一種罐籠監(jiān)控裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種罐籠監(jiān)控裝置，所述罐籠包括四個罐耳，每個所述罐耳上均具有導向槽，所述導向槽的橫截面為矩形，所述監(jiān)控裝置包括非接觸式位移傳感器，每個所述罐耳的導向槽內(nèi)均設置有三個所述非接觸式位移傳感器，三個所述非接觸式位移傳感器分別設置在所述導向槽的底面和內(nèi)側兩面。本實用新型的罐籠監(jiān)控裝置通過在罐耳的導向槽內(nèi)部設置三個非接觸式位移傳感器用以檢測罐耳和罐道之間的距離，其中包括罐耳兩側與罐道的距離以及罐耳底部與罐道頂部的距離，通過罐耳和罐道之間三個方向的距離可以得到罐道的磨損、變形、傾斜等信息。
【專利說明】一種罐籠監(jiān)控裝置

【技術領域】
[0001]本實用新型屬于礦山安全管理領域，涉及一種罐籠監(jiān)控裝置。

【背景技術】
[0002]罐籠的應用給礦山生產(chǎn)帶來了很大的便利和很高的效率，但是伴隨著罐籠的長時間運行，罐籠的安全管理越來越困難。怎么讓罐籠能夠長時間高效、安全運轉，怎么能夠防患于未然，是長期困擾的一個難題。即便是定期的罐籠檢修，檢修人員也要冒著很大的安全風險，并且影響罐籠的正常使用。
[0003]罐籠是礦井提升中的重要設備，罐道是主要組成部分之一，具有保持容器運行平穩(wěn)、導向、防墜的重要作用。罐籠升降過程中，罐耳和鋼軌罐道之間不可避免地會發(fā)生摩擦、變形，罐道偏斜將使罐籠提升阻力增加，罐耳磨損嚴重，有時甚至發(fā)生掉罐和卡關等事故。
[0004]根據(jù)罐籠的使用特點和特性，結合礦方想實現(xiàn)的監(jiān)測目標，我們可以監(jiān)控罐耳和鋼軌罐道的磨損及罐籠的偏斜情況，將磨損和偏斜嚴重的地方及時上報機房管理系統(tǒng)，實現(xiàn)對罐籠的監(jiān)控，這樣可以及時對故障點進行檢修，提高維修效率。
[0005]較少的罐籠檢修會為罐籠運行帶來較大的安全隱患，而較為頻繁的罐籠檢修又影響礦井的生產(chǎn)。檢測罐籠與水平面的夾角即可知道罐道的偏斜情況，檢測滑動罐耳和鋼軌罐道之間的間隙，以及罐道的偏斜，并將間隙和偏斜嚴重的地方及時上報給提升機房，及時檢修能夠解決這一問題。
[0006]圖1、圖2、圖3、圖4和圖5為罐道缺陷模型，其中類型a，b屬于設計安裝或井壁變形造成的整體缺陷；類型c可能是整體變形，也可能是某段罐道出現(xiàn)不規(guī)則彎曲；d，e是典型的局部故障，罐道局部銹蝕嚴重、相鄰鋼軌間的接頭不平整、罐道上附著異物等都可能出現(xiàn)這種缺陷。罐耳若磨損嚴重，則檢測到的間隙數(shù)據(jù)會整體偏大。
[0007]因此，需要一種罐籠監(jiān)控裝置以解決上述問題。
實用新型內(nèi)容
[0008]本實用新型是針對現(xiàn)有技術中罐籠磨損、偏斜不容易發(fā)現(xiàn)的缺點，提供一種罐籠監(jiān)控裝置。
[0009]為實現(xiàn)上述實用新型目的，本實用新型罐籠監(jiān)控裝置可采用如下技術方案:
[0010]一種罐籠監(jiān)控裝置，所述罐籠包括四個罐耳，每個所述罐耳上均具有導向槽，所述導向槽的橫截面為矩形，所述監(jiān)控裝置包括非接觸式位移傳感器，每個所述罐耳的導向槽內(nèi)均設置有三個所述非接觸式位移傳感器，三個所述非接觸式位移傳感器分別設置在所述導向槽的底面和內(nèi)側兩面。
