1、問(wèn)題的提出
    《煤礦安全規(guī)程》第七十二條明確規(guī)定：采煤工作面刮板輸送機(jī)必須安設(shè)能發(fā)出停止和啟動(dòng)信號(hào)的裝置，發(fā)出信號(hào)點(diǎn)的距離不得超過(guò)15 m。目前的煤礦礦井通信技術(shù)中，主要有動(dòng)力載波通信、漏泄無(wú)線通信和感應(yīng)通信等，這些通訊方式都存在系統(tǒng)造價(jià)昂貴、抗干擾性能差的缺點(diǎn)，尤其炮采工作面因每天放炮而無(wú)法架線，工作面內(nèi)部沒(méi)有能發(fā)出啟動(dòng)和停止刮板輸送機(jī)信號(hào)的裝置，采用擺動(dòng)礦燈、人力喊話等比較原始的方法進(jìn)行通信；在緊急情況下，不能及時(shí)有效停止設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)，造成設(shè)備損壞、人員傷亡等事故發(fā)生。經(jīng)反復(fù)分析及試驗(yàn)，研制了一種YSTK-I型移動(dòng)式輸送機(jī)開(kāi)�？刂破鳎ㄒ韵潞�(jiǎn)稱控制器），它可以在工作面內(nèi)利用礦燈，隨時(shí)隨地發(fā)出停止和啟動(dòng)刮板輸送機(jī)信號(hào)及緊急停機(jī)閉鎖的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)信號(hào)裝置。
2、控制器技術(shù)參數(shù)及組成
    (1)主要技術(shù)參數(shù)
    供電電壓/v    DC12
    功率/VA≤0.5（工作電流70 mA，本安型）
    頻率/GHz    2.4
    接收靈敏度/MV    ≤20
    收發(fā)距離/m    500
    (2)控制器組成
    1)信號(hào)發(fā)射裝置
    a．主要組成。信號(hào)發(fā)射裝置由礦燈和具有收發(fā)功能的芯片I組成，芯片I安裝在礦燈內(nèi)，由礦燈提供電能，把礦燈閃動(dòng)的次數(shù)轉(zhuǎn)變成信號(hào)發(fā)射出去，同時(shí)能接收其他裝置發(fā)出的信號(hào)，并驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)射裝置內(nèi)的蜂鳴器，發(fā)出相對(duì)應(yīng)次數(shù)的蜂嗚聲。信號(hào)發(fā)射裝置方框圖如圖l所示。
    裝置主要由SF6135-B01模塊、軌對(duì)軌電流放大器、采樣電阻陣列、單片機(jī)、有源時(shí)鐘、蜂鳴器、低壓差穩(wěn)壓器等器件組成，其中軌對(duì)軌電流放大器采樣電阻為系統(tǒng)的輸入條件，檢測(cè)電路根據(jù)礦燈燈頭的不同工作電流，快速判斷出對(duì)應(yīng)的工作模式，當(dāng)?shù)V燈燈頭電流流過(guò)采樣電阻時(shí)產(chǎn)生微弱的電流，經(jīng)過(guò)100倍的放大之后輸出，送至單片機(jī)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，根據(jù)輸入的電流幅度大小測(cè)算出燈頭的工作電流。此種電路的優(yōu)點(diǎn)是適應(yīng)任何礦燈，不破壞礦燈本身的防爆性能，整個(gè)電路工作電流為本安電流，在安全范圍之內(nèi)，利用礦燈燈頭的強(qiáng)、弱光模式，開(kāi)關(guān)按鍵的觸發(fā)模塊可發(fā)出開(kāi)停機(jī)信號(hào)、打點(diǎn)信號(hào)及緊急停機(jī)等多種模式識(shí)別。
    b．工作原理。當(dāng)按鍵模式為開(kāi)、停機(jī)狀態(tài)時(shí)，蜂嗚器發(fā)出響聲，同時(shí)指令經(jīng)單片機(jī)的IXD數(shù)據(jù)輸出端送入.SF6135-BOI模塊的RXD數(shù)據(jù)接收端，模塊通過(guò)天線將指令發(fā)出。當(dāng)SF6135-BOI無(wú)線模塊收到環(huán)境中的無(wú)線信號(hào)時(shí)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)解包，校驗(yàn)準(zhǔn)備無(wú)誤以后由模塊的IXD數(shù)據(jù)輸出端輸出，送入單片機(jī)的RXD數(shù)據(jù)接收端，根據(jù)送入的數(shù)據(jù)格式，命令作出對(duì)應(yīng)的響應(yīng)。當(dāng)燈頭為關(guān)狀態(tài)時(shí)，檢測(cè)電流為O，判斷區(qū)為休眠狀態(tài)，由單片機(jī)發(fā)出指令進(jìn)行電源關(guān)斷，系統(tǒng)進(jìn)入待機(jī)休眠狀態(tài)，節(jié)省電源消耗，一旦檢測(cè)到燈頭進(jìn)入正常工作狀態(tài)，立即停止休眠，以全速方式運(yùn)行，進(jìn)行各種模式命令響應(yīng)。
