芯片TMS320F28335的第3引脚、第8引脚、第14引脚、第22引脚、第30引脚、第35引脚、第36引脚、第37引脚、第38引脚、第39引脚、第40引脚、第41引脚、第42引脚、第46引脚、第47引脚、第48引脚、第49引脚、第50引脚、第51引脚、第52引脚、第53引脚、第60引脚、第70引脚、第83引脚、第92引脚、第103引脚、第106引脚、第108引脚、第118引脚、第120引脚、第125引脚、第140引脚、第144引脚、第147引脚、第155引脚、第160引脚、第166引脚和第171引脚均接地；所述晶振电路包括晶振Y1、非极性电容C21、非极性电容C22和电阻R7，所述晶振Y1的一端、非极性电容C21的一端和电阻R7的一端均与DSP芯片TMS320F28335的第104引脚连接，所述晶振Y1的另一端、非极性电容C22的一端和电阻R7的另一端均与DSP芯片TMS320F28335的第102引脚连接，所述非极性电容C21的另一端和非极性电容C22的另一端均接地；所述复位电路包括复位芯片MAX811、按键S1和电阻R13，所述复位芯片MAX811的第4引脚和电阻R13的一端均与电源电路模块的3.3V电压输出端连接，所述复位芯片MAX811的第3引脚和电阻R13的另一端均与按键S1的一端连接，所述复位芯片MAX811的第1引脚和按键S1的另一端均接地，所述复位芯片MAX811的第2引脚与DSP芯片TMS320F28335的第80引脚连接；所述时钟电路包括时钟芯片DS3231、非极性电容C57、非极性电容C58、电阻R143和电阻R166，所述时钟芯片DS3231的第2引脚与电源电路模块的3.3V电压输出端连接，且通过非极性电容C57接地，所述时钟芯片DS3231的第5引脚接地，且通过非极性电容C58与时钟芯片DS3231的第6引脚连接，所述时钟芯片DS3231的第6引脚接地，所述时钟芯片DS3231的第7引脚通过电阻R166与电源电路模块的3.3V电压输出端连接，且与DSP芯片TMS320F28335的第74引脚连接，所述时钟芯片DS3231的第8引脚通过电阻R143与电源电路模块的3.3V电压输出端连接，且与DSP芯片TMS320F28335的第75引脚连接。
上述的一种斜巷运输矿车的速度监测与捕获系统，所述数据存储电路模块包括SRAM芯片IS61LV25616，所述SRAM芯片IS61LV25616的第1引脚、第2引脚、第3引脚、第4引脚、第5引脚、第18引脚、第19引脚、第20引脚、第21引脚、第22引脚、第23引脚、第24引脚、第25引脚、第26引脚、第27引脚、第42引脚、第43引脚和第44引脚依次对应与DSP芯片TMS320F28335的第151引脚、第152引脚、第153引脚、第156引脚、第157引脚、第158引脚、第161引脚、第162引脚、第163引脚、第164引脚、第165引脚、第168引脚、第169引脚、第172引脚、第173引脚、第174引脚、第175引脚和第176引脚连接，所述SRAM芯片IS61LV25616的第7引脚、第8引脚、第9引脚、第10引脚、第13引脚、第14引脚、第15引脚、第16引脚、第29引脚、第30引脚、第31引脚、第32引脚、第35引脚、第36引脚、第37引脚和第38引脚依次对应与DSP芯片TMS320F28335的第136引脚、第135引脚、第134引脚、第133引脚、第132引脚、第131引脚、第130引脚、第129引脚、第128引脚、第127引脚、第124引脚、第123引脚、第122引脚、第119引脚、第116引脚和第115引脚连接，所述SRAM芯片IS61LV25616的第6引脚、第17引脚和第41引脚依次对应与DSP芯片TMS320F28335的第141引脚、第137引脚和第149引脚连接，所述SRAM芯片IS61LV25616的第11引脚和第33引脚均与电源电路模块的3.3V电压输出端连接，所述SRAM芯片IS61LV25616的第12引脚、第34引脚、第39引脚和第40引脚均接地。
上述的一种斜巷运输矿车的速度监测与捕获系统，所述无线通信模块和无线通信中继器均为基于芯片CC2430的ZigBee无线通信模块；所述USB接口电路模块包括USB接口U4、电容C42、电阻R43、电阻R44、电阻R45和电阻R46，所述USB接口U4的第1引脚与电源电路模块的5V电压输出端连接，且通过电容C42接地；所述USB接口U4的第2引脚通过电阻R45与DSP芯片TMS320F28335的第28引脚连接，且通过电阻R44接地；所述USB接口U4的第3引脚通过电阻R46与DSP芯片TMS320F28335的第27引脚连接，且通过电阻R43接地；所述USB接口U4的第4引脚、第5引脚和第6引脚均接地；所述摄像头接在USB接口U4上；所述声光报警电路模块包括PNP型三极管Q4、蜂鸣器HA1、发光二极管D3、电阻R7和电阻R8，所述三极管Q4的基极通过电阻R7与DSP芯片TMS320F28335的第5引脚连接，所述三极管Q4的集电极接地，所述三极管Q4的发射极与蜂鸣器HA1的负极连接，所述蜂鸣器HA1的正极与电源电路模块的5V电压输出端连接，所述发光二极管D3的阴极通过电阻R8与DSP芯片TMS320F28335的第6引脚连接，所述发光二极管D3的阳极与电源电路模块的5V电压输出端连接。
上述的一种斜巷运输矿车的速度监测与捕获系统，所述车轮制动机构包括设置在斜坡减速板上的底板，所述底板上的一侧设置有第一支撑板，所述底板上的另一侧设置有第二支撑板，所述第一支撑板的一端铰接有第一活动板，所述第一支撑板的另一端和第一活动板之间连接有第一弹簧，所述第二支撑板的一端铰接有第二活动板，所述第二支撑板的另一端和第二活动板之间连接有第二弹簧，所述第一活动板的靠近第二活动板的侧面上设置有第一橡胶皮垫，所述第二活动板的靠近第一活动板的侧面上设置有第二橡胶皮垫。
本发明还提出了一种斜巷运输矿车的速度监测与捕获的方法，该方法包括以下步骤：
步骤一、所述微处理器模块对摄像头拍摄的多帧矿车图像进行处理，判断矿车是否发生跑车，并计算跑车的运行加速度和监测点的瞬时速度；
步骤二、所述微处理器模块根据跑车的运行加速度和监测点的瞬时速度以及监测单元和跑车捕获单元之间的安装距离，计算出跑车到达跑车捕获单元时的速度；
步骤三、所述微处理器模块根据预先设置并存储在数据存储电路模块中的跑车到达跑车捕获单元时的速度与斜坡减速板所需调节的倾斜角度值的对应数据，从数据存储电路模块中调取斜坡减速板所需调节的倾斜角度值；
