CN209305601U - 一种矿山机车运输监控系统测距定位装置 - Google Patents

Abstract

一种矿山机车运输监控系统测距定位装置，属于机车定位装置。定位装置的无线接收器之间通过光缆连接，无线接收器通过环网交换机与上位机系统连接；上位机系统上有按比例的定位模拟地图；磁钢安装在机车车轮上，差分频率测距传感器安装在与磁钢相对应的车轮旁边的机车上；位置校准标识卡安装在轨道上，位置校准标识卡将卡号信号输出给车载机；车载机通过通信线缆与差分频率测距传感器连接，所有信号通过无线接收器、环网交换机发送给上位机系统，上位机系统将接收到的信息校准到模拟图，标识卡的位置上，做到机车运输定位的准确性。优点：硬件上技术成熟、成本低廉、性能稳定。实现矿山机车实时定位，满足矿山机车的精确定位。

Description

一种矿山机车运输监控系统测距定位装置

技术领域

本发明涉及一种机车定位装置，特别是一种矿山机车运输监控系统测距定位装置。

背景技术

轨道运输是一种利用轨道运输机车的方便、快捷且运量大的运输方式，运输机车能够安全行驶在错综复杂的轨道上，完全依赖于对运输机车的精确定位，为了对运输机车实施精确定位管理，一般采用有线定位管理和无线定位管理。

目前，煤矿机车定位方式多种多样，一些机车定位时利用在轨道上安装位置传感器，利用信号接收器识别位置传感器的编码，来实现机车的定位，但是采用此种方式定位时，轨道上需要安装大量的位置传感器，并且这些位置传感器，长期处于一个潮湿、频繁碰撞的环境下，硬件多、环境差，所以位置传感器非常容易坏。另外一些机车定位采用无线基站定位，无线基站定位的技术优势在于安装方便安装，安装环境良好，但是无线定位精准度是由信号强弱计算而定的，所有无线在精确度上都有巨大缺陷，除此之外，煤矿井下环境复杂，对无线信号的干扰性比较大，所以煤矿井下环境会影响到无线信号的精确度。

发明内容

本发明的目的是要提供一种矿山机车运输监控系统测距定位装置，解决煤矿井下环境对无线信号的干扰性比较大，位置传感器非常容易坏的问题；实现煤矿矿山机车运输监控精确定位。

本发明的目的是这样实现的：精确定位系统包括：位置校准标识卡、车载机、无线接收器、磁钢、差分频率测距传感器、环网交换机和上位机系统；无线接收器之间通过光缆连接，无线接收器通过环网交换机与上位机系统连接；上位机系统上有按比例的定位模拟地图；车载机安装在机车上，磁钢安装在机车的车轮上，差分频率测距传感器安装在与磁钢相对应的车轮旁边的机车上，差分频率测距传感器能感应磁钢的信号，并输出车轮的转动次数，能判定机车是前进或者是倒退；位置校准标识卡以80-300米距离间隔安装在轨道上，位置校准标识卡实时向车载机发出位置校准标识卡自身的卡号，并将卡号信号输出给车载机；车载机通过通信线缆与差分频率测距传感器连接，车载机将接收到的差分频率测距传感器的所有信息转变为无线信号，通过无线发射模块无线发送给无线接收器，无线接收器将接收到的所有信息通过环网交换机发送给上位机系统，上位机系统根据车轮在单位时间内转动的次数，计算出机车行驶的距离，上位机系统接收到位置校准标识卡的信息时，会将机车校准到模拟图，标识卡的位置上，以此做到机车运输定位的准确性。

所述的车载机：车载机内安装有位置校准标识卡接收器、无线发射模块和差分频率测距传感器接口；位置校准标识卡接收器以串口形式与车载机的无线发射模块连接；差分频率测距传感器通过通信电缆连接到车载机主板上，车载机主板以串口的形式将数据传输给车载机无线发射模块，车载机无线发射模块将所有的数据以无线的形式发送给无线接收器。

