应用于井下液压支架的多功能本安型矿灯

技术领域

本发明应用于井下液压支架的多功能本安型矿灯，属于井下液压支架的本安型矿灯技术领域。

背景技术

在煤矿井下的信号指示、照明方面，矿用本安型灯扮演重要角色，该类型矿灯要求适用于瓦斯、煤尘等易爆的环境中；目前本安型矿灯大多采用的LED光源的灯管设计，功耗低、安全性高、亮度高、寿命长，具备提示前方有机车，注意安全，警示行人或过往车辆等功能，可以有效避免井下事故的发生；而将现有的LED本安型矿灯用于液压支架控制的指示灯时，已无法满足其井下作业的需求，其存在的缺陷主要在于：

一、煤矿行业选择矿用灯时，大多局限于单一功能的灯，其无法展现出多变的指示状态，照明灯、警示灯往往也都是独立的个体，如需设置多变的报警标识、稳定的照明光源，可能需要额外的花财力、人力去专门定制，现有的信号灯总是在一个频率下以固定色彩闪动，功能单一，不能体现液压支架控制器多变的姿态状态；

二、井下工作面的人员需要足够亮度的灯来进行设备的维护，单一的信号灯无法提供有效的光源；

三、传统用于液压支架控制器的信号灯只是被动的受控制器控制，无法自动感应是否有设备、人员进入；

四、该类型矿灯需要接入单独的供电设备，在狭窄的空间，如果增加额外的设备，将使得安装很不方便，且费时费力。

综上所述，有必要对现有液压支架控制矿灯进行改进。

发明内容

本发明为了克服现有技术中存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种应用于井下液压支架的多功能本安型矿灯硬件结构的改进。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：应用于井下液压支架的多功能本安型矿灯，包括矿灯壳体，所述矿灯壳体的底部通过第一螺钉活动安装有灯罩，所述矿灯壳体的顶部设置有插头座，所述插头座的顶部通过第二螺钉活动安装有固定板，所述固定板的两端焊接有挂块，在挂块上设置有螺孔，所述挂块通过螺栓将矿灯壳体固定在液压支架顶梁处；

所述矿灯壳体的内部通过第一隔离柱安装有控制电路板，所述第一隔离柱通过第三螺钉将控制电路板进行固定，所述控制电路板通过第二隔离柱将照明灯板固定在矿灯壳体的底部外侧；

所述插头座的内部设置有接口针头。

所述矿灯壳体与灯罩之间还设置有O型橡胶密封圈；

所述第二螺钉与固定板之间、挂块与螺栓之间均设置有弹性垫圈。

所述控制电路板的外侧边缘位置还设置有信号显示灯；

所述照明灯板的外侧边缘位置还设置有照明灯。

所述控制电路板上集成有微控制器、定位模块、通信模块，所述微控制器通过导线分别与定位模块、通信模块、信号显示灯、照明灯相连；

所述微控制器还通过导线连接有倾角传感器；

所述微控制器的电源输入端与电源模块相连。

所述接口针头具体为四个，针头功能分别为12V、12GND、485-A、485-B，所述接口针头通过通信线缆与液压支架控制器接口相连。

本发明相对于现有技术具备以下的有益效果：

一、本发明提供的本安型多功能灯信号灯通过控制器下发状态、可以为液压支架正常、急停、闭锁、推溜、拉架、升柱、降柱等一系列工作状态设置不同的指示效果；

二、该本安型矿灯设置有辅助照明灯，可以为工作面提供可调亮度的稳定光源，解决了指示灯与照明灯分离的问题；

三、该本安型多功能矿灯内部安装有UWB芯片、陀螺仪、433芯片，这些是液压支架实现自动化必不可少的部分，如果将其整合于多功能矿灯内部，则不需要单独去配备额外的设备，在节省有限的控制器接口的同时，可以减少控制器负载，降低制作和使用成本；

四、配合该本安型多功能灯内置的控制软件，可以使矿灯对数据测试精度高、通信模式独特、无线信号抗干扰能力强。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步说明：