步骤四、所述微处理器模块根据预先设置的斜坡减速板倾斜角度值与第二双吊点电动葫芦吊钩下降距离值的对应数据，从数据存储电路模块中获取第二双吊点电动葫芦吊钩的下降距离值；
步骤五、所述微处理器模块通过无线通信模块将第二双吊点电动葫芦吊钩的下降距离值传输到PLC控制器中；
步骤六、所述PLC控制器通过控制第一双吊点电动葫芦使斜坡减速板的一侧边位于斜巷运输轨道平面上，同时，通过控制第二双吊点电动葫芦使斜坡减速板的另一侧边下降，使斜坡减速板相对于斜巷运输轨道平面形成从数据存储电路模块中获取的斜坡减速板所需调节成的倾斜角度值；
步骤七、当跑车冲上斜坡减速板后，跑车车轮到达车轮制动机构中张开的第一活动板和第二活动板的中间，随着第一活动板和第二活动板中间距离的逐渐减小，对跑车车轮进行挤压，并通过第一弹簧和第二弹簧的弹力作用进行柔性减速；
步骤八、当跑车车轮经过第一活动板和第二活动板的末端后，第一活动板和第二活动板分别在第一弹簧和第二弹簧的作用下复位，对跑车车轮进行限位，使跑车车轮不能够倒退，实现对跑车的捕获。
上述方法步骤一中所述微处理器模块对摄像头拍摄的多帧矿车图像进行处理，判断矿车是否发生跑车，并计算跑车的运行加速度和监测点的瞬时速度的具体过程为：
步骤101、所述摄像头将拍摄区域设定为监测区；
步骤102、所述微处理器模块检测监测区内每帧图像中的多个Harris角点；
步骤103、所述微处理器模块调用特征匹配模块提取每帧图像的特征集合，并将相邻两帧图像的特征集合进行匹配对应，生成匹配特征对集合；
步骤104、所述微处理器模块根据匹配特征对集合，调用角点匹配模块对相邻两帧图像中的多个Harris角点进行角点匹配，找出相邻两帧图像中的多个Harris角点之间的一一对应关系；
步骤105、所述微处理器模块计算相邻两帧图像中的多个Harris角点之间一一对应的位移值，根据公式
Figure GDA0002888494780000071
计算出第i个相邻两帧图像中所有Harris角点的总位移量dTi，并将i从1取到n，计算出所有相邻两帧图像中所有Harris角点的总位移量；其中，di,j为第i个相邻两帧图像中具有一一对应关系的第j个Harris角点的位移量，mi为第i个相邻两帧图像中具有一一对应关系的Harris角点的总个数，j的取值为1～mi的正整数，n为形成相邻两帧图像的总个数；
步骤106、所述微处理器模块计算得到所有相邻两帧图像中所有Harris角点的位移平均值，其中，第i个相邻两帧图像中所有Harris角点的位移平均值dAi的计算公式为
Figure GDA0002888494780000081
步骤107、所述微处理器模块根据公式ΔdPi＝dA(i+1)-dAi计算得到第i+1个相邻两帧图像中所有Harris角点的位移平均值dA(i+1)与第i个相邻两帧图像中所有Harris角点的位移平均值dAi的差值ΔdPi，并将i从1取到n-1；
步骤108、所述微处理器模块根据公式
Figure GDA0002888494780000082
计算出将i从1取到n-1时所有ΔdPi的平均值ΔdB，当-dE＜ΔdB＜dE时，矿车处于匀速运行状态，未发生跑车；当ΔdB＞dE时，矿车处于加速运行状态，发生跑车，其中，dE为监测单元允许误差值；
步骤109、当矿车处于匀速运行状态时，计算矿车的运行速度；
步骤110、当矿车发生跑车，处于加速运行状态时，计算矿车的运行加速度和监测点的瞬时速度。
上述方法步骤102中所述微处理器模块检测监测区内每帧图像中的多个Harris角点时，对图像I(x,y)中的多个Harris角点的检测过程为：
步骤1021、所述微处理器模块根据公式
Figure GDA0002888494780000083
计算图像I(x,y)在x轴方向上的梯度Ix，并根据公式
Figure GDA0002888494780000084
计算图像I(x,y)在y轴方向上的梯度Iy；
步骤1022、微处理器模块计算每个像素点上的相关矩阵
Figure GDA0002888494780000085
其中，ω(x,y)为加权函数；
步骤1023、所述微处理器模块根据公式R＝(ab-c2)-λ(a+b)2计算每个像素点的角点响应值R；其中，λ为经验常数，取值范围为0.04～0.06；
步骤1024、所述微处理器模块在图像I(x,y)上中间位置处M×M的正方形范围内寻找角点响应值的极大值点，并将寻找到的角点响应值的极大值点定义为阈值，当像素点的角点响应值R大于阈值时，将该像素点确定为Harris角点。
上述方法步骤109中所述当矿车处于匀速运行状态时，计算矿车的运行速度的具体过程为：
步骤1091、所述微处理器模块根据公式
Figure GDA0002888494780000091
计算得到所有相邻两帧图像中所有Harris角点位移平均值的总和；
步骤1092、所述微处理器模块根据公式
Figure GDA0002888494780000092
计算出矿车的运行速度vy，其中，Δt为摄像头拍摄到首帧图像与末帧图像之间的时间差。
上述方法步骤110中所述当矿车发生跑车，处于加速运行状态时，计算矿车的运行加速度和监测点的瞬时速度的具体过程为：
步骤1101、所述微处理器模块对i从1取到n时，所有相邻两帧图像中所有Harris角点的位移平均值dAi以及对应的时间进行最小二乘法拟合，获得拟合函数ΦA；
步骤1102、所述微处理器模块对i从1取到n时，所有相邻两帧图像中所有Harris角点的位移平均值dAi以及对应的时间依次代入拟合函数ΦA中，获取符合拟合函数ΦA的两组数据(dAa,ta1,ta2)和(dAb,tb1,tb2)，其中，dAa为第a个相邻两帧图像中所有Harris角点的位移平均值，ta1为第a个相邻两帧图像中前一帧图像的拍摄时间，ta2为第a个相邻两帧图像中后一帧图像的拍摄时间，dAb为第b个相邻两帧图像中所有Harris角点的位移平均值，tb1为第b个相邻两帧图像中前一帧图像的拍摄时间，tb2为第b个相邻两帧图像中后一帧图像的拍摄时间；
步骤1103、所述微处理器模块通过公式
Figure GDA0002888494780000093
计算得到摄像头拍摄第a个相邻两帧图像时，矿车的瞬时速度va；所述微处理器模块通过公式
Figure GDA0002888494780000101
计算得到摄像头拍摄第b个相邻两帧图像时，矿车的瞬时速度vb；
步骤1104、所述微处理器模块通过公式
Figure GDA0002888494780000102
计算得到矿车的运行加速度aZ；