[0011]更進一步的，還包括動態(tài)傾角傳感器，所述動態(tài)傾角傳感器水平設置在所述罐籠的頂部。
[0012]更進一步的，所述動態(tài)傾角傳感器包括三軸MEMS陀螺儀和三軸MEMS加速度計。
[0013]更進一步的，所述非接觸式位移傳感器為電渦流位移傳感器。電渦流傳感器能準確測量被測體(必須是金屬導體)與探頭端面之間靜態(tài)和動態(tài)的相對位移變化，是一種非接觸的線性化計量工具。
[0014]更進一步的，還包括罐籠位置信息采集器，所述罐籠位置信息采集器包括光電編碼器，所述光電編碼器設置在罐籠的電機上。罐籠位置信息主要通過光電編碼器獲得電機運轉總周數(shù)，電機每運轉一周提升鋼絲繩的長度固定，由此可得罐籠在井筒中的位置。通過和非接觸式位移傳感器相互配合使用，可以確定罐道磨損、變形的位置，方便維護人員進行維護和檢修。
[0015]更進一步的，還包括精確定位裝置，所述精確定位裝置設置在所述罐籠的底部，所述精確定位裝置包括電源模塊、ARM控制器、NA5TR1無線收發(fā)芯片、巴倫阻抗放大電路、射頻功率放大器、帶通濾波器模塊和天線，所述電源模塊連接所述ARM控制器和NA5TR1無線收發(fā)芯片，所述ARM控制器連接所述NA5TR1無線收發(fā)芯片，所述NA5TR1無線收發(fā)芯片、巴倫、射頻功率放大器、帶通濾波器模塊和天線依次連接，所述NA5TR1無線收發(fā)芯片包括第一 VDDA 端、第二 VDDA 端、RREF 端、VSSA 端、VDDA_DC0 端、Xtal32kP 端、Xtal32kN 端、Xtal32MP端、Xtal32MN 端、Tx_Rx 端、第一 VSSD 端、第二 VSSD 端、第一 VDDD 端、第二 VDDD 端、第三VSSD 端、Sp iCLK 端、Sp i SSN 端、Sp iTXD 端、Sp i RXD 端、DO 端、DI 端、D2 端、D3 端、第四 VSSD端、第三 VDDD 端、Test 端、uCReset 端、uCIRQ 端、VDDlV2_Cap 端、uCVcc 端、POnReset 端、第五VSSD端、VDDA_ADC端、第二 VSSA端、第三VDDA端、第四VDDA端、第三VSSA端、第四VSSA端、RxN端、RxP端、第五VSSA端、TxN端、TxP端和第六VSSA端；
[0016]所述第一 VDDA端和第二 VDDD端均連接+2.5V電壓端，所述RREF端通過電阻RlO接地，所述VSSA端接地，所述VDDA_DC0端連接+2.5V電壓端，所述Xtal32kP端和Xtal32kN端分別連接無源晶振Yl的兩端，所述無源晶振Yl的兩端分別通過電容C25和電容C26接地，所述Xtal32MP端和Xtal32MN端分別連接有源晶振Y2的兩端，所述有源晶振Y2的兩端分別通過電容C27和電容C31接地，所述有源晶振Y2的另外兩端接地，所述第一 VSSD端、第二 VSSD端和第三VSSD端均接地，所述第一 VDDD端、第二 VDDD端和第三VDDD端均連接+2.5V電壓，所述第三VSSD端接地，所述SpiCLK端、SpiSSN端、SpiTXD端和SpiRXD端分別連接 SPI 1_CLK 端、SPI 1_SSN 端、SPI 1_MIS0 端和 SPI 1_M0SI 端，所述 DO 端、Dl 端、D2端和D3端通過4位排阻接地，所述第四VSSD端接地，
