专利名称：矿用倾角传感器、支架倾角测量系统及倾角测量方法
技术领域：
本发明涉及一种用于煤矿综采工作面液压支架的矿用倾角传感器，以及由倾角传感器和矿用液压支架控制器构成的倾角测量系统及煤矿综采工作面液压支架的测量方法。
背景技术：
煤矿用倾角传感器主要用于测量煤矿井下液压支架的顶梁、掩护梁、底座等的相对倾斜程度，以此反映支架的支撑高度以及对顶板的支护状况。由于所测量的是相对角度， 因此通常一台液压支架控制器需要装多个倾角传感器。部分厂家采用只接一个倾角传感器的方式，但是这种方式只有在煤矿工作面与地平面完全平行，以及运行过程中工作面整体倾角不变的情况下，才能得到所测点的真实数据。当工作面与地平面存在角度的时候，则需要程序员“预估”一个参数对所测面角度进行补偿，此时控制器所得到的角度参数不完全是实测结果。而且，通常一个角度数据不足以反映液压支架的姿态情况。如图1所示，部分厂家采用星型连接的方式，将多个倾角传感器通过多个接口与支架控制器直接连接。但由于支架控制器需要完成通讯、采样、驱动等多种功能，其接口数量有限。倾角传感器占用多个接口，将影响支架控制器的其他功能以及运行裕量；同时，多个倾角传感器同时发送数据给支架控制器，会产生较大的功耗，不利于产品在煤矿井下的安全。

发明内容
本发明提供一种矿用倾角传感器、支架倾角测量系统及倾角测量方法，减少对支架控制器的接口占用，并降低功耗。本发明提供的矿用倾角传感器，包括倾角检测模块、处理模块、第一接口模块、第二接口模块；所述倾角检测模块用于检测被测物体的倾角；所述处理模块用于将自身的倾角信息以及从所述倾角传感器或邻液压支架控制器接收到的数据帧信号进行处理，生成数据帧信号；所述第一接口模块用于发送或接收相邻倾角传感器或液压支架控制器的数据帧信号，并与所述处理模块通信；所述第二接口模块用于与所述处理模块通信，并发送或接收相邻倾角传感器的数据帧信号。另外，本发明提供的由上述矿用倾角传感器构成的支架倾角测量系统，包括液压支架控制器与至少两个矿用倾角传感器，各所述矿用倾角传感器依次串接在所述液压支架控制器后；所述液压支架控制器用于向所述矿用倾角传感器发送数据帧信号；所述矿用倾角传感器包括倾角检测模块、处理模块、第一接口模块、第二接口模块；所述倾角检测模块用于检测被测物体的倾角；所述处理模块用于将自身的倾角信息以及从所述邻液压倾角传感器或邻液压支架控制器接收到的的数据帧信号进行处理，生成数据帧信号；所述第一接口模块用于发送或接收相邻倾角传感器或液压支架控制器的数据帧信号，并与所述处理模块通信；所述第二接口模块用于与所述处理模块通信，并发送或接收相邻倾角传感器的数据帧信号。本发明提供的矿用液压支架的倾角测量方法，用于液压支架控制器和多个倾角传感器串行组网的网络通信，包括步骤液压支架控制器发送数据帧信号，倾角传感器接收所述数据帧信号，判断是否是最远端的倾角传感器，若不是，将自身的倾角信息以及从前一个液压倾角传感器或液压支架控制器接收到的数据帧信号进行处理，生成数据帧信号，则转发所述数据帧信号到下一个邻倾角传感器，若是，则将所述数据帧信号发送到前一个邻倾角传感器或所连接的液压支架控制器；所述液压支架控制器根据所接收到的数据帧信号中的倾角信息获得所述液压支架的倾角。由以上方案可以看出，本发明中倾角传感器串行连接，最终只需占用支架控制器一个接口，即可实现液压支架多个部件的角度测量；同时，系统提供自组网功能，新增、替换倾角传感器无需设定，系统可自动识别编号；另外，根据倾角测量系统的通讯方式，保证系统同一时间只有一个通讯接口处于工作状态，降低系统功耗，避免了系统增加倾角传感器带来的拓扑变更，以及电源负载增大带来的安全隐患。


