專利名稱：礦井設(shè)備的無線定位系統(tǒng)及無線定位的采煤系統(tǒng)和液壓支架噴霧降塵控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
礦井設(shè)備的無線定位系統(tǒng)及無線定位的采煤系統(tǒng)和液壓支架噴霧降塵控制系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實用新型涉及一種礦井設(shè)備的無線定位系統(tǒng)及無線定位的采煤系統(tǒng)和液壓支架噴霧降塵控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
[0002]煤礦行業(yè)是我國經(jīng)濟體系中極為重要的支柱性能源產(chǎn)業(yè)，但我國煤炭資源開采條件與一些擁有先進技術(shù)的采煤大國相比，卻屬于中等偏下水平，而可供露天開采的礦資源極少，大部分煤田屬于井下開采作業(yè)，其條件較為復(fù)雜，由于煤礦安全措施設(shè)備的陳舊老化及安全設(shè)施的不足，在出現(xiàn)礦井事故的時候，往往造成大量的人員及財產(chǎn)損失，煤礦的安全問題亟待解決。[0003]目前，礦井設(shè)備的定位大多采用紅外的方式，這種方法的弊端是紅外收發(fā)受角度局限，偏離一定角度將接收不到信號；另外，紅外光線無法穿透，中間不能有障礙物，也就是不能穿墻而過，容易受粉塵、設(shè)備、人體等遮擋而喪失功能，幾乎無法控制信息傳輸?shù)倪M度， 傳輸距離通常只有3-10m。[0004]另外，近幾年開始出現(xiàn)針對礦井人員的定位，這種定位采用了 RFID射頻識別技術(shù)。RFID即無線射頻識別，又稱電子標(biāo)簽，這種定位方法是在井下一些關(guān)鍵或人經(jīng)常出入的位置放上若干個讀寫器用于接收，在礦工身上裝上射頻卡(電子標(biāo)簽)用于發(fā)射，當(dāng)人經(jīng)過某個放置讀寫器的位置時，讀寫器會收到射頻卡發(fā)出的無線信號，從而判定出人在某一區(qū)域。但是這種無線射頻卡來實現(xiàn)人員定位的其中一個局限是定位精度很低，只能達到十幾米或幾十米，實際應(yīng)用當(dāng)中，會在幾十米或上百米裝一個讀寫器；其次，成本也是RFID推廣應(yīng)用的“瓶頸”之一，對于不同功率以及不同性能的RFID系統(tǒng)，其讀寫距離不同，電子標(biāo)簽產(chǎn)品的價位也大不相同，在巷道密集的井下，投資成本比較大；另外，RFID標(biāo)簽的準(zhǔn)確識別率目前只有80%左右，在情況復(fù)雜的礦井環(huán)境下，準(zhǔn)確識別離大規(guī)模實際應(yīng)用所要求的成熟程度尚有一定差距。實用新型內(nèi)容[0005]本實用新型的目的是提供一種礦井設(shè)備的無線定位系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有定位系統(tǒng)容易受干擾、定位精度低的問題，并提供一種使用該無線定位系統(tǒng)的采煤系統(tǒng)，同時提供一種利用該無線定位系統(tǒng)的液壓支架噴霧降塵控制系統(tǒng)。[0006]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供的礦井設(shè)備的無線定位系統(tǒng)的技術(shù)方案如下 一種礦井設(shè)備的無線定位系統(tǒng)，包括用于安裝在沿采煤機移動方向上間隔設(shè)定距離設(shè)置的液壓支架上的一組固定Zigbee無線模塊，這些無線模塊間隔設(shè)置在一條直線上，并與采煤機移動方向的直線平行，位置固定；還包括用于安裝在采煤機上的一個移動Zigbee無線模塊，該無線模塊隨采煤機移動；所述各固定Zigbee無線模塊和該移動Zigbee無線模塊構(gòu)成一個基于Zigbee無線定位的通訊網(wǎng)絡(luò)；所述移動Zigbee無線模塊在行進過程中朝向各固4定Zigbee無線模塊發(fā)送數(shù)據(jù)信息并接收其返回的數(shù)據(jù)信號強度值，各固定Zigbee無線模塊用于接收移動Zigbee無線模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)信息并返回其收到的數(shù)據(jù)的信號強度值。