CN209589075U - 一种矿车和基于gis的井底车场矿车定位系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种矿车和基于GIS的井底车场矿车定位系统，其矿车，包括，料斗、电气腔、密封孔、密封槽、感应槽，所述电气腔与料斗之间通过底板分割，电气腔内分别安装有气泵、主板、移动节点、电池，且所述电气腔内壁上分别设置感应槽、密封孔、限位块，所述密封孔内安装有数据线，数据线将天线分别与功率放大器、信号耦合器通讯连接，天线分别为读写天线、能量天线；所述密封槽与电气腔之间的台面上设置有密封圈，密封板装入密封槽内且与台面一起挤压密封圈；所述密封板上还设置有凸板部分，所述凸板部分装入电气腔内，且凸板部分与电气腔内壁由上至下依次设置有密封气环、感应圈，所述密封气环、感应圈套装在凸板部分外壁上。

Description

一种矿车和基于GIS的井底车场矿车定位系统

技术领域

本实用新型涉及井下定位技术，特别是涉及一种矿车和基于GIS的井底车场矿车定位系统。

背景技术

在授权公告号为CN104730488B的中国发明专利中公开了一种井下精确定位方法，其主要通过中转器接收移动节点的信号，并且计算信号强度对移动节点进行定位，从而获得相对精确的井下定位效果。目前在实际实施时，上述专利是结合井下的GIS系统进行定位，但是在申请人进行实际测试过程中，发现这种定位方式很容易受到环境的干扰，如周边障碍物、移动速度、网络延迟等等，从而导致定位存在一定的误差，加上实际施工时，各个设备存在的误差，从而导致定位效果还是不理想，特别是移动目标相对较快时，如运行的矿车，其定位效果显得很不理想，而且对整个系统的运算负荷比较大。

因此，申请人在上述专利的基础上进行了改进，从而将RFID技术、GIS系统、以及上述井下精确定位方法进行结合以得到较为精确的定位效果。

实用新型内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种矿车和基于GIS的井底车场矿车定位系统，其能够对矿车进行精确定位。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种矿车，包括，料斗、电气腔、密封孔、密封槽、感应槽，所述电气腔与料斗之间通过底板分割，电气腔内分别安装有移动节点、电池，且所述电气腔内壁上分别设置感应槽、密封孔、限位块，所述密封孔内安装有数据线，数据线将天线分别与功率放大器、信号耦合器通讯连接，天线分别为读写天线、能量天线；

所述密封槽与电气腔之间的台面上设置有密封圈，密封板装入密封槽内且与台面一起挤压密封圈；

所述密封板上还设置有凸板部分，所述凸板部分装入电气腔内，且凸板部分与电气腔内壁由上至下依次设置有密封气环、感应圈，所述密封气环、感应圈套装在凸板部分外壁上。

优选地，电气腔内还安装有气泵、主板，所述主板上设置有充放电电路、电量检测电路、MCU、继电器，所述MCU的第一信号端与两块感应片的其中一块导电连接，两块感应片与感应圈压紧接触，感应圈采用超吸水性纤维制成，且其内部针织缝合有能够溶于水的电解质，感应圈未吸水时为绝缘状态，吸水后电解质溶解，其为导电状态；另一感应片与电阻串联后与充放电电路的放电端导电连接；

所述MCU的第二信号端与继电器的控制端通讯连接，继电器的静触点与充放电电路的放电端导电连接、常开触点与气泵的接电端导电连接；气泵的排气端通过气管与密封气环的内腔连通。

优选地，所述气管上串联有单向气嘴，气流方向为由气泵至内腔。

优选地，当MCU检测到感应圈吸水导电时，MCU控制继电器闭合，气泵运行；

MCU的第三信号端与PLC通讯连接，当其感应圈吸水导电时，还向PLC发送进水信号， PLC通过无线模块外发进水信号。

优选地，所述移动节点，包括：

无线模块，用于和中转器无线通讯；

RFID读写器，用于读取电子标签的数据；

信号耦合器，其与RFID读写器的读写信号端通讯连接，且将RFID读写器的读写信号耦合为两路，一路与读写天线通信连接、另一路通过功率放大器放大功率后与能量天线通讯连接；通过功率放大器放大信号功率，再由能量天线发出；