步骤1105、所述微处理器模块通过公式
Figure GDA0002888494780000103
计算得到矿车在监测点的瞬时速度vz。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明的速度监测与捕获系统结构简单，设计合理，实现方便且成本低，安装维护方便。
2、本发明的速度监测方法对矿车进行实时监测，只使用摄像头采集的信息进行计算，经过微处理器模块计算处理，就能够得到矿车运行信息，不受煤矿井下能见度差等复杂环境的影响。
3、本发明的速度监测方法计算出跑车的加速度和监测点的瞬时速度，为后续跑车的捕获提供可靠的理论数据。
4、本发明能够应用在煤矿井下的斜巷运输中，对矿车进行实时的速度监测，结合合理有效的跑车捕获单元，能够实现对跑车安全稳定的捕获，防止跑车造成严重后果，使用效果好，便于推广使用。
综上所述，本发明的速度监测与捕获系统结构简单，设计合理，实现方便且成本低，安装维护方便，能够应用在煤矿井下的斜巷运输中，对矿车进行实时的速度监测，结合合理有效的跑车捕获单元，能够实现对跑车安全稳定的捕获，防止跑车造成严重后果，使用效果好，便于推广使用。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明速度监测与捕获系统的结构示意图；
图2为本发明视频采集传输电路的电路原理框图；
图3为本发明微处理器模块A部分的电路原理图；
图4为本发明微处理器模块B部分的电路原理图；
图5为本发明微处理器模块C部分的电路原理图；
图6为本发明微处理器模块D部分的电路原理图；
图7为本发明微处理器模块E部分的电路原理图；
图8为本发明复位电路的电路原理图；
图9为本发明时钟电路的电路原理图；
图10为本发明数据存储电路模块的电路原理图；
图11为本发明USB接口电路模块的电路原理图；
图12为本发明声光报警电路模块的电路原理图；
图13为本发明车轮制动机构的结构示意图。
附图标记说明:
1—监测箱； 2—安装支架； 3—摄像头；
4—电源电路模块； 5—微处理器模块； 6—数据存储电路模块；
7—无线通信模块； 8—USB接口电路模块； 9—声光报警电路模块；
10—无线通信中继器； 11—支撑架； 12—斜坡减速板；
14—第一双吊点电动葫芦； 15—第二双吊点电动葫芦；
16—第一钢丝绳； 17—第二钢丝绳； 18—车轮制动机构；
18-1—底板； 18-2—第一支撑板； 18-3—第二支撑板；
18-4—第一活动板； 18-5—第一弹簧； 18-6—第二活动板；
18-7—第二弹簧； 18-8—第一橡胶皮垫； 18-9—第二橡胶皮垫；
19—钢丝网； 20—斜巷运输轨道。
具体实施方式
如图1所示，本发明的斜巷运输矿车的速度监测与捕获系统，包括设置在矿车斜巷运输轨道20外侧的速度监测单元和设置在斜巷运输轨道20正上方的跑车捕获单元；所述速度监测单元包括监测箱1，所述监测箱1的顶部设置有安装支架2，所述安装支架2上安装有用于拍摄矿车运行视频的摄像头3，所述监测箱1内设置有电路板以及用于为所述电路板上各用电模块供电的电源电路模块4，所述电路板上集成有视频采集传输电路，结合图2，所述视频采集传输电路包括微处理器模块5以及与微处理器模块5相接的数据存储电路模块6、无线通信模块7和USB接口电路模块8，所述微处理器模块5的输出端接有声光报警电路模块9，所述无线通信模块7与布设在煤矿井下巷道内的无线通信中继器10无线通信并连接，所述摄像头3与USB接口电路模块8连接；所述跑车捕获单元包括支撑架11、斜坡减速板12和PLC控制器，所述支撑架11的顶部对称设置有第一双吊点电动葫芦14和第二双吊点电动葫芦15，所述第一双吊点电动葫芦14和第二双吊点电动葫芦15均与PLC控制器的输出端连接，所述斜坡减速板12的与斜巷运输轨道20垂直方向的一侧边的两端通过第一钢丝绳16与第一双吊点电动葫芦14的吊钩连接，所述斜坡减速板12的与斜巷运输轨道20垂直方向的另一侧边的两端通过第二钢丝绳17与第二双吊点电动葫芦15的吊钩连接，所述斜坡减速板12上设置有与斜巷运输轨道20位置对应的两个车轮制动机构18，所述斜坡减速板12上与斜巷运输轨道20方向相同的两侧和设置第二钢丝绳17的一侧均设置有钢丝网19。
本实施例中，如图3～图7所示，所述微处理器模块5包括DSP芯片TMS320F28335、非极性电容C23、非极性电容C24、电感L3、电感L4、电感L5、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12和电阻R14，以及均与DSP芯片TMS320F28335相接的晶振电路、复位电路和时钟电路；所述DSP芯片TMS320F28335的第44引脚通过电感L3接地，所述DSP芯片TMS320F28335的第44引脚通过电感L4与电源电路模块4的3.3V电压输出端连接，所述DSP芯片TMS320F28335的第31引脚和第59引脚均与电感L5的一端连接，所述电感L5的另一端与电源电路模块4的1.9V电压输出端连接，所述DSP芯片TMS320F28335的第55引脚通过非极性电容C24接地，所述DSP芯片TMS320F28335的第56引脚通过非极性电容C23接地，所述DSP芯片TMS320F28335的第57引脚通过电阻R14接地，所述DSP芯片TMS320F28335的第78引脚通过电阻R12接地，所述DSP芯片TMS320F28335的第80引脚通过电阻R9与电源电路模块4的3.3V电压输出端连接，所述DSP芯片TMS320F28335的第85引脚通过电阻R11与电源电路模块4的3.3V电压输出端连接，所述DSP芯片TMS320F28335的第86引脚通过电阻R10与电源电路模块4的3.3V电压输出端连接，所述DSP芯片TMS320F28335的第105引脚通过电阻R8接地，所述DSP芯片TMS320F28335的第9引脚、第71引脚、第84引脚、第93引脚、第107引脚、第121引脚、第143引脚、第159引脚和第170引脚均与电源电路模块4的3.3V电压输出端连接，所述DSP芯片TMS320F28335的第4引脚、第15引脚、第23引脚、第29引脚、第61引脚、第101引脚、第109引脚、第117引脚、第126引脚、第139引脚、第146引脚、第154引脚和第167引脚均与电源电路模块4的1.9V电压输出端连接，所述DSP芯片TMS320F28335的第3引脚、第8引脚、第14引脚、第22引脚、第