[0007]所述各固定Zigbee無線模塊和移動Zigbee無線模塊均設(shè)有一個屏蔽外殼，所述屏蔽外殼包括周向封閉設(shè)置的金屬側(cè)壁，屏蔽外殼的一端設(shè)有非金屬蓋板；無線模塊上設(shè)有一個用于接收、發(fā)射信號的天線，所述天線的發(fā)射端朝向非金屬蓋板方向；所述各固定 Zigbee無線模塊的非金屬蓋板朝向采煤機方向，移動Zigbee無線模塊的非金屬蓋板正對各固定Zigbee無線模塊。[0008]兩相鄰固定Zigbee無線模塊之間的間隔距離為2_5m，所述采煤機與液壓支架的最短距離為Um。[0009]本實用新型提供的無線定位的采煤系統(tǒng)的技術(shù)方案如下一種無線定位的采煤系統(tǒng)，包括采煤機、沿采煤機移動方向上間隔設(shè)置的液壓支架及安裝在采煤機和液壓支架上的無線定位子系統(tǒng)，所述無線定位子系統(tǒng)包括安裝在液壓支架上的一組固定Zigbee無線模塊，這些無線模塊間隔設(shè)置在一條直線上，并與采煤機移動方向的直線平行，位置固定； 還包括安裝在采煤機上的一個移動Zigbee無線模塊，該無線模塊隨采煤機移動；所述各固定Zigbee無線模塊和該移動Zigbee無線模塊構(gòu)成一個基于Zigbee無線定位的通訊網(wǎng)絡(luò)； 所述移動Zigbee無線模塊在行進過程中朝向各固定Zigbee無線模塊發(fā)送數(shù)據(jù)信息并接收其返回的數(shù)據(jù)信號強度值，各固定Zigbee無線模塊用于接收移動Zigbee無線模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)信息并返回其收到的數(shù)據(jù)的信號強度值。[0010]所述各固定Zigbee無線模塊和移動Zigbee無線模塊均設(shè)有一個屏蔽外殼，所述屏蔽外殼包括周向封閉設(shè)置的金屬側(cè)壁，屏蔽外殼的一端設(shè)有非金屬蓋板；無線模塊上設(shè)有一個用于接收、發(fā)射信號的天線，所述天線的發(fā)射端朝向非金屬蓋板方向；所述各固定 Zigbee無線模塊的非金屬蓋板朝向采煤機方向，移動Zigbee無線模塊的非金屬蓋板正對各固定Zigbee無線模塊。[0011]兩相鄰固定Zigbee無線模塊之間的間隔距離為2_5m，所述采煤機與液壓支架的最短距離為Um。[0012]本實用新型提供的無線定位的液壓支架噴霧降塵控制系統(tǒng)的技術(shù)方案如下一種無線定位的液壓支架噴霧降塵系統(tǒng)，包括沿采煤機移動方向上間隔設(shè)置的液壓支架及用于安裝在采煤機和液壓支架上的無線定位子系統(tǒng)，所述每個液壓支架上設(shè)有噴霧降塵裝置， 所述無線定位子系統(tǒng)包括安裝在液壓支架上的一組固定Zigbee無線模塊，這些無線模塊間隔設(shè)置在一條直線上，并與采煤機移動方向的直線平行，位置固定；還包括用于安裝在采煤機上的一個移動Zigbee無線模塊，該無線模塊隨采煤機移動；所述各固定Zigbee無線模塊和該移動Zigbee無線模塊構(gòu)成一個基于Zigbee無線定位的通訊網(wǎng)絡(luò)；各固定Zigbee無線模塊相應(yīng)各液壓支架上的噴霧降塵裝置控制連接；所述移動Zigbee無線模塊在行進過程中朝向各固定Zigbee無線模塊發(fā)送數(shù)據(jù)信息并接收其返回的數(shù)據(jù)信號強度值，各固定 Zigbee無線模塊用于接收移動Zigbee無線模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)信息并返回其收到的數(shù)據(jù)的信號強度值。