[0017]所述VDDlV2_Cap端通過并聯(lián)連接的電容C29和電容C30接地，所述Test端通過電阻Rl3接地，所述POnReset端通過電容C28接地并通過電阻Rll接+2.5V電壓，
[0018]所述第五VSSD端和第二 VSSA端接地，所述VDDA_ADC端接+2.5V電壓端，所述第三VDDA端和第四VDDA端接+2.5V電壓并通過串聯(lián)連接的電容C22、電容C23和電容C24接地，
[0019]所述第三VSSA端和第四VSSA端接地，所述TxN端和TxP端分別連接TXN端和TXP端，第五VSSA端接地，所述TxN端和TxP端分別連接TXN端和TXP端，所述第六VSSA端接地。
[0020]NA5TR1為無線收發(fā)芯片，是定位節(jié)點的核心器件，該器件內(nèi)部集成了具有雙邊兩路測距功能的模塊和2.45GHz ISM RF收發(fā)器，工作頻段為2.4GHz的免授權頻段，提供3個可自由調整中心頻率的非重疊2.4GHzISM頻道和14個重疊的頻道，提高了與現(xiàn)有2.4GHz無線技術共存時的網(wǎng)絡性能，具有125Kb/s-2Mb/s的可編程數(shù)據(jù)速率，0-33dBm可調且支持擴展至20dBm以上的可編程輸出功率，高達大_97dBm的接收靈敏度，具有節(jié)能的掉電模式，掉電模式下的最小電流彡2 μ A。時鐘晶振:NA5TR1工作時需要32.768kHz和32MHz兩個時鐘信號，32MHz的時鐘作為基帶時鐘的基準來產(chǎn)生線性調頻信號，32.768kHz時鐘為實時時鐘及實現(xiàn)掉電模式下的電源管理。
[0021]本實用新型的精確定位裝置結構簡單，設計合理，能有有效從硬件上提高定位裝置的定位精度并有效降低功耗。
[0022]更進一步的，所述電源模塊包括Vin端、Vout端、GND端、EN端和Adj端，所述GND端接地，所述EN端通過電容C50接地，所述Vin端通過熔斷器Fl連接3.3V電壓端，所述Vin端和EN端連接，所述Vout端連接2.5V電壓端并通過串聯(lián)連接的電容C51和電容C45接地，所述Vout端分別通過電感LR4和電感LR5連接NA端和STM32端。本實用新型采用低壓差線性穩(wěn)壓器SPX3819，具有高電源抑制比、超低噪聲及快速啟動等特點，為ARM控制器及無線收發(fā)芯片NA5TR1提供所需的工作電源。
[0023]更進一步的，所述巴倫阻抗放大電路包括LDB212G4020C-001濾波器，所述LDB212G4020C-001濾波器包括第一端、第二端、第三端、第四端和第五端，所述第一端接單端信號輸出，所述第二端通過電容C18接地，所述第三端連接TXP端，所述第四端連接TXN端，所述第五端接地，所述第三端和第四端通過電感L8連接，所述第三端通過串聯(lián)連接的電容C20和電感L7連接RXP端，所述第四端通過串聯(lián)連接的電容C21和電感LlO連接RXN端，所述RXP端和RXN端之間通過電感L9連接。
[0024]巴倫阻抗放大電路包括阻抗匹配電路和變壓器巴倫電路，其中阻抗匹配電路由電感L7、電感L9、電感L10、電容C20、電容C21、電感L8組成的是雙Π型匹配網(wǎng)絡，為發(fā)送端口 TXP、TXN和接收端口 RXP、RXN的兩對差分對，提供阻抗控制為200歐姆的差分對阻抗匹配電路，實現(xiàn)無線收發(fā)模塊的差分接口和變壓器巴倫電路差分接口之間的阻抗匹配；變壓器巴倫電路由模擬器件LDB212G4020C組成，電容18是低頻旁路電容。TXP、TXN、RXP、RXN差分對信號經(jīng)過阻抗匹配電路后，為其提供高速變壓器巴倫電路，實現(xiàn)將幅度相同但相位相差180度的差分射頻信號和單端射頻信號之間的高速轉換，以此實現(xiàn)平衡傳輸線和非平衡傳輸線阻抗匹配電路。