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的立体图；

图3为图1的A-A剖视图；

图4为本发明的电路结构示意图；

图5为本发明电源模块的电路图；

图6为本发明电路控制效果图；

图7为本发明的工作步骤流程图；

图中：1为矿灯壳体、2为第一螺钉、3为灯罩、4为插头座、5为第二螺钉、6为固定板、7为挂块、8为螺栓、9为第一隔离柱、10为控制电路板、11为第三螺钉、12为第二隔离柱、13为照明灯板、14为接口针头、15为O型橡胶密封圈、16为弹性垫圈；21为信号显示灯、22为照明灯、23为微控制器、24为定位模块、25为通信模块、26为倾角传感器、27为电源模块。

具体实施方式

如图1至图6所示，本发明应用于井下液压支架的多功能本安型矿灯，包括矿灯壳体1，所述矿灯壳体1的底部通过第一螺钉2活动安装有灯罩3，所述矿灯壳体1的顶部设置有插头座4，所述插头座4的顶部通过第二螺钉5活动安装有固定板6，所述固定板6的两端焊接有挂块7，在挂块7上设置有螺孔，所述挂块7通过螺栓8将矿灯壳体1固定在液压支架顶梁处；

所述矿灯壳体1的内部通过第一隔离柱9安装有控制电路板10，所述第一隔离柱9通过第三螺钉11将控制电路板10进行固定，所述控制电路板10通过第二隔离柱12将照明灯板13固定在矿灯壳体1的底部外侧；

所述插头座4的内部设置有接口针头14。

所述矿灯壳体1与灯罩3之间还设置有O型橡胶密封圈15；

所述第二螺钉5与固定板6之间、挂块7与螺栓8之间均设置有弹性垫圈16。

所述控制电路板10的外侧边缘位置还设置有信号显示灯21；

所述照明灯板13的外侧边缘位置还设置有照明灯22。

所述控制电路板10上集成有微控制器23、定位模块24、通信模块25，所述微控制器23通过导线分别与定位模块24、通信模块25、信号显示灯21、照明灯22相连；

所述微控制器23还通过导线连接有倾角传感器26；

所述微控制器23的电源输入端与电源模块27相连。

所述接口针头14具体为四个，针头功能分别为12V、12GND、485-A、485-B，所述接口针头14通过通信线缆与液压支架控制器接口相连。

为克服现有矿用信号灯存在的缺陷和不足，本发明提供一种集信号显示、照明、无线通信、倾角测试、人员定位功能于一体的本安型多功能矿灯，对目前功能单一的信号灯进行完善，在原有指示灯的基础上，可以更好的配合控制器来完成井下液压支架的自动控制。

本发明提供的矿用本安型多功能矿灯涉及供电、信号显示、照明、UWB定位、有线通信、无线通信、倾角测试等功能，由安装在矿灯壳体内相应的功能模块实现。

本发明电源模块提供供电为12V转5V/3.3V，电源模块中的控制电路输入范围可以达到4.5V-24V，便于接入控制器接口，且不需要提供额外的供电设备，调整电路中的电阻R11、R16后，电路中降压芯片将输出电压转化为3.3V/5V，可以为控制芯片、驱动电路提供稳定的直流源，所述电源模块设置在圆形的控制电路板上，电路中另外设置有绿色状态指示灯，用来分别指示电路的3.3V和5V电源输出状态；

所述信号显示灯具体为RGB三通道恒流驱动电路，该控制电路设置于圆形的控制电路板边缘，形成20个RGB三通道LED贴片灯环，该信号显示灯的控制端与微控制器连接进行数据交互，可以产生多变的工作指示状态，包括呈现不同色彩、频率、数量的拖尾、旋转、呼吸模式效果。

所述照明灯内部设置有LED驱动电路，照明灯控制电路单独做成一块圆形照明PCB灯板作为照明灯板，灯板边缘位置均匀设置4个白色LED灯，功率2W左右，可以产生高亮度白色光源，照明灯电路的控制端与微控制器连接，照明灯的亮度可通过微控制器MCU产生的不同占空比的PWM波信号进行调整，同时控制其开关，进行实时操作。

所述定位模块具体采用UWB型DWM1000定位模块，该定位模块控制电路设置于圆形控制电路板上，符合IEEE802.15.4.2011超带宽标准，支持从3.5GHZ到6.5GHZ的四个射频段，数据传输率为110KBPS、850KBPS、6.8MBPS三种模式，定位模块采用SPI接口与微控制器MCU连接，在微控制器的控制下，当人员或设备进入工作面后，可以测量矿灯与其的距离信息，通过优化后的算法处理，测量精度可以达到10厘米，DWM1000定位模块设置有四个绿色LED指示灯，用于指示模块的收发模式，其定位数据也可以同步上传至微控制器做进一步的定位处理。