[0013]所述各固定Zigbee無線模塊和移動Zigbee無線模塊均設(shè)有一個屏蔽外殼，所述屏蔽外殼包括周向封閉設(shè)置的金屬側(cè)壁，屏蔽外殼的一端設(shè)有非金屬蓋板；無線模塊上設(shè)有一個用于接收、發(fā)射信號的天線，所述天線的發(fā)射端朝向非金屬蓋板方向；所述各固定Zigbee無線模塊的非金屬蓋板朝向采煤機方向，移動Zigbee無線模塊的非金屬蓋板正對各固定Zigbee無線模塊。[0014]兩相鄰固定Zigbee無線模塊之間的間隔距離為2_5m，所述采煤機與液壓支架的最短距離為Um。[0015]本實用新型的礦井設(shè)備的無線定位系統(tǒng)及采煤系統(tǒng)采用無線ZigBee通信技術(shù)， 將安裝在液壓支架上的固定Zigbee無線模塊和安裝在采煤機上的移動Zigbee無線模塊構(gòu)成一個基于Zigbee無線定位技術(shù)的通訊網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)礦井采煤機的精確定位，定位精度達到 1米左右，無線ZigBee信號傳輸穩(wěn)定可靠，且能夠穿透，不受井下粉塵、設(shè)備的阻擋影響。[0016]另外，利用無線ZigBee通信在對采煤機精準(zhǔn)定位的同時，可以實現(xiàn)采煤機定位之處液壓支架的自動噴霧控制，避免了采用紅外收發(fā)技術(shù)容易受粉塵、設(shè)備、人體等遮擋而喪失功能的缺陷。[0017]無線模塊屏蔽外殼的設(shè)計可以屏蔽無線發(fā)射模塊朝兩側(cè)的散射程度，能在礦井環(huán)境惡劣干擾比較嚴(yán)重的情況下對設(shè)備實現(xiàn)精確、穩(wěn)定、可靠的定位，大大增強了定位精度。


[0018]圖1是本實用新型礦井設(shè)備的無線定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；[0019]圖2是本實用新型無線定位的采煤系統(tǒng)實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；[0020]圖3是無線模塊組件的示意圖。
具體實施方式
[0021]如圖1所示為本實用新型實施例的礦井設(shè)備的無線定位系統(tǒng)，由圖可知，該系統(tǒng)包括用于安裝在沿采煤機移動方向上間隔設(shè)定距離設(shè)置的液壓支架上的一組固定Zigbee 無線模塊，這些無線模塊間隔設(shè)置在一條直線上，并與采煤機移動方向的直線平行，位置固定；還包括用于安裝在采煤機上的一個移動Zigbee無線模塊，該無線模塊隨采煤機移動； 各固定Zigbee無線模塊和該移動Zigbee無線模塊構(gòu)成一個基于Zigbee無線定位的通訊網(wǎng)絡(luò)；所述移動Zigbee無線模塊在行進過程中朝向各固定Zigbee無線模塊發(fā)送數(shù)據(jù)信息并接收其返回的數(shù)據(jù)信號強度值，各固定Zigbee無線模塊用于接收移動Zigbee無線模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)信息并返回其收到的數(shù)據(jù)的信號強度值。本實用新型兩相鄰固定Zigbee無線模塊之間的間隔距離為2-5m，所述采煤機與液壓支架的最短距離為Um。[0022]本實用新型實施例的礦井設(shè)備的無線定位系統(tǒng)的實施例中各無線模塊的距離設(shè)定與工作原理和過程如下所述，與無線定位的采煤系統(tǒng)相同。