[0025]更進一步的，所述射頻功率放大器包括功率控制電路、功率開關電路和功率放大電路，所述功率控制電路包括SN74LVC2G04芯片，所述SN74LVC2G04芯片包括一端、二端、三端、四端、五端和六端，其中，所述三端和五端分別連接三極管Ql的基極和集電極，所述三極管Ql的發(fā)射極通過電阻R5接地并連接TX-RXXX端，所述二端接地，所述一端通過電容C4連接所述二端并通過電阻Rl連接所述功率開關電路，
[0026]所述功率開關電路包括FPF2103芯片，所述FPF2103芯片包括I端、2端、3端、4端和5端，所述I端連接2.5V電壓端，所述2端接地，所述3端通過電阻Rl連接所述功率控制電路并通過電阻R2接地，所述4端為nc端，所述5端分別通過第一磁珠、第二磁珠和第三磁珠連接PA_VDD1端、PA_VDD2端和PA_VDD3端，
[0027]所述功率放大電路包括功率放大器UPG2250T5N，所述功率放大器UPG2250T5N包括第I端、第2端、第3端、第4端、第5端、第6端和第7端，所述第I端通過電容C6連接單端信號輸出并通過電感LI連接PA_VDD3端，所述第I端通過電容C2接地，所述PA_VDD3端通過電容Cl接地，所述第2端為nc端，所述第3端通過電容Cl連接第7端并連接TX-RXXX端，所述第4端通過串聯(lián)連接的電容C16和電感L6連接單端信號輸入，所述第5端通過電感L3連接PA_VDD1端，所述PA_VDD1端通過并聯(lián)連接的電容C9和電容ClO接地，所述第6端連接PA_VDD2端并通過電容C5接地。
[0028]射頻功率放大器(PA模塊)是各種無線發(fā)射機的重要組成部分。
[0029]在發(fā)射機的前級電路中，調制振蕩電路所產(chǎn)生的射頻信號功率很小，為了獲得足夠大的射頻輸出功率，必須采用射頻功率放大器，獲得足夠的射頻功率以后，才能饋送到天線上輻射出去。本發(fā)明的射頻功率放大模塊主要包括:功率控制電路、功率開關電路、功率放大電路。
[0030]其中，功率控制電路由電阻R1、電容C4、數(shù)字邏輯IC(SN74LVC2G04芯片)、三極管Ql、電阻R5組成。Tx_Rx為無線收發(fā)模塊當處于發(fā)送/接收狀態(tài)時，對外圍電路工作狀態(tài)的指示，當Tx_Rx為低電平時，TX_RXX為高電平，此時三極管I打開，通過TX_RXXX做為控制引腳，對功率放大電路中的功率放大器件3的增益進行控制；電容4做為低頻旁路電容來過濾對Tx_Rx高頻干擾。
[0031]功率開關電路:由電阻R2、P溝道莫斯管(FPF2103芯片)、磁珠1、磁珠2、磁珠3組成。ucVCC是無線收發(fā)模塊處于發(fā)送狀態(tài)時，提供給功率放大電路的增益控制的參考電壓，與Tx_Rx組成了功率開關電路。當無線收發(fā)模塊處于發(fā)送狀態(tài)時，P溝道莫斯管FPF2103打開，經(jīng)過第一磁珠、第二磁珠、第三磁珠過濾掉高頻噪聲和尖峰干擾后，給功率放大電路中的功率放大器UPG2250T5N做電源供給。采用P溝道莫斯管的好處是功率控制電路的輸出為低阻抗，補償電路簡單，在不需要外接大的輸出電容的情況下能實現(xiàn)穩(wěn)定的電壓輸出，同時節(jié)約芯片面積，降低設計成本。