30引脚、第35引脚、第36引脚、第37引脚、第38引脚、第39引脚、第40引脚、第41引脚、第42引脚、第46引脚、第47引脚、第48引脚、第49引脚、第50引脚、第51引脚、第52引脚、第53引脚、第60引脚、第70引脚、第83引脚、第92引脚、第103引脚、第106引脚、第108引脚、第118引脚、第120引脚、第125引脚、第140引脚、第144引脚、第147引脚、第155引脚、第160引脚、第166引脚和第171引脚均接地；所述晶振电路包括晶振Y1、非极性电容C21、非极性电容C22和电阻R7，所述晶振Y1的一端、非极性电容C21的一端和电阻R7的一端均与DSP芯片TMS320F28335的第104引脚连接，所述晶振Y1的另一端、非极性电容C22的一端和电阻R7的另一端均与DSP芯片TMS320F28335的第102引脚连接，所述非极性电容C21的另一端和非极性电容C22的另一端均接地；如图8所示，所述复位电路包括复位芯片MAX811、按键S1和电阻R13，所述复位芯片MAX811的第4引脚和电阻R13的一端均与电源电路模块4的3.3V电压输出端连接，所述复位芯片MAX811的第3引脚和电阻R13的另一端均与按键S1的一端连接，所述复位芯片MAX811的第1引脚和按键S1的另一端均接地，所述复位芯片MAX811的第2引脚与DSP芯片TMS320F28335的第80引脚连接；如图9所示，所述时钟电路包括时钟芯片DS3231、非极性电容C57、非极性电容C58、电阻R143和电阻R166，所述时钟芯片DS3231的第2引脚与电源电路模块4的3.3V电压输出端连接，且通过非极性电容C57接地，所述时钟芯片DS3231的第5引脚接地，且通过非极性电容C58与时钟芯片DS3231的第6引脚连接，所述时钟芯片DS3231的第6引脚接地，所述时钟芯片DS3231的第7引脚通过电阻R166与电源电路模块4的3.3V电压输出端连接，且与DSP芯片TMS320F28335的第74引脚连接，所述时钟芯片DS3231的第8引脚通过电阻R143与电源电路模块4的3.3V电压输出端连接，且与DSP芯片TMS320F28335的第75引脚连接。
本实施例中，如图10所示，所述数据存储电路模块6包括SRAM芯片IS61LV25616，所述SRAM芯片IS61LV25616的第1引脚、第2引脚、第3引脚、第4引脚、第5引脚、第18引脚、第19引脚、第20引脚、第21引脚、第22引脚、第23引脚、第24引脚、第25引脚、第26引脚、第27引脚、第42引脚、第43引脚和第44引脚依次对应与DSP芯片TMS320F28335的第151引脚、第152引脚、第153引脚、第156引脚、第157引脚、第158引脚、第161引脚、第162引脚、第163引脚、第164引脚、第165引脚、第168引脚、第169引脚、第172引脚、第173引脚、第174引脚、第175引脚和第176引脚连接，所述SRAM芯片IS61LV25616的第7引脚、第8引脚、第9引脚、第10引脚、第13引脚、第14引脚、第15引脚、第16引脚、第29引脚、第30引脚、第31引脚、第32引脚、第35引脚、第36引脚、第37引脚和第38引脚依次对应与DSP芯片TMS320F28335的第136引脚、第135引脚、第134引脚、第133引脚、第132引脚、第131引脚、第130引脚、第129引脚、第128引脚、第127引脚、第124引脚、第123引脚、第122引脚、第119引脚、第116引脚和第115引脚连接，所述SRAM芯片IS61LV25616的第6引脚、第17引脚和第41引脚依次对应与DSP芯片TMS320F28335的第141引脚、第137引脚和第149引脚连接，所述SRAM芯片IS61LV25616的第11引脚和第33引脚均与电源电路模块4的3.3V电压输出端连接，所述SRAM芯片IS61LV25616的第12引脚、第34引脚、第39引脚和第40引脚均接地。
本实施例中，所述无线通信模块7和无线通信中继器10均为基于芯片CC2430的ZigBee无线通信模块；如图11所示，所述USB接口电路模块8包括USB接口U4、电容C42、电阻R43、电阻R44、电阻R45和电阻R46，所述USB接口U4的第1引脚与电源电路模块4的5V电压输出端连接，且通过电容C42接地；所述USB接口U4的第2引脚通过电阻R45与DSP芯片TMS320F28335的第28引脚连接，且通过电阻R44接地；所述USB接口U4的第3引脚通过电阻R46与DSP芯片TMS320F28335的第27引脚连接，且通过电阻R43接地；所述USB接口U4的第4引脚、第5引脚和第6引脚均接地；所述摄像头3接在USB接口U4上；如图12所示，所述声光报警电路模块9包括PNP型三极管Q4、蜂鸣器HA1、发光二极管D3、电阻R7和电阻R8，所述三极管Q4的基极通过电阻R7与DSP芯片TMS320F28335的第5引脚连接，所述三极管Q4的集电极接地，所述三极管Q4的发射极与蜂鸣器HA1的负极连接，所述蜂鸣器HA1的正极与电源电路模块4的5V电压输出端连接，所述发光二极管D3的阴极通过电阻R8与DSP芯片TMS320F28335的第6引脚连接，所述发光二极管D3的阳极与电源电路模块4的5V电压输出端连接。
具体实施时，所述PLC控制器的输入端接有基于芯片CC2430的ZigBee无线通信模块，用于与无线通信模块7进行无线数据通信。
本实施例中，如图13所示，所述车轮制动机构18包括设置在斜坡减速板12上的底板18-1，所述底板18-1上的一侧设置有第一支撑板18-2，所述底板18-1上的另一侧设置有第二支撑板18-3，所述第一支撑板18-2的一端铰接有第一活动板18-4，所述第一支撑板18-2的另一端和第一活动板18-4之间连接有第一弹簧18-5，所述第二支撑板18-3的一端铰接有第二活动板18-6，所述第二支撑板18-3的另一端和第二活动板18-6之间连接有第二弹簧18-7，所述第一活动板18-4的靠近第二活动板18-6的侧面上设置有第一橡胶皮垫18-8，所述第二活动板18-6的靠近第一活动板18-4的侧面上设置有第二橡胶皮垫18-9。
本发明的斜巷运输矿车速度监测与捕获的方法，包括以下步骤：
步骤一、所述微处理器模块5对摄像头3拍摄的多帧矿车图像进行处理，判断矿车是否发生跑车，并计算跑车的运行加速度和监测点的瞬时速度；
步骤二、所述微处理器模块5根据跑车的运行加速度和监测点的瞬时速度以及监测单元和跑车捕获单元之间的安装距离，计算出跑车到达跑车捕获单元时的速度；