   2)信號(hào)接收裝置及執(zhí)行部分
   a．主要組成。信號(hào)接收裝置及執(zhí)行部分由信號(hào)接收芯片、組合電鈴、輸送機(jī)控制開(kāi)關(guān)和輸送機(jī)控制按鈕組成，信號(hào)接收芯片安裝在輸送機(jī)控制開(kāi)關(guān)內(nèi)，由開(kāi)關(guān)提供電能，并且能接收信號(hào)發(fā)射裝置的信號(hào)、驅(qū)動(dòng)組合電鈴、發(fā)出輸送機(jī)停開(kāi)信號(hào)，輸送機(jī)司機(jī)根據(jù)組合電鈴發(fā)出的信號(hào)，控制輸送機(jī)的開(kāi)停，在緊急情況下可直接停機(jī)。信號(hào)接收裝置同時(shí)能把組合電鈴的響動(dòng)次數(shù)轉(zhuǎn)變成信號(hào)發(fā)射出去，使信號(hào)發(fā)射裝置內(nèi)的蜂嗚器發(fā)出響聲，告知工作面人員輸送機(jī)的開(kāi)停。
    信號(hào)接收裝置方框圖如圖2所示。裝置主要由電源電路、SF6135-B01模塊、單片機(jī)等組成。
    b．工作原理。交流電源經(jīng)過(guò)Bl（電源變壓器）降壓至12 V，經(jīng)過(guò)全橋整流，在經(jīng)過(guò)電容濾波后送入LM2576-5.0開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓器，穩(wěn)壓至5v，濾波后分為兩路，一路送至KA、KB繼電器線圈端，為繼電器提供5v的工作電壓；另外一路送至LM1117。
3.3低壓差穩(wěn)壓器，將5v為3.3 V，為數(shù)字系統(tǒng)提供工作電源。
    無(wú)線模塊電路有模塊、編程接口、工作模式選擇口組成，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工作需要，將模塊通過(guò)模式，選擇接口配置為終端或路由方式處理通信鏈路的數(shù)據(jù)。MCU為整個(gè)電路的核心。這里選擇了新型8位高速單片機(jī)，為了保證可靠穩(wěn)定工作，時(shí)鐘源選擇了有源恒溫晶振，防止溫度漂穩(wěn)影響。
    按鍵電路有DW1和DW2穩(wěn)壓二極管，作用是為了防止外接按鍵誤接等因素產(chǎn)生的高電壓竄人單片機(jī)口線燒毀單片機(jī)。當(dāng)程序檢測(cè)到有按鍵按下后，作出相應(yīng)的判斷，確認(rèn)以后進(jìn)行相應(yīng)的處理。系統(tǒng)初始化以后將正口線設(shè)為輸入狀態(tài)。
    地址設(shè)置路由撥碼開(kāi)關(guān)和單片機(jī)組成，有效地址為0 ~255位，在通信中根據(jù)地址進(jìn)行相應(yīng)的操作，防止通信混亂，只有相同地址的才可以進(jìn)行通信控制。
    由單片機(jī)輸出端輸出高電平，使三極管導(dǎo)通，將繼電器的低端拉至低電位，繼電器線圈有電流通過(guò)，產(chǎn)生磁場(chǎng)吸合，其中二極管起到抑制脈沖反電動(dòng)勢(shì)，保護(hù)繼電器驅(qū)動(dòng)三極管的功能，防止在釋放繼電器時(shí)線圖產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)電壓擊穿三極管。繼電器狀態(tài)指示有發(fā)光管或限流電阻等組成。繼電器線圈兩端有吸合電壓時(shí)LED通過(guò)限流電阻點(diǎn)亮，用于指示線圈吸合狀態(tài)。