[0032]功率放大電路:由電感L1、電容Cl、電容C2、電容C5、電容C6、電感L3、電容C9、電容C10、電容C11、電容C16、電感L6、功率放大器UPG2250T5N組成。其中，PA_VDD1端、PA_VDD2端、PA_VDD3端、TX_RXXX端為功率開關電路和功率控制提供信號，當無線收發(fā)模塊處于發(fā)送狀態(tài)時，PA_VDD1端、PA_VDD2端、PA_VDD3端向功率放大器UPG2250T5N提供穩(wěn)定的電源供給，功率放大器UPG2250T5N根據(jù)TX_RXXX端的增益控制參考電壓，以此來調整單端信號射頻信號功率的增益控制，本發(fā)明采用CEL公司的功率放大器UPG2250T5N(TS0N-6封裝)，大大減小芯片面積，內(nèi)部有3級放大電路，最大增益高達24dBm。在外圍應用電路中，電容C9、電容C10、電感L3實現(xiàn)了 PA_VDD1端電源輸入的高頻濾波電路；電容Cl、電容C2、電容C5、電感LI實現(xiàn)了 PA_VDD2端和PA_VDD3端電源輸入的高頻濾波電路。
[0033]更進一步的，還包括帶通濾波器模塊，所述帶通濾波器模塊包括LFB2H2G45SG7A159芯片，所述LFB2H2G45SG7A159芯片包括第I端、第II端、第III端和第IV端，所述第I端和第II I端均接地，所述第IV端接輸入信號，所述第II端連接電容C7的一端，所述電容C7的另一端分別電感L5和電感L4的一端,所述電感L5的另一端接地。
[0034]發(fā)明原理:罐籠設置在罐井中，罐籠有四個罐耳，每個罐耳需安裝3個非接觸式位移傳感器，即可測得罐耳每側與鋼軌罐道之間的距離。
[0035]有益效果:本實用新型的罐籠監(jiān)控裝置通過在罐耳的導向槽內(nèi)部設置三個非接觸式位移傳感器用以檢測罐耳和罐道之間的距離，其中包括罐耳兩側與罐道的距離以及罐耳底部與罐道頂部的距離，通過罐耳和罐道之間三個方向的距離可以得到罐道的磨損、變形、傾斜等信息。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0036]圖1為罐道缺陷模型；
[0037]圖2為罐道缺陷模型；
[0038]圖3為罐道缺陷模型；
[0039]圖4為罐道缺陷模型；
[0040]圖5為罐道缺陷模型；
[0041]圖6為罐籠監(jiān)控裝置的結構示意圖；
[0042]圖7為罐道異常點分析圖；
[0043]圖8為本實用新型的精確定位裝置的結構示意圖；
[0044]圖9為精確定位原理圖；
[0045]圖10為電源管理模塊的電路結構圖；
[0046]圖11為ARM控制器的電路結構圖；
[0047]圖12為NA5TR1無線收發(fā)芯片的電路結構圖；
[0048]圖13為巴倫阻抗放大電路的電路結構圖；
[0049]圖14為功率控制電路和功率開關電路的電路結構圖；
[0050]圖15為功率放大電路的電路結構圖；
[0051 ]圖16為帶通濾波器模塊的電路結構圖。

【具體實施方式】
[0052]下面結合具體實施例，進一步闡明本實用新型，應理解這些實施例僅用于說明本實用新型而不用于限制本實用新型的范圍，在閱讀了本實用新型之后，本領域技術人員對本實用新型的各種等價形式的修改均落于本申請所附權利要求所限定的范圍。