步骤三、所述微处理器模块5根据预先设置并存储在数据存储电路模块6中的跑车到达跑车捕获单元时的速度与斜坡减速板12所需调节的倾斜角度值的对应数据，从数据存储电路模块6中调取斜坡减速板12所需调节的倾斜角度值；
具体实施时，跑车到达跑车捕获单元时的速度越大，斜坡减速板12所需调节的倾斜角度值越大。
步骤四、所述微处理器模块5根据预先设置的斜坡减速板12倾斜角度值与第二双吊点电动葫芦15吊钩下降距离值的对应数据，从数据存储电路模块6中获取第二双吊点电动葫芦15吊钩的下降距离值；
步骤五、所述微处理器模块5通过无线通信模块7将第二双吊点电动葫芦15吊钩的下降距离值传输到PLC控制器中；
步骤六、所述PLC控制器通过控制第一双吊点电动葫芦14使斜坡减速板12的一侧边位于斜巷运输轨道20平面上，同时，通过控制第二双吊点电动葫芦15使斜坡减速板12的另一侧边下降，使斜坡减速板12相对于斜巷运输轨道20平面形成从数据存储电路模块6中获取的斜坡减速板12所需调节成的倾斜角度值；
步骤七、当跑车冲上斜坡减速板12后，跑车车轮到达车轮制动机构18中张开的第一活动板18-4和第二活动板18-6的中间，随着第一活动板18-4和第二活动板18-6中间距离的逐渐减小，对跑车车轮进行挤压，并通过第一弹簧18-5和第二弹簧18-7的弹力作用进行柔性减速；
步骤八、当跑车车轮经过第一活动板18-4和第二活动板18-6的末端后，第一活动板18-4和第二活动板18-6分别在第一弹簧18-5和第二弹簧18-7的作用下复位，对跑车车轮进行限位，使跑车车轮不能够倒退，实现对跑车的捕获。
本发明的方法步骤一中所述微处理器模块5对摄像头3拍摄的多帧矿车图像进行处理，判断矿车是否发生跑车，并计算跑车的运行加速度和监测点的瞬时速度的具体过程为：
步骤101、所述摄像头3将拍摄区域设定为监测区；
步骤102、所述微处理器模块5检测监测区内每帧图像中的多个Harris角点；
步骤103、所述微处理器模块5调用特征匹配模块提取每帧图像的特征集合，并将相邻两帧图像的特征集合进行匹配对应，生成匹配特征对集合；
步骤104、所述微处理器模块5根据匹配特征对集合，调用角点匹配模块对相邻两帧图像中的多个Harris角点进行角点匹配，找出相邻两帧图像中的多个Harris角点之间的一一对应关系；
步骤105、所述微处理器模块5计算相邻两帧图像中的多个Harris角点之间一一对应的位移值，根据公式
Figure GDA0002888494780000171
计算出第i个相邻两帧图像中所有Harris角点的总位移量dTi，并将i从1取到n，计算出所有相邻两帧图像中所有Harris角点的总位移量；其中，di,j为第i个相邻两帧图像中具有一一对应关系的第j个Harris角点的位移量，mi为第i个相邻两帧图像中具有一一对应关系的Harris角点的总个数，j的取值为1～mi的正整数，n为形成相邻两帧图像的总个数；
步骤106、所述微处理器模块5计算得到所有相邻两帧图像中所有Harris角点的位移平均值，其中，第i个相邻两帧图像中所有Harris角点的位移平均值dAi的计算公式为
Figure GDA0002888494780000181
步骤107、所述微处理器模块5根据公式ΔdPi＝dA(i+1)-dAi计算得到第i+1个相邻两帧图像中所有Harris角点的位移平均值dA(i+1)与第i个相邻两帧图像中所有Harris角点的位移平均值dAi的差值ΔdPi，并将i从1取到n-1；
步骤108、所述微处理器模块5根据公式
Figure GDA0002888494780000182
计算出将i从1取到n-1时所有ΔdPi的平均值ΔdB，当-dE＜ΔdB＜dE时，矿车处于匀速运行状态，未发生跑车；当ΔdB＞dE时，矿车处于加速运行状态，发生跑车，其中，dE为监测单元允许误差值；
步骤109、当矿车处于匀速运行状态时，计算矿车的运行速度；
步骤110、当矿车发生跑车，处于加速运行状态时，计算矿车的运行加速度和监测点的瞬时速度。
本发明的方法步骤102中所述微处理器模块5检测监测区内每帧图像中的多个Harris角点时，对图像I(x,y)中的多个Harris角点的检测过程为：
步骤1021、所述微处理器模块5根据公式
Figure GDA0002888494780000183
计算图像I(,x)在x轴方向上的梯度Ix，并根据公式
Figure GDA0002888494780000184
计算图像I(x,y)在y轴方向上的梯度Iy；
步骤1022、微处理器模块5计算每个像素点上的相关矩阵
Figure GDA0002888494780000191
其中，ω(x,y)为加权函数；
步骤1023、所述微处理器模块5根据公式R＝(ab-c2)-λ(a+b)2计算每个像素点的角点响应值R；其中，λ为经验常数，取值范围为0.04～0.06；
步骤1024、所述微处理器模块5在图像I(x,y)上中间位置处M×M的正方形范围内寻找角点响应值的极大值点，并将寻找到的角点响应值的极大值点定义为阈值，当像素点的角点响应值R大于阈值时，将该像素点确定为Harris角点。
本发明的方法步骤109中所述当矿车处于匀速运行状态时，计算矿车的运行速度的具体过程为：
步骤1091、所述微处理器模块5根据公式
Figure GDA0002888494780000192
计算得到所有相邻两帧图像中所有Harris角点位移平均值的总和；
步骤1092、所述微处理器模块5根据公式
Figure GDA0002888494780000193
计算出矿车的运行速度vy，其中，Δt为摄像头3拍摄到首帧图像与末帧图像之间的时间差。
本发明的方法步骤110中所述当矿车发生跑车，处于加速运行状态时，计算矿车的运行加速度和监测点的瞬时速度的具体过程为：
步骤1101、所述微处理器模块5对i从1取到n时，所有相邻两帧图像中所有Harris角点的位移平均值dAi以及对应的时间进行最小二乘法拟合，获得拟合函数ΦA；
步骤1102、所述微处理器模块5对i从1取到n时，所有相邻两帧图像中所有Harris角点的位移平均值dAi以及对应的时间依次代入拟合函数ΦA中，获取符合拟合函数ΦA的两组数据(dAa,ta1,ta2)和(dAb,tb1,tb2)，其中，dAa为第a个相邻两帧图像中所有Harris角点的位移平均值，ta1为第a个相邻两帧图像中前一帧图像的拍摄时间，ta2为第a个相邻两帧图像中后一帧图像的拍摄时间，dAb为第b个相邻两帧图像中所有Harris角点的位移平均值，tb1为第b个相邻两帧图像中前一帧图像的拍摄时间，tb2为第b个相邻两帧图像中后一帧图像的拍摄时间；