功率放大器，用于放大信号耦合器耦合的一路信号；

存储器，用于存储数据；

PLC，用于收发、解析控制指令，且根据预设程序进行参数计算；

无线模块、RFID读写器、存储器的信号端分别与ＰＬＣ的不同信号端通讯连接。

优选地，无线模块、PLC、存储器、RFID读写器分别通过充放电电路供电，充放电电路用于对电池进行充放电；

电池还与电量检测电路导电连接，从而通过电量检测电路检测电池电量，电量检测电路的信号端与PLC通讯连接，在电量低于PLC内置程序的阈值时，PLC控制无线模块发送电量不足信息。

优选地，天线包括水平部分和竖直部分，部分天线单独与无线模块的信号端通讯连接。

本实用新型还公开了一种基于GIS的井底车场矿车定位系统，包括：

总控主机，其有GIS软件，GIS软件中存储有井下的地图、巷道分布图，总控主机具有网络模块，其与路由器通讯连接；

路由器，用于和各个中转器通讯连接，且实现总控主机通过路由器与各个中转器的通信连接；

中转器，设置在井下、用于和接收移动节点进行通讯；

移动节点，其设置在矿车上，且用于和中转器无线通讯，另外移动节点还可读取电子标签的信息；

电子标签，具有数个且分别沿着轨道安装，用于记载轨道信息。

优选地，路由器为ZigBee路由器；中转器为ZigBee中继器；移动节点内置的无线模块为ZigBee模块。

优选地，网络模块为有线网卡或无线网卡。

本实用新型的有益效果是：本实用新型能够对动态运行的矿车进行精确定位，从而便于井下调度、监控以及事故发生时进行精确避难指导。

附图说明

图1是本实用新型的系统构成示意图。

图2是本实用新型的矿车内置电气设备框图。

图3是本实用新型的矿车结构示意图。

图4是图3中F1处放大图。

图5是本实用新型的矿车结构示意图。

图6是本实用新型的感应圈结构示意图。

图7是本实用新型的轨道及电子标签安装结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明：

参见图1-图7，基于GIS的井底车场矿车定位系统，包括：

总控主机，其有GIS软件，GIS软件中存储有井下的地图、巷道分布图等，本实施例采用PC主机作为总控主机，本实施例的总控主机具有网络模块，其与路由器通讯连接；

路由器，用于和各个中转器通讯连接，且实现总控主机通过路由器与各个中转器的通信连接，本实施例的路由器采用ZigBee路由器；

中转器，设置在井下、用于和接收移动节点进行通讯，其为中继器的一种，本实施例中采用公开号为CN207352157U的中国专利中记载的中转器；本实施例中的中转器可以采用ZigBee协议的中继器。

移动节点420，其设置在矿车上，且用于和中转器无线通讯，另外移动节点还读取RFID电子标签的信息；本实施例的移动节点采用公开号CN207366734U的中国专利改进而成；

电子标签610，具有数个且分别沿着轨道510安装，用于记载轨道信息，所述轨道信息可以是由预设起点至当前电子标签610的长度，预设起点一般选择洞口处轨道。本实施例中，各个电子标签610按照间距为1-2米的距离沿着轨道510安装，且矿车从轨道上经过时，移动节点420可以读取电子标签610的数据。

所述移动节点420内置有：

无线模块，用于和中转器无线通讯，实际使用时，各个中转器通过接收无线模块的信号判断其信号强度，并利用授权公告号为CN104730488B的中国发明专利技术推算移动节点的位置。本实施例中，无线模块采用ZigBee模块；

RFID读写器，用于读取电子标签的数据，本实施例中，可以只选用RFID读取器；

信号耦合器，其与RFID读写器的读写信号端通讯连接，且将RFID读写器的读写信号耦合为两路，一路与读写天线通信连接、另一路通过功率放大器放大功率后与能量天线通讯连接；通过功率放大器放大信号功率，再由能量天线发出，可以大大增加读写天线对电子标签的读写能力，从而提高RFID读写器对电子标签的读写能量；

功率放大器，用于放大信号耦合器耦合的一路信号，从而提高RFID读写器对电子标签的读写能量；

存储器，用于存储数据，本实施例选用SD卡作为存储器；

PLC，用于收发、解析控制指令，且根据预设程序进行参数计算；

无线模块、RFID读写器、存储器的信号端分别与ＰＬＣ的不同信号端通讯连接，从而使得无线模块、RFID读写器、存储器能够与ＰＬＣ进行数据交互。

使用时，ＰＬＣ根据预设程序定时通过无线模块向中转器发送无线信号，中转器将无线信号转送入路由器，路由器再送入总控主机，总控主机根据信号强度、ＧＩＳ软件内的地图信息推算移动节点位置，从而确定矿车位置（现有技术）。这种定位方式能够满足日常的监控需求。