[0023]如圖2所示為本實用新型無線定位的采煤系統(tǒng)實施例的結(jié)構(gòu)示意圖，包括采煤機、沿采煤機移動方向上間隔設(shè)置的液壓支架及安裝在采煤機和液壓支架上的無線定位子系統(tǒng)，其無線定位子系統(tǒng)如上所述，該采煤系統(tǒng)的工作原理和過程如下在沿采煤機移動方向上一排幾十米至上百米的礦井設(shè)備液壓支架上每隔3米放置1個固定Zigbee無線模塊 (每臺液壓支架寬1. 5米)，這些無線模塊位置固定已知，稱為A類節(jié)點。在采煤機上安裝 1個移動Zigbee無線模塊，該模塊位置移動未知，稱為B類節(jié)點，B節(jié)點與離它最近的A類節(jié)點的直線距離1-3米，兩相鄰A類節(jié)點距離為3米，即每兩部液壓支架上安裝1塊A類節(jié)點。當(dāng)B節(jié)點隨采煤機前進(直線L)的同時，不停的廣播發(fā)送數(shù)據(jù)包，當(dāng)離它較近的一部分A類節(jié)點收到數(shù)據(jù)包后點對點將其信號強度值返回給節(jié)點B，由B節(jié)點通過返回的信號強度值來判斷離哪塊A類節(jié)點最近，從而判斷采煤機的行進位置。[0024]本實用新型無線定位的液壓支架噴霧降塵控制系統(tǒng)，包括沿采煤機移動方向上間隔設(shè)置的液壓支架及用于安裝在采煤機和液壓支架上的無線定位子系統(tǒng)，每個液壓支架上均設(shè)有噴霧降塵裝置，其無線定位子系統(tǒng)如上所述，主控器與各A類節(jié)點液壓支架上的噴霧降塵裝置均控制連接。[0025]本實用新型液壓支架噴霧降塵控制系統(tǒng)的實施例中各無線模塊的距離設(shè)定和原理如上所述，與無線定位的采煤系統(tǒng)相同。[0026]本實用新型液壓支架噴霧降塵控制系統(tǒng)的工作過程如下當(dāng)B節(jié)點隨采煤機前進 (直線L)的同時，不停的廣播發(fā)送數(shù)據(jù)包，當(dāng)離它較近的一部分A類節(jié)點收到數(shù)據(jù)包后點對點將其信號強度值返回給節(jié)點B，由B節(jié)點通過返回的信號強度值來判斷離哪塊A類節(jié)點最近，從而判斷采煤機的行進位置，同時該A類節(jié)點的無線模塊控制其與其相應(yīng)的液壓支架及兩側(cè)與其相鄰近的液壓支架的噴霧降塵裝置進行噴霧。[0027]由于本設(shè)計原理是基于提取無線數(shù)據(jù)收發(fā)的數(shù)據(jù)信號強度值并比較來實現(xiàn)定位， 而無線接收數(shù)據(jù)信號強度值本身會隨環(huán)境等因素而波動變化，因此將制約著無線定位的精度，大量實驗結(jié)果也證實了這一問題，即當(dāng)最近的3、4個節(jié)點距離相差很小(1-2米)時其信號強度差值不明顯或不穩(wěn)定。因此本實施例將無線模塊外設(shè)置一個屏蔽外殼，如圖4所示，無線模塊本體1安裝在一個機械屏蔽外殼內(nèi)，通過無線模塊上設(shè)的天線接收信號。屏蔽外殼包括周向封閉設(shè)置的金屬側(cè)壁2，屏蔽外殼的一端設(shè)有非金屬蓋板3，屏蔽外殼的另一端為出線端；無線模塊上設(shè)有一個用于接收、發(fā)射信號的天線，天線的發(fā)射端朝向非金屬蓋板方向。在本實施例中各固定Zigbee無線模塊的非金屬蓋板朝向采煤機方向，移動Zigbee 無線模塊的非金屬蓋板正對各固定Zigbee無線模塊。[0028]本實施例的天線由兩條連桿41和42組成“L”形結(jié)構(gòu)，其中一個連桿為主體信號桿41，其垂直于無線模塊本體1，另一個連桿42為信號桿末梢，信號桿末梢與無線模塊本體平行且方向背向非金屬蓋板一側(cè)，主體信號桿透過前方的非金屬蓋板3發(fā)射。另外，屏蔽外殼出線端設(shè)有一個金屬底板6，底板6上設(shè)有出線孔7，底板的外端面于出線孔處設(shè)有一個管狀出線筒5。[0029]該屏蔽外殼一方面能夠滿足煤礦防爆要求，另一個很重要的方面就是可以屏蔽無線發(fā)射模塊朝兩側(cè)的散射程度，保證無線發(fā)射模塊隨采煤機行進到液壓支架上某個接收模塊正前方時，該接收模塊信號強度值最強，其兩側(cè)接收模塊的信號強度值與其差值較大，這樣才能在礦井環(huán)境惡劣干擾比較嚴(yán)重的情況下對設(shè)備實現(xiàn)精確、穩(wěn)定、可靠的定位。