所述的无线接收器包括：无线接收模块和光电交换机；无线接收模块通过网线与光电交换机连接；无线接收模块接收到信号后以串口的形式转换为网络信号，网络信号通过网线传给光电交换机，光电交换机将网络信号转换为光信号，光电交换机与环网交换机连接，最后环网交换机将光信号传到上位机系统。

所述的位置校准标识卡包括有电池和卡号无线发射器，每一个位置校准标识卡在出厂时即配置有身份标识卡号，电池供电，卡号无线发射器向外发送本机的身份标识卡号信号。

所述的磁钢：为一个强磁体，安装在机车的车轮上。

所述的差分频率测距传感器包括：双霍尔感应头和频率信号输出模块，双霍尔感应头将感应到的磁信号通过频率信号输出模块输出频率信号；双霍尔感应头能够区分出磁信号通过的方向。

所述的上位机系统包括：计算机和数据库；在计算机中安装有上位机软件，数据库保存所有传送来的数据文件，以便查询；上位机软件包括：参数初始化程序、模拟定位地图、定位逻辑控制程序。

有益效果，由于采用了上述方案，车载机安装在运输机车上，通过车载机与差分频率测距传感器之间的通讯，利用校准标识卡号进行位置校准，实现机车定位。该方式在定位上投入的硬件数量少，并且硬件的技术非常成熟，故障率低、准确度高。差分频率测距传感器利用霍尔器件原理技术精确测定机车行驶的距离。在机车行驶过程中如果出现了误差现象还可以通过校准标识卡来实现位置校准工作。车载机以无线的形式将所有数据实时上传无线接收器，无线接收器与光电信号转换模块连接，将无线信息转换为光信号，保障了信号传输的稳定性。能够在恶劣的环境下，保证矿山机车定位功能。

优点：差分频率测距传感器灵敏度和精确的非常高；校准标识卡只发送自身的无线卡号，不处理无线信号，并且没有信号数据交换功能，因此无线发射稳定；无线接收模块与光电信号转换模块连接，最终将所有数据以光信号上传给上位机系统，因此有非常稳定的信号传输路径。硬件上技术成熟、成本低廉、性能稳定。通过此技术非常适合矿山机车运输监控系统的定位。

附图说明

图1为本发明的定位系统结构图。

图2为本发明的车载机与差分频率测距传感器通信结构图。

图中，1、上位机系统；2、无线接收器；3、车载机；4、磁钢；5、位置校准标识卡；6、差分频率测距传感器。

具体实施方式

本发明的精确定位系统包括：位置校准标识卡、车载机、无线接收器、磁钢、差分频率测距传感器、环网交换机和上位机系统；无线接收器之间通过光缆连接，无线接收器通过环网交换机与上位机系统连接；上位机系统上有按比例的定位模拟地图；车载机安装在机车上，磁钢安装在机车的车轮上，差分频率测距传感器安装在与磁钢相对应的车轮旁边的机车上，差分频率测距传感器能感应磁钢的信号，并输出车轮的转动次数，能判定机车是前进或者是倒退；位置校准标识卡以80-300米距离间隔安装在轨道上，位置校准标识卡实时向车载机发出位置校准标识卡自身的卡号，并将卡号信号输出给车载机；车载机通过通信线缆与差分频率测距传感器连接，车载机将接收到的差分频率测距传感器的所有信息转变为无线信号，通过无线发射模块无线发送给无线接收器，无线接收器将接收到的所有信息通过环网交换机发送给上位机系统，上位机系统根据车轮在单位时间内转动的次数，计算出机车行驶的距离，上位机系统接收到位置校准标识卡的信息时，会将机车校准到模拟图，标识卡的位置上，以此做到机车运输定位的准确性。

所述的车载机：车载机内安装有位置校准标识卡接收器、无线发射模块和差分频率测距传感器接口；位置校准标识卡接收器以串口形式与车载机的无线发射模块连接；差分频率测距传感器通过通信电缆连接到车载机主板上，车载机主板以串口的形式将数据传输给车载机无线发射模块，车载机无线发射模块将所有的数据以无线的形式发送给无线接收器。