本发明另外还设置有相应的通信接口和通信模块，用于与外界终端或服务器进行数据交互，扩大应用范围；其中有线通信部分为RS485通信电路，该类型通信电路具备良好的抗干扰性，可作为长距离和多站传输的首选串行接口，最大传输速率可达10M/s，该通信电路可以设置于控制电路板上，又由于多功能灯自带485接口（插头15），可以通过相应规格的数据线与控制器接口建立连接，进行数据传输；

本发明另外设置的无线通信模块为433通信电路，该电路作为遥控器的接收设备，支持先进的LoRa调制方式，工作的频段为433MHZ，具有远距离抗干扰优点，该通信模块通过串口与微控制器MCU连接，通过固定信道与遥控器进行定点的数据交互，上传遥控器按键信息给控制器，进而控制液压支架进行单组和成组动作。

所述倾角传感器具体为MPU6050型号的倾角检测模块，该模块使用的控制电路集成了3轴MEMS陀螺仪，3轴MEMS加速度计，以及一个可扩展的数字运动处理器DMP，电路中的I2C接口用于与微控制器MCU控制端连接，使微控制器可以实时获取矿灯的翻滚角（0-±180°）和俯仰角（0-±90°）等数据。

如图7所示，本发明在使用时，在微控制器MCU的处理下，通过485接口于液压支架控制器进行交互，整个矿用多功能灯要完成5个任务的调度，完成矿用本安型多功能灯的相关功能，具体包括：

（1）液压支架控制器下发状态，在串口处理任务、LED指示和照明任务处理下，设置矿用多功能灯的信号显示状态；

（2）液压支架控制器下发状态，在串口任务、LED指示和照明任务处理下，产生不同占空比的PWM波，调节矿用多功能灯的照明灯亮度、对照明灯进行ON/OFF控制；

（3）测试矿用多功能灯翻滚角、俯仰角，在倾角测试任务、串口任务处理下，上传数据给液压支架控制器，进而用来调整液压支架姿态；

（4）矿用多功能灯获取和测试工作面人员、设备在线状态和距离信息，在串口任务、定位任务处理下，上传数据发送至液压支架控制器，为工作面定位系统提供数据支撑；

（5）矿用多功能灯中的433通信模块可以使遥控器和控制器之间建立无线通信，在串口任务、433无线通信任务处理下，进行无线通信，传输按键信息给控制器。

本发明设计专用的矿灯壳体用于封装电路板及各功能模块，并方便将整个矿灯安装在液压支架的相应位置，矿灯壳体主要由壳体、灯罩、PCB板、隔离柱、固定板、插头等零件组成，所述的壳体采用助燃尼龙PA6材料制作，呈圆盒形，防爆等级高；所述的灯罩采用耐力PC材料制作，呈平底半球形，灯罩的表面经过特殊处理，在美观同时，有效的避免灰尘进入光源表面，所述灯罩和壳体通过M4小盘头螺钉连接固定为一体；所述电路控制PCB板通过固定长度隔离柱安装于壳体内部，使白光和RGB彩色灯可以最大限度的透过灯罩，呈现多变色彩状态；所述固定板起到安装固定作用，可以方便牢固地将整个矿灯固定于液压支架顶梁处；矿灯顶部设置的插头具体为2个圆柱形头，每个含有4针，分别为12V、12GND、485-A、485-B端口，能与液压支架控制器接口通过数据线进行连接，并由控制器充当电源，与多功能灯进行485通信，额外的插头可用来扩展多个多功能灯设备；使用的螺钉、平垫圈等固定件全部采用不锈钢材质制作，避免在潮湿的环境中受到侵蚀。

关于本发明具体结构需要说明的是，本发明采用的各部件模块相互之间的连接关系是确定的、可实现的，除实施例中特殊说明的以外，其特定的连接关系可以带来相应的技术效果，并基于不依赖相应软件程序执行的前提下，解决本发明提出的技术问题，本发明中出现的部件、模块、具体元器件的型号、连接方式除具体说明的以外，均属于本领域技术人员在申请日前可以获取到的已公开专利、已公开的期刊论文、或公知常识等现有技术，无需赘述，使得本案提供的技术方案是清楚、完整、可实现的，并能根据该技术手段重现或获得相应的实体产品。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。