權(quán)利要求1.一種礦井設(shè)備的無線定位系統(tǒng)，其特征在于包括用于安裝在沿礦井設(shè)備移動方向上間隔設(shè)定距離設(shè)置的液壓支架上的一組固定Zigbee無線模塊，這些無線模塊間隔設(shè)置在一條直線上，并與礦井設(shè)備移動方向的直線平行，位置固定；還包括用于安裝在礦井設(shè)備上的一個移動Zigbee無線模塊，該無線模塊隨礦井設(shè)備移動；所述各固定Zigbee無線模塊和該移動Zigbee無線模塊構(gòu)成一個基于Zigbee無線定位的通訊網(wǎng)絡(luò)；所述移動Zigbee無線模塊在行進過程中朝向各固定Zigbee無線模塊發(fā)送數(shù)據(jù)信息并接收其返回的數(shù)據(jù)信號強度值，各固定Zigbee無線模塊用于接收移動Zigbee無線模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)信息并返回其收到的數(shù)據(jù)的信號強度值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦井設(shè)備的無線定位系統(tǒng)，其特征在于所述各固定Zigbee 無線模塊和移動Zigbee無線模塊均設(shè)有一個屏蔽外殼，所述屏蔽外殼包括周向封閉設(shè)置的金屬側(cè)壁，屏蔽外殼的一端設(shè)有非金屬蓋板；無線模塊上設(shè)有一個用于接收、發(fā)射信號的天線，所述天線的發(fā)射端朝向非金屬蓋板方向；所述各固定Zigbee無線模塊的非金屬蓋板朝向礦井設(shè)備方向，移動Zigbee無線模塊的非金屬蓋板正對各固定Zigbee無線模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的礦井設(shè)備的無線定位系統(tǒng)，其特征在于兩相鄰固定 Zigbee無線模塊之間的間隔距離為2-5m，所述礦井設(shè)備與液壓支架的最短距離為llm。
4.一種無線定位的采煤系統(tǒng)，包括采煤機、沿采煤機移動方向上間隔設(shè)置的液壓支架及安裝在采煤機和液壓支架上的無線定位子系統(tǒng)，其特征在于所述無線定位子系統(tǒng)包括安裝在液壓支架上的一組固定Zigbee無線模塊，這些無線模塊間隔設(shè)置在一條直線上，并與采煤機移動方向的直線平行，位置固定；還包括安裝在采煤機上的一個移動Zigbee無線模塊，該無線模塊隨采煤機移動；所述各固定Zigbee無線模塊和該移動Zigbee無線模塊構(gòu)成一個基于Zigbee無線定位的通訊網(wǎng)絡(luò)；所述移動Zigbee無線模塊在行進過程中朝向各固定Zigbee無線模塊發(fā)送數(shù)據(jù)信息并接收其返回的數(shù)據(jù)信號強度值，各固定Zigbee無線模塊用于接收移動Zigbee無線模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)信息并返回其收到的數(shù)據(jù)的信號強度值。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的無線定位的采煤系統(tǒng)，其特征在于所述各固定Zigbee無線模塊和移動Zigbee無線模塊均設(shè)有一個屏蔽外殼，所述屏蔽外殼包括周向封閉設(shè)置的金屬側(cè)壁，屏蔽外殼的一端設(shè)有非金屬蓋板；無線模塊上設(shè)有一個用于接收、發(fā)射信號的天線，所述天線的發(fā)射端朝向非金屬蓋板方向；所述各固定Zigbee無線模塊的非金屬蓋板朝向采煤機方向，移動Zigbee無線模塊的非金屬蓋板正對各固定Zigbee無線模塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的無線定位的采煤系統(tǒng)，其特征在于兩相鄰固定Zigbee 無線模塊之間的間隔距離為2-5m，所述采煤機與液壓支架的最短距離為Um。