所述的无线接收器包括：无线接收模块和光电交换机；无线接收模块通过网线与光电交换机连接；无线接收模块接收到信号后以串口的形式转换为网络信号，网络信号通过网线传给光电交换机，光电交换机将网络信号转换为光信号，光电交换机与环网交换机连接，最后环网交换机将光信号传到上位机系统。

所述的位置校准标识卡包括有电池和卡号无线发射器，每一个位置校准标识卡在出厂时即配置有身份标识卡号，电池供电，卡号无线发射器向外发送本机的身份标识卡号信号。

所述的磁钢：为一个强磁体，安装在机车的车轮上。

所述的差分频率测距传感器包括：双霍尔感应头和频率信号输出模块，双霍尔感应头将感应到的磁信号通过频率信号输出模块输出频率信号；双霍尔感应头能够区分出磁信号通过的方向。

所述的上位机系统包括：计算机和数据库；在计算机中安装有上位机软件，数据库保存所有传送来的数据文件，以便查询；上位机软件包括：参数初始化程序、模拟定位地图、定位逻辑控制程序。

基于精确定位装置的定位方法步骤包括：

步骤1、无线接收器按80-300米距离间隔布置煤矿巷道的顶部或者两侧；位置校准标识卡按80-300米距离间隔安装在轨道上；

步骤2、运行上位机系统，与无线接收器实现通讯；

步骤3、车载机接收位置校准标识卡的身份标识号和差分频率测距传感器的频率信号，并将数据以无线的形式发送给无线接收器；

步骤4、无线接收器通过环网交换机上传给上位机系统；

步骤5、上位机系统中有以实际比例绘制的模拟定位地图，无线接收器和位置校准标识卡的实际位置分别标注在模拟定位地图相应的位置处；

步骤6、在机车上安装有车载机，机车开始运行时，上位机系统接收到车载机通过无线接收器传送过来的信息后，首先根据位置校准标识卡号的身份标识号信号，立即将车载机初始的位置定位在定位地图的此卡位置处，然后将接收到的差分频率测距传感器的频率信号经过上位机系统分析计算出机车前进或倒退的距离，确定机车的位置；当机车行驶到下一个位置校准标识卡号的位置时，机车位置会进行一个校准，实现对机车的精确定位。

上位机系统运行方法：

步骤1、接通上位机系统的计算机电源，对上位机系统进行初始化配置；

步骤2、在数据库中建立一个数据库文件，配置上位机软件连接到数据库；

步骤3、管理人员依据机车的实际运行轨迹，按实际地图比例在上位机系统的计算机上绘制模拟定位地图；定义无线接收器和位置校准标识卡在上位机系统上的标识；

步骤4、按照现实中无线接收器和位置校准标识卡实际的安装位置，在模拟定位地图对应的位置上分别绘制模拟无线接收器的标识和位置校准标识卡的标识，在上位机系统模拟定位地图上的无线接收器的标识位置和位置校准标识卡的标识位置分别与实际无线接收器和位置校准标识卡的安装位置一致；

在模拟定位地图上添加位置校准标识卡的标识，在上位机系统模拟定位地图上的位置校准标识卡的标识位置与实际位置校准标识卡的安装位置一致；

步骤5、上位机系统接收到数据后，依据上位机系统上的定位逻辑控制程序配置具体的定位逻辑控制策略；对机车进行位置校准。

所述的定位逻辑控制策略：

（1）当测距定位装置的所有设备正常供电后，与车载机相近的多个无线接收器都会接收到车载机传送来的位置校准标识卡的身份标识卡号信号，所有的无线接收器将接收到的身份标识卡号信号传送给上位机系统；上位机系统判定出身份标识卡号信号最强的无线接收器，并将身份标识卡号信号最强的无线接收器的位置作为车载机的初始位置；

（2）在上位机系统的模拟定位地图上定位车载机的初始位置，将模拟车载机图标标定在模拟定位地图的车载机初始位置上；

（3）车载机在运行过程中，差分频率测距传感器感应出磁钢随车轮转动的频率信号，并将感应到的频率信号通过车载机无线上传送给无线接收器，无线接收器将差分频率测距传感器的频率信号传送给上位机系统，上位机系统软件根据时间和接收的车载机车轮转动频率，计算出车载机行驶的距离；