[0053]請參閱圖6所示，本發(fā)明的罐籠監(jiān)控裝置，罐籠包括四個罐耳，每個罐耳上均具有導向槽，導向槽的橫截面為矩形，監(jiān)控裝置包括非接觸式位移傳感器，每個罐耳的導向槽內(nèi)均設置有三個非接觸式位移傳感器，三個非接觸式位移傳感器分別設置在導向槽的底面和內(nèi)側兩面。優(yōu)選的，非接觸式位移傳感器為電渦流位移傳感器。電渦流傳感器能準確測量被測體(必須是金屬導體)與探頭端面之間靜態(tài)和動態(tài)的相對位移變化，是一種非接觸的線性化計量工具。
[0054]還包括動態(tài)傾角傳感器，動態(tài)傾角傳感器水平設置在罐籠的頂部。動態(tài)傾角傳感器包括三軸MEMS陀螺儀和三軸MEMS加速度計。傾角傳感器經(jīng)常用于系統(tǒng)的水平測量，還可以用來測量相對于水平面的傾角變化量，輸出角度以水準面為參考，基準面可被再次校準，只要將傳感器固定在一定的平面，測量前使用零位按鈕實現(xiàn)清零功能，傳感器在此之后讀出來的數(shù)據(jù)就是相對于該平面的相對傾角。動態(tài)傾角傳感器是一款微型的涵蓋動態(tài)傾角和靜態(tài)傾角測量的傳感器，專門針對靜態(tài)傾角傳感器的動態(tài)誤差太大，無法在運動載體上進行測量這一缺陷而特別設計的傾角傳感器，滿足了客戶在運動狀態(tài)下測量傾角的要求。它由三軸MEMS陀螺、三軸MEMS加速度計等構成。
[0055]還包括罐籠位置信息采集器，罐籠位置信息采集器包括光電編碼器，光電編碼器設置在罐籠的電機上。罐籠位置信息主要通過光電編碼器獲得電機運轉總周數(shù)，電機每運轉一周提升鋼絲繩的長度固定，由此可得罐籠在井筒中的位置。通過和非接觸式位移傳感器相互配合使用，可以確定罐道磨損、變形的位置，方便維護人員進行維護和檢修。
[0056]還包括攝像機，攝像機設置在罐籠的頂部，攝像機對準罐道。罐籠頂部的攝像機監(jiān)控罐道，減少了人員直接觀察檢修的幾率，減少了危險的高空作業(yè)，同時攝像機的后端錄像，也為罐籠的運行與檢修提供了寶貴的數(shù)據(jù)資料。
[0057]還包括傳感器信號采集裝置、DSP處理器和信號發(fā)送裝置，傳感器信號采集裝置和信號發(fā)送裝置均連接DSP處理器，非接觸式位移傳感器均連接傳感器信號采集裝置。其中，動態(tài)傾角傳感器、籠位置信息采集器、攝像機均連接DSP處理器。
[0058]請參閱圖7所示，其中，本實用新型的軟件設計可以采樣圖形化的操作方式，操作人員能夠看到罐籠的實時運行情況，及罐耳罐道的距離情況。能夠方便的判斷出罐耳與導向軌道的摩擦所在位置，做到安全預警與防護。監(jiān)控管理軟件將上傳的位置信息，間隙信息，傾角信息繪制曲線，這樣能夠方便直觀地找出故障點。異常點分析圖例如圖7所示。
[0059]發(fā)明原理:罐籠設置在罐井中，罐籠有四個罐耳，每個罐耳需安裝3個非接觸式位移傳感器，即可測得罐耳每側與鋼軌罐道之間的距離。利用動態(tài)傾角傳感器用于罐籠的水平測量，還可以用來測量罐籠相對于水平面的傾角變化量。罐籠位置信息主要通過光電編碼器獲得電機運轉總周數(shù)，電機每運轉一周提升鋼絲繩的長度固定，由此可得罐籠在井筒中的位置。通過和非接觸式位移傳感器相互配合使用，可以確定罐道磨損、變形的位置，方便維護人員進行維護和檢修。