步骤1103、所述微处理器模块5通过公式
Figure GDA0002888494780000201
计算得到摄像头3拍摄第a个相邻两帧图像时，矿车的瞬时速度va；所述微处理器模块5通过公式
Figure GDA0002888494780000202
计算得到摄像头3拍摄第b个相邻两帧图像时，矿车的瞬时速度vb；
步骤1104、所述微处理器模块5通过公式
Figure GDA0002888494780000203
计算得到矿车的运行加速度aZ；
步骤1105、所述微处理器模块5通过公式
Figure GDA0002888494780000204
计算得到矿车在监测点的瞬时速度vz。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (9)

1.一种斜巷运输矿车的速度监测与捕获系统，其特征在于：包括设置在矿车斜巷运输轨道(20)外侧的速度监测单元和设置在斜巷运输轨道(20)正上方的跑车捕获单元；所述速度监测单元包括监测箱(1)，所述监测箱(1)的顶部设置有安装支架(2)，所述安装支架(2)上安装有用于拍摄矿车运行视频的摄像头(3)，所述监测箱(1)内设置有电路板以及用于为所述电路板上各用电模块供电的电源电路模块(4)，所述电路板上集成有视频采集传输电路，所述视频采集传输电路包括微处理器模块(5)以及与微处理器模块(5)相接的数据存储电路模块(6)、无线通信模块(7)和USB接口电路模块(8)，所述微处理器模块(5)的输出端接有声光报警电路模块(9)，所述无线通信模块(7)与布设在煤矿井下巷道内的无线通信中继器(10)无线通信并连接，所述摄像头(3)与USB接口电路模块(8)连接；所述跑车捕获单元包括支撑架(11)、斜坡减速板(12)和PLC控制器，所述支撑架(11)的顶部对称设置有第一双吊点电动葫芦(14)和第二双吊点电动葫芦(15)，所述第一双吊点电动葫芦(14)和第二双吊点电动葫芦(15)均与PLC控制器的输出端连接，所述斜坡减速板(12)的与斜巷运输轨道(20)垂直方向的一侧边的两端通过第一钢丝绳(16)与第一双吊点电动葫芦(14)的吊钩连接，所述斜坡减速板(12)的与斜巷运输轨道(20)垂直方向的另一侧边的两端通过第二钢丝绳(17)与第二双吊点电动葫芦(15)的吊钩连接，所述斜坡减速板(12)上设置有与斜巷运输轨道(20)位置对应的两个车轮制动机构(18)，所述斜坡减速板(12)上与斜巷运输轨道(20)方向相同的两侧和设置第二钢丝绳(17)的一侧均设置有钢丝网(19)；
所述车轮制动机构(18)包括设置在斜坡减速板(12)上的底板(18-1)，所述底板(18-1)上的一侧设置有第一支撑板(18-2)，所述底板(18-1)上的另一侧设置有第二支撑板(18-3)，所述第一支撑板(18-2)的一端铰接有第一活动板(18-4)，所述第一支撑板(18-2)的另一端和第一活动板(18-4)之间连接有第一弹簧(18-5)，所述第二支撑板(18-3)的一端铰接有第二活动板(18-6)，所述第二支撑板(18-3)的另一端和第二活动板(18-6)之间连接有第二弹簧(18-7)，所述第一活动板(18-4)的靠近第二活动板(18-6)的侧面上设置有第一橡胶皮垫(18-8)，所述第二活动板(18-6)的靠近第一活动板(18-4)的侧面上设置有第二橡胶皮垫(18-9)。
2.按照权利要求1所述的一种斜巷运输矿车的速度监测与捕获系统，其特征在于：所述微处理器模块(5)包括DSP芯片TMS320F28335、非极性电容C23、非极性电容C24、电感L3、电感L4、电感L5、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12和电阻R14，以及均与DSP芯片TMS320F28335相接的晶振电路、复位电路和时钟电路；所述DSP芯片TMS320F28335的第44引脚通过电感L3接地，所述DSP芯片TMS320F28335的第44引脚通过电感L4与电源电路模块(4)的3.3V电压输出端连接，所述DSP芯片TMS320F28335的第31引脚和第59引脚均与电感L5的一端连接，所述电感L5的另一端与电源电路模块(4)的1.9V电压输出端连接，所述DSP芯片TMS320F28335的第55引脚通过非极性电容C24接地，所述DSP芯片TMS320F28335的第56引脚通过非极性电容C23接地，所述DSP芯片TMS320F28335的第57引脚通过电阻R14接地，所述DSP芯片TMS320F28335的第78引脚通过电阻R12接地，所述DSP芯片TMS320F28335的第80引脚通过电阻R9与电源电路模块(4)的3.3V电压输出端连接，所述DSP芯片TMS320F28335的第85引脚通过电阻R11与电源电路模块(4)的3.3V电压输出端连接，所述DSP芯片TMS320F28335的第86引脚通过电阻R10与电源电路模块(4)的3.3V电压输出端连接，所述DSP芯片TMS320F28335的第105引脚通过电阻R8接地，所述DSP芯片TMS320F28335的第9引脚、第71引脚、第84引脚、第93引脚、第107引脚、第121引脚、第143引脚、第159引脚和第170引脚均与电源电路模块(4)的3.3V电压输出端连接，所述DSP芯片TMS320F28335的第4引脚、第15引脚、第23引脚、第29引脚、第61引脚、第101引脚、第109引脚、第117引脚、第126引脚、第139引脚、第146引脚、第154引脚和第167引脚均与电源电路模块(4)的1.9V电压输出端连接，所述DSP芯片TMS320F28335的第3引脚、第8引脚、第14引脚、第22引脚、第30引脚、第35引脚、第36引脚、第37引脚、第38引脚、第39引脚、第40引脚、第41引脚、第42引脚、第46引脚、第47引脚、第48引脚、第49引脚、第50引脚、第51引脚、第52引脚、第53引脚、第60引脚、第70引脚、第83引脚、第92引脚、第103引脚、第106引脚、第108引脚、第118引脚、第120引脚、第125引脚、第140引脚、第144引脚、第147引脚、第155引脚、第160引脚、第166引脚和第171引脚均接地；所述晶振电路包括晶振Y1、非极性电容C21、非极性电容C22和电阻R7，所述晶振Y1的一端、非极性电容C21的一端和电阻R7的一端均与DSP芯片TMS320F28335的第104引脚连接，所述晶振Y1的另一端、非极性电容C22的一端和电阻R7的另一端均与DSP芯片TMS320F28335的第102引脚连接，所述非极性电容C21的另一端和非极性电容C22的另一端均接地；所述复位电路包括复位芯片MAX811、按键S1和电阻R13，所述复位芯片MAX811的第4引脚和电阻R13的一端均与电源电路模块(4)的3.3V电压输出端连接，所述复位芯片MAX811的第3引脚和电阻R13的另一端均与按键S1的一端连接，所述复位芯片MAX811的第1引脚和按键S1的另一端均接地，所述复位芯片MAX811的第2引脚与DSP芯片TMS320F28335的第80引脚连接；所述时钟电路包括时钟芯片DS3231、非极性电容C57、非极性电容C58、电阻R143和电阻R166，所述时钟芯片DS3231的第2引脚与电源电路模块(4)的3.3V电压输出端连接，且通过非极性电容C57接地，所述时钟芯片DS3231的第5引脚接地，且通过非极性电容C58与时钟芯片DS3231的第6引脚连接，所述时钟芯片DS3231的第6引脚接地，所述时钟芯片DS3231的第7引脚通过电阻R166与电源电路模块(4)的3.3V电压输出端连接，且与DSP芯片TMS320F28335的第74引脚连接，所述时钟芯片DS3231的第8引脚通过电阻R143与电源电路模块(4)的3.3V电压输出端连接，且与DSP芯片TMS320F28335的第75引脚连接。
3.按照权利要求2所述的一种斜巷运输矿车的速度监测与捕获系统，其特征在于：所述数据存储电路模块(6)包括SRAM芯片IS61LV25616，所述SRAM芯片IS61LV25616的第1引脚、第2引脚、第3引脚、第4引脚、第5引脚、第18引脚、第19引脚、第20引脚、第21引脚、第22引脚、第23引脚、第24引脚、第25引脚、第26引脚、第27引脚、第42引脚、第43引脚和第44引脚依次对应与DSP芯片TMS320F28335的第151引脚、第152引脚、第153引脚、第156引脚、第157引脚、第158引脚、第161引脚、第162引脚、第163引脚、第164引脚、第165引脚、第168引脚、第169引脚、第172引脚、第173引脚、第174引脚、第175引脚和第176引脚连接，所述SRAM芯片IS61LV25616的第7引脚、第8引脚、第9引脚、第10引脚、第13引脚、第14引脚、第15引脚、第16引脚、第29引脚、第30引脚、第31引脚、第32引脚、第35引脚、第36引脚、第37引脚和第38引脚依次对应与DSP芯片TMS320F28335的第136引脚、第135引脚、第134引脚、第133引脚、第132引脚、第131引脚、第130引脚、第129引脚、第128引脚、第127引脚、第124引脚、第123引脚、第122引脚、第119引脚、第116引脚和第115引脚连接，所述SRAM芯片IS61LV25616的第6引脚、第17引脚和第41引脚依次对应与DSP芯片TMS320F28335的第141引脚、第137引脚和第149引脚连接，所述SRAM芯片IS61LV25616的第11引脚和第33引脚均与电源电路模块(4)的3.3V电压输出端连接，所述SRAM芯片IS61LV25616的第12引脚、第34引脚、第39引脚和第40引脚均接地。
4.按照权利要求2所述的一种斜巷运输矿车的速度监测与捕获系统，其特征在于：所述无线通信模块(7)和无线通信中继器(10)均为基于芯片CC2430的ZigBee无线通信模块；所述USB接口电路模块(8)包括USB接口U4、电容C42、电阻R43、电阻R44、电阻R45和电阻R46，所述USB接口U4的第1引脚与电源电路模块(4)的5V电压输出端连接，且通过电容C42接地；所述USB接口U4的第2引脚通过电阻R45与DSP芯片TMS320F28335的第28引脚连接，且通过电阻R44接地；所述USB接口U4的第3引脚通过电阻R46与DSP芯片TMS320F28335的第27引脚连接，且通过电阻R43接地；所述USB接口U4的第4引脚、第5引脚和第6引脚均接地；所述摄像头(3)接在USB接口U4上；所述声光报警电路模块(9)包括PNP型三极管Q4、蜂鸣器HA1、发光二极管D3、电阻R7和电阻R8，所述三极管Q4的基极通过电阻R7与DSP芯片TMS320F28335的第5引脚连接，所述三极管Q4的集电极接地，所述三极管Q4的发射极与蜂鸣器HA1的负极连接，所述蜂鸣器HA1的正极与电源电路模块(4)的5V电压输出端连接，所述发光二极管D3的阴极通过电阻R8与DSP芯片TMS320F28335的第6引脚连接，所述发光二极管D3的阳极与电源电路模块(4)的5V电压输出端连接。
5.一种采用如权利要求1所述系统进行矿车速度监测与捕获的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
步骤一、所述微处理器模块(5)对摄像头(3)拍摄的多帧矿车图像进行处理，判断矿车是否发生跑车，并计算跑车的运行加速度和监测点的瞬时速度；
步骤二、所述微处理器模块(5)根据跑车的运行加速度和监测点的瞬时速度以及监测单元和跑车捕获单元之间的安装距离，计算出跑车到达跑车捕获单元时的速度；
步骤三、所述微处理器模块(5)根据预先设置并存储在数据存储电路模块(6)中的跑车到达跑车捕获单元时的速度与斜坡减速板(12)所需调节的倾斜角度值的对应数据，从数据存储电路模块(6)中调取斜坡减速板(12)所需调节的倾斜角度值；
步骤四、所述微处理器模块(5)根据预先设置的斜坡减速板(12)倾斜角度值与第二双吊点电动葫芦(15)吊钩下降距离值的对应数据，从数据存储电路模块(6)中获取第二双吊点电动葫芦(15)吊钩的下降距离值；
步骤五、所述微处理器模块(5)通过无线通信模块(7)将第二双吊点电动葫芦(15)吊钩的下降距离值传输到PLC控制器中；
步骤六、所述PLC控制器通过控制第一双吊点电动葫芦(14)使斜坡减速板(12)的一侧边位于斜巷运输轨道(20)平面上，同时，通过控制第二双吊点电动葫芦(15)使斜坡减速板(12)的另一侧边下降，使斜坡减速板(12)相对于斜巷运输轨道(20)平面形成从数据存储电路模块(6)中获取的斜坡减速板(12)所需调节成的倾斜角度值；
步骤七、当跑车冲上斜坡减速板(12)后，跑车车轮到达车轮制动机构(18)中张开的第一活动板(18-4)和第二活动板(18-6)的中间，随着第一活动板(18-4)和第二活动板(18-6)中间距离的逐渐减小，对跑车车轮进行挤压，并通过第一弹簧(18-5)和第二弹簧(18-7)的弹力作用进行柔性减速；