    c．信號(hào)工作流程。當(dāng)SF6135-B01模塊接收到環(huán)境中的無(wú)線信號(hào)，模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)解碼檢驗(yàn)以后，送入單片機(jī)（RXD端），單片機(jī)的串口通信中斷以后保存至通信緩沖區(qū)，在單片機(jī)的任務(wù)調(diào)度中進(jìn)行判斷，如果有符合自己的地址，命令則進(jìn)行對(duì)應(yīng)的響應(yīng)。
3、井下應(yīng)用效果
    (1)實(shí)驗(yàn)工作面的基本情況
    YSTK-I型移動(dòng)式輸送機(jī)控制器經(jīng)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和仿真模擬實(shí)驗(yàn)取得成功基礎(chǔ)上，于2009年IO月開(kāi)始在11181工作面進(jìn)行井下現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。其11181工作面回采二．煤層，層度在0~13 m，平均厚度5m，煤層傾角140一330，平均160，受11141工作面老空水進(jìn)行影響，涌水量3m3／h。
    (2)實(shí)驗(yàn)工作面設(shè)備布置
    11181工作面機(jī)械設(shè)備配備如表l所示。
    (3)井下安裝
    YSTK-I型移動(dòng)式輸送機(jī)開(kāi)�？刂破鹘邮瞻濉㈤_(kāi)關(guān)、電鈴接線示意圖如圖3所示，終端部分安裝在工作面供輸送機(jī)機(jī)頭電機(jī)控制開(kāi)關(guān)的內(nèi)部，接AC36V電源；KA繼電器常閉觸點(diǎn)接控制輸送機(jī)回路；KB繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)接信號(hào)電鈴回路。
  礦燈部分安裝在礦燈內(nèi)部，礦燈可以在工作面內(nèi)部自由移動(dòng)。電源接礦燈電池3.7 V，燈頭的負(fù)極接小板的取樣電阻端A點(diǎn)。
    (4)井下實(shí)驗(yàn)情況
    工作面安裝了信號(hào)發(fā)射裝置通過(guò)一個(gè)月的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，其人員手持礦燈可在工作面內(nèi)部自由移動(dòng)，也可以隨時(shí)隨地進(jìn)行打點(diǎn)，發(fā)送各種信號(hào)。礦燈在強(qiáng)光時(shí)進(jìn)行打點(diǎn)（給輸送機(jī)司機(jī)發(fā)送開(kāi)停信號(hào)）；礦燈在弱光時(shí)連續(xù)按兩下，微處理器控制無(wú)線收發(fā)器發(fā)出緊急停機(jī)信號(hào)并自動(dòng)停輸送機(jī)（只有弱光變強(qiáng)光時(shí)輸送機(jī)才能解鎖運(yùn)轉(zhuǎn)）。
    (5)應(yīng)用效果
    控制器在11181炮采工作面投入使用幾個(gè)月以來(lái)，控制器沒(méi)有發(fā)生任何故障，信號(hào)發(fā)射器攜帶方便，操作簡(jiǎn)單，控制精確性高，既降低了工作面事故影響時(shí)間，又提高了的開(kāi)機(jī)率，提高了工作面的單產(chǎn)，有效改善了工作面的安全狀況，保證了采面的安全生產(chǎn)。
4、結(jié)語(yǔ)
    YSTK-I型移動(dòng)式輸送機(jī)開(kāi)�？刂破魇且环N薪型的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)信號(hào)裝置，不僅可以在500 m距離內(nèi)實(shí)現(xiàn)可移動(dòng)式收發(fā)輸送機(jī)開(kāi)�？刂菩盘�(hào)，在緊急情況下能實(shí)現(xiàn)輸送機(jī)的停機(jī)閉鎖，信號(hào)傳輸穩(wěn)定可靠，而且可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)和點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的連接，采用無(wú)線方式將若干此類(lèi)設(shè)備連成一個(gè)微微網(wǎng)，多個(gè)微微網(wǎng)又可互聯(lián)成特殊分散網(wǎng)，形成靈活的多重微微網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)各類(lèi)設(shè)備之間的快速通信。