[0060]本實用新型的罐籠監(jiān)控裝置通過在罐耳的導向槽內(nèi)部設置三個非接觸式位移傳感器用以檢測罐耳和罐道之間的距離，其中包括罐耳兩側與罐道的距離以及罐耳底部與罐道頂部的距離，通過罐耳和罐道之間三個方向的距離可以得到罐道的磨損、變形、傾斜等信肩、O
[0061]請參閱圖8所示，本實用新型還包括精確定位裝置，包括電源模塊、ARM控制器、NA5TR1無線收發(fā)芯片、巴倫阻抗放大電路、射頻功率放大器、帶通濾波器模塊和天線，所述電源模塊連接所述ARM控制器和NA5TR1無線收發(fā)芯片，所述ARM控制器連接所述NA5TR1無線收發(fā)芯片，所述NA5TR1無線收發(fā)芯片、巴倫、射頻功率放大器、帶通濾波器模塊和天線依次連接。
[0062]請參閱圖10所示，電源模塊包括SPX3819芯片，SPX3819芯片包括Vin端、Vout端、GND端、EN端和Adj端，GND端接地，EN端通過電容C50接地，Vin端通過熔斷器Fl連接3.3V電壓端，Vin端和EN端連接，Vout端連接2.5V電壓端并通過串聯(lián)連接的電容C51和電容C45接地，Vout端分別通過電感LR4和電感LR5連接NA端和STM32端。本實用新型采用低壓差線性穩(wěn)壓器SPX3819，具有高電源抑制比、超低噪聲及快速啟動等特點，為ARM控制器及無線收發(fā)芯片NA5TR1提供所需的工作電源。
[0063]請參閱圖11所示，微處理器模塊:微處理器模塊是精確定位射頻板中的計算核心，所有的任務調度、通信協(xié)議、功能協(xié)調、數(shù)據(jù)融合、能量計算和數(shù)據(jù)轉儲都將在該模塊的支持下完成，由于微處理器數(shù)據(jù)處理速度直接影響到精確定位系統(tǒng)中移動節(jié)點的最大運動速度，在該模塊中，選用32位ARM控制器STM32F103CBT6做為微處理器模塊，其處理速度快可達72MHz，且FLASH容量大，穩(wěn)定性好，支持低電壓2.0-3.6V工作等優(yōu)點，通過SPI全雙工高速串行通信完成與罐籠監(jiān)控控制器間的數(shù)據(jù)傳輸，同時通過SPI與NA5TR1收發(fā)芯片完成通。經(jīng)現(xiàn)場實際應用測試，可以滿足罐籠最大10米/秒的移動速度時實施精準定位。該微處理器尺寸小、成本低、功耗低，集成度高，具有豐富的外圍接口等優(yōu)點。
[0064]請參閱圖12所示，NA5TR1無線收發(fā)芯片包括第一 VDDA端、第二 VDDA端、RREF端、VSSA 端、VDDA_DC0 端、Xtal32kP 端、Xtal32kN 端、Xtal32MP 端、Xtal32MN 端、Tx_Rx 端、第一 VSSD 端、第二 VSSD 端、第一 VDDD 端、第二 VDDD 端、第三 VSSD 端、SpiCLK 端、SpiSSN端、SpiTXD端、SpiRXD端、DO端、Dl端、D2端、D3端、第四VSSD端、第三VDDD端、Test端、uCReset 端、uCIRQ 端、VDDlV2_Cap 端、uCVcc 端、POnReset 端、第五 VSSD 端、VDDA_ADC 端、第二 VSSA端、第三VDDA端、第四VDDA端、第三VSSA端、第四VSSA端、RxN端、RxP端、第五VSSA端、TxN端、TxP端和第六VSSA端。