在需要调度、井下发生紧急事故时或其它需要精确定位矿车位置的情况时，总控主机通过路由器向各个中转器发送需要定位的矿车（移动节点）指令，各个中转器进行广播，从而将指令送达对应的移动节点，移动节点通过无线模块收取指令，然后转送至ＰＬＣ进行解析后，ＰＬＣ控制RFID读写器发出读写信号，从而对其附近的电子标签进行读取，然后将读取的信息通过无线模块发送至中转器，在通过中转器发送回路由器，路由器转送至总控主机，总控主机根据读取的电子标签信息、结合中转器读取到的移动节点信号强度、内置的GIS软件地图对即可矿车进行精确定位。当读取的电子标签数据只有一个时，说明矿车在此电子标签附件，有两个或以上时（目前一般最多读取两个），说明矿车在这几个电子标签之间。这种定位方式与依靠信号强度定位的方式相比，其精度很高，而且受到环境的影响很小，从而获得的定位数据十分可靠。在进行井下调度时也能防止定位不准造成的混乱，就算矿车在运行时，去也能读取电子标签信号，从而根据矿车车速就能够推算矿车位置。本实施例选择的方式为，对运行的矿车多次读取电子标签，通过每次读取的电子标签信息判断矿车位移，通过位移及间隔时间即可推算车速。

所述移动节点的无线模块、PLC、存储器、RFID读写器分别通过充放电电路供电，充放电电路用于对电池410进行充放电，可以直接采用现有电子设备的充放电电路。电池还与电量检测电路导电连接，从而通过电量检测电路检测电池电量，电量检测电路的信号端与PLC通讯连接，在电量低于PLC内置程序的阈值时，PLC控制无线模块发送电量不足信息，从而可以提醒维护人员补充电量，这是现有技术，可以采用现有手机的电量检测电路。

所述充放电电路、电量检测电路均设置在主板430上，所述主板430上还安装有MCU、继电器，所述MCU的第一信号端与两块感应片450的其中一块导电连接，两块感应片450与感应圈460导电连接，感应圈460采用超吸水性纤维制成，且其内部针织缝合有能够溶于水的电解质461，如氢氧化钠、氯化钠等，感应圈460未吸水时为绝缘状态，吸水后电解质461溶解，其为导电状态；另一感应片450与电阻串联后与充放电电路的放电端导电连接。本实施例的电阻选用3欧电阻，电阻起到负载的作用。当感应圈460吸水导电后，两个感应片450之间形成回路，从而使得MCU获得信号输入，此时MCU判断感应圈460吸水导电。

所述MCU的第二信号端与继电器的控制端通讯连接，继电器的静触点与充放电电路的放电端导电连接、常开触点与气泵的接电端导电连接，从而可通过继电器控制气泵440的运行；

气泵440的排气端通过气管与密封气环140的内腔141连通，从而可以通过气泵对内腔141充气，当然所述气管上可以串联一个单向气嘴，从而防止内腔的气反向流入气泵。

当MCU检测到感应圈460吸水导电时，MCU控制继电器闭合，也就是常开触点与静触点导电连接，此时气泵运行，从而对密封气环进行充气以增加电气腔102的密封性。从而避免电气腔进水造成其内部设备损坏。

MCU的第三信号端与PLC通讯连接，当其感应圈460吸水导电时，还向PLC发送进水信号，从而使得PLC通过无线模块外发进水信号以使操作者及时发现、检修。

参见图3-图5，所述矿车100上分别设置有料斗101、电气腔102、密封孔103、密封槽104、感应槽105，所述电气腔102与料斗之间通过底板110分割，电气腔102内分别安装有气泵440、主板430、移动节点420、电池410，且所述电气腔102内壁上分别设置感应槽105、密封孔103、限位块120，所述密封孔103内安装有数据线220，数据线220将天线210分别与功率放大器、信号耦合器通讯连接，天线210分别为读写天线、能量天线，其可以间隔分布在矿车的长度方向上（图5）。数据线220与密封孔103之间通过树脂浇封。

所述密封槽104与电气腔102之间的台面上设置有密封圈130，密封板310装入密封槽104内且与台面一起挤压密封圈，从而对电气腔进行密封。

所述密封板310上还设置有凸板部分311，所述凸板部分311装入电气腔内，且凸板部分311与电气腔102内壁由上至下依次设置有密封气环140、感应圈460，所述密封气环140、感应圈460套装在凸板部分311外壁上。