（4）在模拟定位地图上精确显示出机车的位置、速度、方向；当机车出现位置误差时，上位机系统根据接收到的位置校准标识卡的位置信息，对机车进行位置校准；

（5）当车载机不断将位置校准标识卡的身份标识卡号信号发送到上位机系统时，上位机系统即时将模拟车载机图标定位到模拟地图位置校准标识卡的位置上，完成对车载机实际位置定位；

（6）模拟车载机图标随时间和车轮转动频率的变化，在上位机系统的模拟定位地图上移动；

（7）后面车载机运行的定位逻辑控制策略以此类推。

实施例1：本发明的精确定位装置包括：位置校准标识卡、车载机、差分频率测距传感器、磁钢、无线接收器、环网交换机和上位机系统；

需要定位的距离为1500米，无线接收器之间通过光缆连接，无线接收器之间距离为150m，需要布置10个无线接收器，无线接收器通过环网交换机与上位机系统连接；位置校准标识卡间距50米安装一个，需要安装300个位置校准标识卡。上位机系统上有根据实际比例的定位地图，地图上标有模拟实际位置校准标识卡。车载机通过通信电缆接收差分频率测距传感器信号，车载机与位置校准标识卡无线通讯，车载机通过无线信号发送给无线接收器。

所述的车载机：内安装有蓝牙读卡模块和zigbee无线发射模块，蓝牙读卡模块以串口形式与zigbee无线发射模块连接；蓝牙读卡模块读到蓝牙位置校准标识卡后以串口的型式转换给zigbee无线发射模块，通过无线zigbee无线发射模块发射给无线接收器。

所述的无线接收器内包括有zigbee接收模块、光电交换机，zigbee接收模块通过网线与光电交换机连接；zigbee接收模块接收到信号后以串口的形式转换为网络信号，网络信号通过网线传给光电交换机，网络信号通过光电交换机内部转换为光信号，光信号上传到上位机系统。

所述的位置校准标识卡：电池供电，只向外发送自身的蓝牙标识码。

所述的差分频率测距传感器：通过通信电缆与车载机连接，由车载机供电，内部含有双霍尔感应模块，能够将感应的磁信号转换为频率信号输出。

上位机系统操作方法：

步骤1、先到数据库程序中新建立一个名字为“jichedingwei”的数据库文件

步骤2、打开上位机软件，初始化配置，配置上位机软件连接到“jichedingwei”数据库；

步骤3、按实际地图比例在上位机系统界面上绘制模拟地图；

步骤4、在模拟地图上添加无线接收器，无线接收器在上位机系统模拟地图上的位置与实际无线接收器150m的间距安装位置一致；

步骤4、在模拟地图上添加位置校准标识卡，位置校准标识卡在上位机系统模拟地图上的位置与实际位置校准标识卡50米的间距安装位置一致；

步骤5、在定位逻辑控制程序上配置定位逻辑控制策略

步骤6、上位机系统接收到数据后，数据内容包括：位置校准标识卡卡号、差分频率测距传感器速度信号，根据定位逻辑控制策略，计算出模拟画面上会精确显示机车位置、速度、方向，当机车出现位置误差的时候，上位机系统此时接收到的5号位置校准标识卡的位置信息时，机车就会立刻校正到5号位置校准标识卡的位置上。

实施例2：本发明的精确定位系统：

所述的车载机：内安装有无源射频读卡模块和wifi无线发射模块，无源射频读卡模块以串口形式与wifi无线发射模块连接；无源射频读卡模读到无源射频卡位置校准标识卡后以串口的型式转换给wifi无线发射模块，通过无线wifi无线发射模块发射给无线接收器。

所述的无线接收器内包括有wifi接收模块、光电交换机，wifi接收模块通过网线与光电交换机连接；wifi接收模块接收到信号后以串口的形式转换为网络信号，网络信号通过网线传给光电交换机，网络信号通过光电交换机内部转换为光信号，光信号上传到上位机系统。