图1为现有倾角测量系统产品的结构示意图；图2为本发明的矿用倾角传感器的实施例结构示意图；图3为本发明的矿用倾角传感器水平位置方式示意图；图4为本发明的矿用倾角传感器倾斜姿态示意图；图5为本发明的矿用倾角测量系统的实施例结构示意图；图6为本发明的矿用倾角测量系统的实施例通讯结构流程图。
具体实施例方式本发明的倾角传感器，主要安装于煤矿液压支架的各个部件上，如顶板、底板、掩护梁等部位；各个传感器之间通过线缆串接，通过最靠近控制器的一个传感器与支架控制器相连，组成倾角测量系统。本发明的倾角测量系统可以实时测量支架各部位的倾斜角度， 通过组合计算得出支架的实际姿态；传感器间顺序连接，大大简化了走线复杂度，更加适合井下复杂的环境；只占用支架控制器一个接口，即可得到多个倾角数据，节约了控制器资源。本发明的倾角传感器包括一个作为中央处理器的处理模块，处理模块与第一接口模块和第二接口模块连接，在本发明中，正向传输时，当矿用倾角传感器作为数据信号的源发送端时，处理模块负责将通过第一接口模块从液压支架控制器接收到的数据帧信号进行处理，按照预定的通信协议规则生成数据帧信号，通过第二接口模块发送给下一个相邻倾角传感器；当矿用倾角传感器作为数据信号的目的接收端时，处理模块负责将从邻倾角传感器接收到的倾角信息以及自身的倾角信息处理合成新的数据帧信号发送给下一个相邻倾角传感器。反向传输时，最后一个矿用倾角传感器通过第一接口模块发送给前一个矿用倾角传感器，矿用倾角传感器通过第二接口模块接收数据帧信号，并发送给处理模块，在反向传输中各个矿用倾角传感器的处理模块分别将自身的倾角信息加入所收到的数据帧信号后通过第一通信接口依次发送给前一个相邻倾角传感器，直到液压支架控制器。倾角检测模块检测被测物体的倾角信息，发送到处理模块，处理模块根据倾角信息计算出被测物品与水平面的倾斜角度。图2为一个实施例中的矿用倾角传感器的结构示意图，如图所示，在本实施例中， 第一接口模块包括第一信号调理模块和第一通信接口，第二接口模块包括第二信号调理模块和第二通信接口，处理模块与两个信号调理模块连接，即图中的第一信号调理模块、第二信号调理模块；每个信号调理模块和一个通信接口连接，即图中的第一通信接口，第二通信接口。如图3所示，为倾角传感器与水平面平行设置时的标准模式。此时倾角检测芯片处于平衡状态，X轴Y轴与水平面夹角为0°，与重力加速度g形成90°的夹角。在本实例中，传感器此时向处理模块发送占空比50 %的PWM信号。如图4所示，为倾角传感器在X轴方向倾斜，与水平面形成δ°的夹角，此时根据 δ的不同，倾角检测模块输出不同的倾角信息，处理模块接收到倾角信息后，即可转换处理，得到传感器的倾斜角度。在本实例中，当δ介于士90°之间时，倾角传感器将输出X轴 30 % 70 %占空比的PWM信号。Y轴的倾角信息获取方式与X轴相同。传感器输出的倾角信息模式，以及对应的滤波方式包含但不限于以下方式PWM 方波、模拟量信号、RS232、RS485。本发明的倾角传感器还具有数据处理功能和传输功能。对接收到的数据帧按照其命令字段的内容，进行对应的处理，并通过第一通信接口或第二通讯接口向外发送。本发明还提供一种倾角测量系统，用于煤矿液压支架。倾角测量系统包括一台液压支架控制器以及多个本发明的矿用倾角传感器。如图5所示为本发明的倾角测量系统的系统结构示意图。倾角测量系统以支架控制器为控制部件，以倾角传感器为测量部件。倾角传感器安装于液压支架所需测量的各个部件上，支架控制器通常安装于液压支架立柱之间。倾角传感器之间通过线缆串行连接，再与控制器单一接口相连，实现系统连接方式的最简化。如图5所示，对系统中各个倾角传感器而言，编号比自身小1的直接连接的倾角传感器为第一邻倾角传感器；编号比自身大1的直接连接的倾角传感器为第二邻倾角传感