当气泵运行时，密封气环140充气，从而对电气腔内壁和凸板部分311外壁形成挤压，以增加密封性。

所述天线210包括水平部分212和竖直部分211，这种设计可以增加其辐射范围，从而保证对电子标签的读取，同时，部分天线还单独与无线模块的信号端通讯连接，从而提高无线模块的通信范围。

本实施例的第一信号端、第二信号端、第三信号端只是指不同的针脚，具体应用时需要根据针脚功能及定义选择。

本实用新型未详述之处，均为本领域技术人员的公知技术。

以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种矿车，其特征在于，包括，料斗、电气腔、密封孔、密封槽、感应槽，所述电气腔与料斗之间通过底板分割，电气腔内分别安装有移动节点、电池，且所述电气腔内壁上分别设置感应槽、密封孔、限位块，所述密封孔内安装有数据线，数据线将天线分别与功率放大器、信号耦合器通讯连接，天线分别为读写天线、能量天线；

所述密封槽与电气腔之间的台面上设置有密封圈，密封板装入密封槽内且与台面一起挤压密封圈；

所述密封板上还设置有凸板部分，所述凸板部分装入电气腔内，且凸板部分与电气腔内壁由上至下依次设置有密封气环、感应圈，所述密封气环、感应圈套装在凸板部分外壁上。

2.如权利要求1所述的矿车，其特征在于，电气腔内还安装有气泵、主板，所述主板上设置有充放电电路、电量检测电路、MCU、继电器，所述MCU的第一信号端与两块感应片的其中一块导电连接，两块感应片与感应圈压紧接触，感应圈采用超吸水性纤维制成，且其内部针织缝合有能够溶于水的电解质，感应圈未吸水时为绝缘状态，吸水后电解质溶解，其为导电状态；另一感应片与电阻串联后与充放电电路的放电端导电连接；

所述MCU的第二信号端与继电器的控制端通讯连接，继电器的静触点与充放电电路的放电端导电连接、常开触点与气泵的接电端导电连接；气泵的排气端通过气管与密封气环的内腔连通。

3.如权利要求2所述的矿车，其特征在于，所述气管上串联有单向气嘴，气流方向为由气泵至内腔。

4.如权利要求2所述的矿车，其特征在于，当MCU检测到感应圈吸水导电时，MCU控制继电器闭合，气泵运行；

MCU的第三信号端与PLC通讯连接，当其感应圈吸水导电时，还向PLC发送进水信号，PLC通过无线模块外发进水信号。

5.如权利要求1所述的矿车，其特征在于，所述移动节点，包括：

无线模块，用于和中转器无线通讯；

RFID读写器，用于读取电子标签的数据；

信号耦合器，其与RFID读写器的读写信号端通讯连接，且将RFID读写器的读写信号耦合为两路，一路与读写天线通信连接、另一路通过功率放大器放大功率后与能量天线通讯连接；通过功率放大器放大信号功率，再由能量天线发出；

功率放大器，用于放大信号耦合器耦合的一路信号；

存储器，用于存储数据；

PLC，用于收发、解析控制指令，且根据预设程序进行参数计算；

无线模块、RFID读写器、存储器的信号端分别与ＰＬＣ的不同信号端通讯连接。

6.如权利要求5所述的矿车，其特征在于，无线模块、PLC、存储器、RFID读写器分别通过充放电电路供电，充放电电路用于对电池进行充放电；

电池还与电量检测电路导电连接，从而通过电量检测电路检测电池电量，电量检测电路的信号端与PLC通讯连接，在电量低于PLC内置程序的阈值时，PLC控制无线模块发送电量不足信息。

7.如权利要求1或5所述的矿车，其特征在于，天线包括水平部分和竖直部分，部分天线单独与无线模块的信号端通讯连接。

8.一种基于GIS的井底车场矿车定位系统，其特征在于，包括：

总控主机，总控主机具有网络模块，网络模块与路由器通讯连接；

路由器，用于和各个中转器通讯连接，且实现总控主机通过路由器与各个中转器的通信连接；

中转器，设置在井下、用于和接收移动节点进行通讯；

移动节点，其设置在矿车上，且用于和中转器无线通讯，另外移动节点还可读取电子标签的信息；

电子标签，具有数个且分别沿着轨道安装，用于记载轨道信息。

9.如权利要求8所述的井底车场矿车定位系统，其特征在于，路由器为ZigBee路由器；中转器为ZigBee中继器；移动节点内置的无线模块为ZigBee模块。

10.如权利要求8所述的井底车场矿车定位系统，其特征在于，网络模块为有线网卡或无线网卡。