所述的位置校准标识卡：电池供电，只向外发送自身的无源射频卡号。

所述的差分频率测距传感器：通过通信电缆与车载机连接，由车载机供电，内部含有双霍尔感应模块，能够将感应的磁信号转换为频率信号输出。

其他与实施例1同。

实施例3：本发明的精确定位系统：

所述的车载机：内安装有无源射频读卡模块和4G无线发射模块，无源射频读卡模块以串口形式与4G无线发射模块连接；无源射频读卡模读到无源射频卡位置校准标识卡后以串口的型式转换给4G无线发射模块，通过无线4G无线发射模块发射给无线接收器。

所述的无线接收器内包括有4G接收模块、光电交换机，4G接收模块通过网线与光电交换机连接；4G接收模块接收到信号后以串口的形式转换为网络信号，网络信号通过网线传给光电交换机，网络信号通过光电交换机内部转换为光信号，光信号上传到上位机系统。

其他与实施例1、实施例2同。

Claims (7)

1.一种矿山机车运输监控系统测距定位装置，其特征是：精确定位系统包括：位置校准标识卡、车载机、无线接收器、磁钢、差分频率测距传感器、环网交换机和上位机系统；无线接收器之间通过光缆连接，无线接收器通过环网交换机与上位机系统连接；上位机系统上有按比例的定位模拟地图；车载机安装在机车上，磁钢安装在机车的车轮上，差分频率测距传感器安装在与磁钢相对应的车轮旁边的机车上，差分频率测距传感器能感应磁钢的信号，并输出车轮的转动次数，能判定机车是前进或者是倒退；位置校准标识卡以80-300米距离间隔安装在轨道上，位置校准标识卡实时向车载机发出位置校准标识卡自身的卡号，并将卡号信号输出给车载机；车载机通过通信线缆与差分频率测距传感器连接，车载机将接收到的差分频率测距传感器的所有信息转变为无线信号，通过无线发射模块无线发送给无线接收器，无线接收器将接收到的所有信息通过环网交换机发送给上位机系统，上位机系统根据车轮在单位时间内转动的次数，计算出机车行驶的距离，上位机系统接收到位置校准标识卡的信息时，会将机车校准到模拟图，标识卡的位置上，以此做到机车运输定位的准确性。

2.根据权利要求1所述的一种矿山机车运输监控系统测距定位装置，其特征是：所述的车载机：车载机内安装有位置校准标识卡接收器、无线发射模块和差分频率测距传感器接口；位置校准标识卡接收器以串口形式与车载机的无线发射模块连接；差分频率测距传感器通过通信电缆连接到车载机主板上，车载机主板以串口的形式将数据传输给车载机无线发射模块，车载机无线发射模块将所有的数据以无线的形式发送给无线接收器。

3.根据权利要求1所述的一种矿山机车运输监控系统测距定位装置，其特征是：所述的无线接收器包括：无线接收模块和光电交换机；无线接收模块通过网线与光电交换机连接；无线接收模块接收到信号后以串口的形式转换为网络信号，网络信号通过网线传给光电交换机，光电交换机将网络信号转换为光信号，光电交换机与环网交换机连接，最后环网交换机将光信号传到上位机系统。

4.根据权利要求1所述的一种矿山机车运输监控系统测距定位装置，其特征是：所述的位置校准标识卡包括有电池和卡号无线发射器，每一个位置校准标识卡在出厂时即配置有身份标识卡号，电池供电，卡号无线发射器向外发送本机的身份标识卡号信号。

5.根据权利要求1所述的一种矿山机车运输监控系统测距定位装置，其特征是：所述的磁钢：为一个强磁体，安装在机车的车轮上。

6.根据权利要求1所述的一种矿山机车运输监控系统测距定位装置，其特征是：所述的差分频率测距传感器包括：双霍尔感应头和频率信号输出模块，双霍尔感应头将感应到的磁信号通过频率信号输出模块输出频率信号；双霍尔感应头能够区分出磁信号通过的方向。

7.根据权利要求1所述的一种矿山机车运输监控系统测距定位装置，其特征是：所述的上位机系统包括：计算机和数据库；在计算机中安装有上位机软件，数据库保存所有传送来的数据文件，以便查询；上位机软件包括：参数初始化程序、模拟定位地图、定位逻辑控制程序。