ο本发明的倾角测量系统具有自组网功能。系统连接完成后，与支架控制器直接相连的倾角传感器自动编号为1，与倾角传感器1连接的倾角传感器编号为2，编号按照连接顺序递增，一直到最后一个倾角传感器N，全部倾角传感器都有编号之后，即完成自组网。系统中的倾角传感器在编号之后，控制器识别编号，进行数据的收发。本倾角测量系统有计算支架相对倾斜角度的功能。倾角测量系统中，倾角传感器分别测量各个关键部件的倾斜角度，如顶板、底板、尾梁相对水平面的倾斜角度。通过本发明的通讯方法，发送到支架控制器。支架控制器对收到的数据进行处理，通过相对计算，得出支架的部件的相对倾斜角度状态，进而判断支架是否处于安全姿态，以做出相应的调整措施。如测得底板相对水平面倾角为10°，顶板相对水平面为70°，则顶板相对底板为 70° _10° =60° ；控制器通过预设的标准，判断此时支架处于危险状态，则可以进行收顶板等措施。本发明提供了相应的利用矿用倾角测量系统测量倾角的方法。本发明涉及的通讯数据帧包含以下4种字段起始字段用于标定数据帧信号的起始位置。命令字段用于标示所述数据帧信号的命令意义。通常包含由支架控制器发出的数据查询命令以及由最远端的倾角传感器反馈回的数据回复命令。处于中间的倾角传感器将不改变命令字段。数据字段用于承载数据信息。数据信息即倾角传感器测量得出的倾斜角度信息。校验字段，用于校验所发数据是否正确。如图6所示，本发明的倾角测量系统的通讯方法包含以下步骤步骤1 支架控制器根据实际需要，定时发出数据查询数据帧信号；步骤2 倾角传感器1接收到数据查询数据帧信号，若判断自身不是最远端，则对数据帧进行处理后转发此查询命令，此时数据帧的命令字段仍是数据查询命令；步骤3 N 同步骤2，一直将查询命令发送到编号为N的最远端倾角传感器；步骤N+1 若倾角传感器判断自身为最远端，则对数据帧进行处理，将数据帧中的查询命令字段，修改为数据回复命令字段，并将自身的倾角信息加入数据字段中的特定位置，然后将此数据帧转发到编号较小的前一个倾角传感器；最终支架控制器接收到的数据字段，包含所有处理过此数据帧的倾角传感器写入的倾斜角度信息；步骤(N+幻 2N 接收到数据回复命令数据帧的倾角传感器，对数据帧的数据字段进行处理，将自身测量得到的倾角信息根据自身的编号，加入数据字段的特定部分，并继续转发，直到数据帧信号返回支架控制器；步骤2N+1 支架控制器接收到数据帧，此数据帧命令字段为数据回复命令，数据字段包含所有1 N个倾角传感器本次测量得到的倾斜角度信息。以上所有的通讯均进行数据帧起始位置判定与帧校验。从以上通讯方式可以看出，任一时刻，支架控制器和N个倾角传感器中，只有一个接口动作，降低了系统功耗。上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质和原理下所作的修改、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种矿用倾角传感器，其特征在于，包括倾角检测模块、处理模块、第一接口模块、 第二接口模块；所述倾角检测模块用于检测被测物体的倾角信息；所述处理模块用于将自身的倾角信息以及从所述倾角传感器或液压支架控制器接收到的数据帧信号进行处理，生成数据帧信号；所述第一接口模块用于发送或接收相邻倾角传感器或液压支架控制器的数据帧信号， 并与所述处理模块通信；所述第二接口模块用于与所述处理模块通信，并发送或接收相邻倾角传感器的数据帧信号。
2.根据权利要求1所述的矿用倾角传感器，其特征在于所述数据帧信号的通讯方式包含RS232、RS485、CAN、TCP/IP。