步骤八、当跑车车轮经过第一活动板(18-4)和第二活动板(18-6)的末端后，第一活动板(18-4)和第二活动板(18-6)分别在第一弹簧(18-5)和第二弹簧(18-7)的作用下复位，对跑车车轮进行限位，使跑车车轮不能够倒退，实现对跑车的捕获。
6.按照权利要求5所述的方法，其特征在于：步骤一中所述微处理器模块(5)对摄像头(3)拍摄的多帧矿车图像进行处理，判断矿车是否发生跑车，并计算跑车的运行加速度和监测点的瞬时速度的具体过程为：
步骤101、所述摄像头(3)将拍摄区域设定为监测区；
步骤102、所述微处理器模块(5)检测监测区内每帧图像中的多个Harris角点；
步骤103、所述微处理器模块(5)调用特征匹配模块提取每帧图像的特征集合，并将相邻两帧图像的特征集合进行匹配对应，生成匹配特征对集合；
步骤104、所述微处理器模块(5)根据匹配特征对集合，调用角点匹配模块对相邻两帧图像中的多个Harris角点进行角点匹配，找出相邻两帧图像中的多个Harris角点之间的一一对应关系；
步骤105、所述微处理器模块(5)计算相邻两帧图像中的多个Harris角点之间一一对应的位移值，根据公式
Figure FDA0002888494770000071
计算出第i个相邻两帧图像中所有Harris角点的总位移量dTi，并将i从1取到n，计算出所有相邻两帧图像中所有Harris角点的总位移量；其中，di,j为第i个相邻两帧图像中具有一一对应关系的第j个Harris角点的位移量，mi为第i个相邻两帧图像中具有一一对应关系的Harris角点的总个数，j的取值为1～mi的正整数，n为形成相邻两帧图像的总个数；
步骤106、所述微处理器模块(5)计算得到所有相邻两帧图像中所有Harris角点的位移平均值，其中，第i个相邻两帧图像中所有Harris角点的位移平均值dAi的计算公式为
Figure FDA0002888494770000072
步骤107、所述微处理器模块(5)根据公式ΔdPi＝dA(i+1)-dAi计算得到第i+1个相邻两帧图像中所有Harris角点的位移平均值dA(i+1)与第i个相邻两帧图像中所有Harris角点的位移平均值dAi的差值ΔdPi，并将i从1取到n-1；
步骤108、所述微处理器模块(5)根据公式
Figure FDA0002888494770000073
计算出将i从1取到n-1时所有ΔdPi的平均值ΔdB，当-dE＜ΔdB＜dE时，矿车处于匀速运行状态，未发生跑车；当ΔdB＞dE时，矿车处于加速运行状态，发生跑车，其中，dE为监测单元允许误差值；
步骤109、当矿车处于匀速运行状态时，计算矿车的运行速度；
步骤110、当矿车发生跑车，处于加速运行状态时，计算矿车的运行加速度和监测点的瞬时速度。
7.按照权利要求6所述的方法，其特征在于：步骤102中所述微处理器模块(5)检测监测区内每帧图像中的多个Harris角点时，对图像I(x,y)中的多个Harris角点的检测过程为：
步骤1021、所述微处理器模块(5)根据公式
Figure FDA0002888494770000081
计算图像I(x,y)在x轴方向上的梯度Ix，并根据公式
Figure FDA0002888494770000082
计算图像I(x,y)在y轴方向上的梯度Iy；
步骤1022、所述微处理器模块(5)计算每个像素点上的相关矩阵
Figure FDA0002888494770000083
其中，ω(x,y)为加权函数；
步骤1023、所述微处理器模块(5)根据公式R＝(ab-c2)-λ(a+b)2计算每个像素点的角点响应值R；其中，λ为经验常数，取值范围为0.04～0.06；
步骤1024、所述微处理器模块(5)在图像I(x,y)上中间位置处M×M的正方形范围内寻找角点响应值的极大值点，并将寻找到的角点响应值的极大值点定义为阈值，当像素点的角点响应值R大于阈值时，将该像素点确定为Harris角点。
8.按照权利要求6所述的方法，其特征在于：步骤109中所述当矿车处于匀速运行状态时，计算矿车的运行速度的具体过程为：
步骤1091、所述微处理器模块(5)根据公式
Figure FDA0002888494770000084
计算得到所有相邻两帧图像中所有Harris角点位移平均值的总和；
步骤1092、所述微处理器模块(5)根据公式
Figure FDA0002888494770000085
计算出矿车的运行速度vy，其中，Δt为摄像头(3)拍摄到首帧图像与末帧图像之间的时间差。
9.按照权利要求6所述的方法，其特征在于：步骤110中所述当矿车发生跑车，处于加速运行状态时，计算矿车的运行加速度和监测点的瞬时速度的具体过程为：
步骤1101、所述微处理器模块(5)对i从1取到n时，所有相邻两帧图像中所有Harris角点的位移平均值dAi以及对应的时间进行最小二乘法拟合，获得拟合函数ΦA；
步骤1102、所述微处理器模块(5)对i从1取到n时，所有相邻两帧图像中所有Harris角点的位移平均值dAi以及对应的时间依次代入拟合函数ΦA中，获取符合拟合函数ΦA的两组数据(dAa,ta1,ta2)和(dAb,tb1,tb2)，其中，dAa为第a个相邻两帧图像中所有Harris角点的位移平均值，ta1为第a个相邻两帧图像中前一帧图像的拍摄时间，ta2为第a个相邻两帧图像中后一帧图像的拍摄时间，dAb为第b个相邻两帧图像中所有Harris角点的位移平均值，tb1为第b个相邻两帧图像中前一帧图像的拍摄时间，tb2为第b个相邻两帧图像中后一帧图像的拍摄时间；
步骤1103、所述微处理器模块(5)通过公式
Figure FDA0002888494770000091
计算得到摄像头(3)拍摄第a个相邻两帧图像时，矿车的瞬时速度va；所述微处理器模块(5)通过公式
Figure FDA0002888494770000092
计算得到摄像头(3)拍摄第b个相邻两帧图像时，矿车的瞬时速度vb；
步骤1104、所述微处理器模块(5)通过公式
Figure FDA0002888494770000093
计算得到矿车的运行加速度aZ；
步骤1105、所述微处理器模块(5)通过公式
Figure FDA0002888494770000094
计算得到矿车在监测点的瞬时速度vz。
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