7.一種無線定位的液壓支架噴霧降塵系統(tǒng)，包括沿采煤機移動方向上間隔設(shè)置的液壓支架及用于安裝在采煤機和液壓支架上的無線定位子系統(tǒng)，所述每個液壓支架上設(shè)有噴霧降塵裝置，其特征在于所述無線定位子系統(tǒng)包括安裝在液壓支架上的一組固定Zigbee 無線模塊，這些無線模塊間隔設(shè)置在一條直線上，并與采煤機移動方向的直線平行，位置固定；還包括用于安裝在采煤機上的一個移動Zigbee無線模塊，該無線模塊隨采煤機移動； 所述各固定Zigbee無線模塊和該移動Zigbee無線模塊構(gòu)成一個基于Zigbee無線定位的通訊網(wǎng)絡(luò)；各固定Zigbee無線模塊相應(yīng)各液壓支架上的噴霧降塵裝置控制連接；所述移動 Zigbee無線模塊在行進過程中朝向各固定Zigbee無線模塊發(fā)送數(shù)據(jù)信息并接收其返回的數(shù)據(jù)信號強度值，各固定Zigbee無線模塊用于接收移動Zigbee無線模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)信息并返回其收到的數(shù)據(jù)的信號強度值。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的無線定位的液壓支架噴霧降塵系統(tǒng)，其特征在于所述各固定Zigbee無線模塊和移動Zigbee無線模塊均設(shè)有一個屏蔽外殼，所述屏蔽外殼包括周向封閉設(shè)置的金屬側(cè)壁，屏蔽外殼的一端設(shè)有非金屬蓋板；無線模塊上設(shè)有一個用于接收、發(fā)射信號的天線，所述天線的發(fā)射端朝向非金屬蓋板方向；所述各固定Zigbee無線模塊的非金屬蓋板朝向采煤機方向，移動Zigbee無線模塊的非金屬蓋板正對各固定Zigbee無線模塊。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的無線定位的液壓支架噴霧降塵系統(tǒng)，其特征在于兩相鄰固定Zigbee無線模塊之間的間隔距離為2-5m，所述采煤機與液壓支架的最短距離為 l-3m。
專利摘要本實用新型涉及一種礦井設(shè)備的無線定位系統(tǒng)及無線定位的采煤系統(tǒng)和液壓支架噴霧降塵控制系統(tǒng)，定位系統(tǒng)包括采煤機和沿采煤機移動方向上間隔設(shè)置的液壓支架，采煤機上設(shè)有一個移動Zigbee無線模塊，該無線模塊隨采煤機移動；間隔設(shè)定距離的液壓支架上設(shè)有一組固定Zigbee無線模塊，這些無線模塊間隔設(shè)置在一條直線上，并與采煤機移動方向的直線平行，位置固定；固定Zigbee無線模塊和移動Zigbee無線模塊構(gòu)成一個基于Zigbee無線定位的通訊網(wǎng)絡(luò)。本實用新型采用無線ZigBee通信技術(shù)，實現(xiàn)采煤機的無線精確定位，利用無線ZigBee通信在對采煤機精準(zhǔn)定位的同時，可以實現(xiàn)采煤機定位之處液壓支架的自動噴霧控制，避免了采用紅外收發(fā)技術(shù)容易受粉塵、設(shè)備、人體等遮擋而喪失功能的缺陷。
文檔編號E21F5/04GK202256662SQ201120264228
公開日2012年5月30日 申請日期2011年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月25日
發(fā)明者張光輝, 張 杰, 易宇航, 李傳峰, 葛玉麗 申請人:鄭州光力科技股份有限公司