3.根据权利要求1所述的矿用倾角传感器，其特征在于所述数据帧信号的帧结构包括起始字段，用于标定所述数据帧信号； 命令字段，用于标示所述数据帧信号的命令意义； 数据字段，用于承载倾角信息； 校验字段，用于校验所发数据是否正确。
4.根据权利要求3所述的矿用倾角传感器，其特征在于所述命令字段的数据包括 查询命令，用于标示所述数据帧命令为查询命令；数据回复命令用于标示所述数据帧为数据回复命令；当所述数据帧信号的命令字段为查询命令时，所述处理模块判断是否是最远端的倾角传感器，若不是，则通过所述第二接口模块转发所述数据帧信号到下一个邻倾角传感器，否则将所述数据帧信号的命令字段修改为数据回复命令，并将自身的倾角信息加入所述数据帧信号，通过所述第一接口模块发送到前一个邻倾角传感器；当所述数据帧信号的命令字段为数据回复命令时，将自身的倾角信息加入所述数据帧信号，通过所述第一接口模块发送到前一个邻倾角传感器或液压支架控制器。
5.由权利要求1至4所述的矿用倾角传感器构成的支架倾角测量系统，其特征在于，包括液压支架控制器与至少两个矿用倾角传感器，各所述矿用倾角传感器依次串接在所述液压支架控制器后；所述液压支架控制器用于向所述矿用倾角传感器发送数据帧信号；所述矿用倾角传感器包括倾角检测模块、处理模块、第一接口模块、第二接口模块；所述倾角检测模块用于检测被测物体的倾角；所述处理模块用于将自身的倾角信息以及从所述邻液压倾角传感器或邻液压支架控制器接收到的的数据帧信号进行处理，生成数据帧信号；所述第一接口模块用于发送或接收相邻倾角传感器或液压支架控制器的数据帧信号， 并与所述处理模块通信；所述第二接口模块用于与所述处理模块通信，并发送或接收相邻倾角传感器的数据帧信号。
6.一种矿用液压支架的倾角测量方法，用于液压支架控制器和多个倾角传感器串行组网的网络通信，其特征在于，包括步骤正向传输时，液压支架控制器发送数据帧信号，倾角传感器接收所述数据帧信号，判断是否是最远端的倾角传感器，若不是，将从前一个液压倾角传感器或液压支架控制器接收到的数据帧信号进行处理，生成数据帧信号，转发所述数据帧信号到下一个邻倾角传感器，反向传输时，各倾角传感器将自身的倾角信息加入所述数据帧信号发送到前一个邻倾角传感器或液压支架控制器；所述液压支架控制器根据所接收到的数据帧信号中的倾角信息获得所述液压支架的倾角。
7.根据权利要求6所述的矿用液压支架的倾角测量方法，其特征在于，所述数据帧信号的帧结构包括起始字段，用于标定所述数据帧信号； 命令字段，用于标示所述数据帧信号的命令意义； 数据字段，用于承载倾角信息； 校验字段，用于校验所发数据是否正确。
8.根据权利要求6所述的矿用液压支架的倾角测量方法，其特征在于所述命令字段的数据包括查询命令，用于标示所述数据帧命令为查询命令； 数据回复命令用于标示所述数据帧为数据回复命令。
全文摘要
本发明提供的矿用倾角传感器，包括倾角检测模块、处理模块、第一接口模块、第二接口模块；所述倾角检测模块用于检测被测物体的倾角信息；所述处理模块用于将自身的倾角信息以及从所述倾角传感器或液压支架控制器接收到的数据帧信号进行处理，生成数据帧信号；所述第一接口模块用于发送或接收相邻倾角传感器或液压支架控制器的数据帧信号，并与所述处理模块通信；所述第二接口模块用于与所述处理模块通信，并发送或接收相邻倾角传感器的数据帧信号。本发明还提供了矿用倾角传感器构成的支架倾角测量系统以及相应的测量方法，通过本发明能够减少对支架控制器的接口占用，并降低功耗。
文档编号G01C9/00GK102384741SQ20111030176
公开日2012年3月21日 申请日期2011年9月28日 优先权日2011年9月28日
发明者乔茂林, 余佳鑫, 傅智敏, 明武, 贾宇辉, 郭伟文, 马鹏宇 申请人:广州日滨科技发展有限公司