[0065]第一 VDDA端和第二 VDDD端均連接+2.5V電壓端，RREF端通過電阻RlO接地，VSSA端接地，VDDA_DC0端連接+2.5V電壓端，Xtal32kP端和Xtal32kN端分別連接無源晶振Yl的兩端，無源晶振Yl的兩端分別通過電容C25和電容C26接地，Xtal32MP端和Xtal32MN端分別連接有源晶振Y2的兩端，有源晶振Y2的兩端分別通過電容C27和電容C31接地，有源晶振Y2的另外兩端接地，第一 VSSD端、第二 VSSD端和第三VSSD端均接地，第一 VDDD端、第二 VDDD端和第三VDDD端均連接+2.5V電壓，第三VSSD端接地，SpiCLK端、SpiSSN端、SpiTXD 端和 SpiRXD 端分別連接 SPI 1_CLK 端、SPI 1_SSN 端、SPI 1_MIS0 端和 SPI 1_MOSI端，DO端、Dl端、D2端和D3端通過4位排阻接地，第四VSSD端接地。
[0066]VDDlV2_Cap端通過并聯(lián)連接的電容C29和電容C30接地，Test端通過電阻Rl3接地，POnReset端通過電容C28接地并通過電阻Rll接+2.5V電壓，第五VSSD端和第二 VSSA端接地，VDDA_ADC端接+2.5V電壓端，第三VDDA端和第四VDDA端接+2.5V電壓并通過串聯(lián)連接的電容C22、電容C23和電容C24接地，第三VSSA端和第四VSSA端接地，TxN端和TxP端分別連接TXN端和TXP端，第五VSSA端接地，TxN端和TxP端分別連接TXN端和TXP端，第六VSSA端接地。
[0067]NA5TR1為無線收發(fā)芯片，是定位節(jié)點的核心器件，該器件內(nèi)部集成了具有雙邊兩路測距功能的模塊和2.45GHz ISM RF收發(fā)器，工作頻段為2.4GHz的免授權頻段，提供3個可自由調整中心頻率的非重疊2.4GHzISM頻道和14個重疊的頻道，提高了與現(xiàn)有2.4GHz無線技術共存時的網(wǎng)絡性能，具有125Kb/s-2Mb/s的可編程數(shù)據(jù)速率，0-33dBm可調且支持擴展至20dBm以上的可編程輸出功率，高達大_97dBm的接收靈敏度，具有節(jié)能的掉電模式，掉電模式下的最小電流彡2 μ A。時鐘晶振:NA5TR1工作時需要32.768kHz和32MHz兩個時鐘信號，32MHz的時鐘作為基帶時鐘的基準來產(chǎn)生線性調頻信號，32.768kHz時鐘為實時時鐘及實現(xiàn)掉電模式下的電源管理。
[0068]請參閱圖13所示，巴倫阻抗放大電路包括LDB212G4020C-001濾波器，LDB212G4020C-001濾波器包括第一端、第二端、第三端、第四端和第五端，第一端接單端信號輸出，第二端通過電容C18接地，第三端連接TXP端，第四端連接TXN端，第五端接地，第三端和第四端通過電感L8連接，第三端通過串聯(lián)連接的電容C20和電感L7連接RXP端，第四端通過串聯(lián)連接的電容C21和電感LlO連接RXN端，RXP端和RXN端之間通過電感L9連接。
[0069]巴倫阻抗放大電路包括阻抗匹配電路和變壓器巴倫電路，其中阻抗匹配電路由電感L7、電感L9、電感L10、電容C20、電容C21、電感L8組成的是雙Π型匹配網(wǎng)絡，為發(fā)送端口 TXP、TXN和接收端口 RXP、RXN的兩對差分對，提供阻抗控制為200歐姆的差分對阻抗匹配電路，實現(xiàn)無線收發(fā)模塊的差分接口和變壓器巴倫電路差分接口之間的阻抗匹配；變壓器巴倫電路由模擬器件LDB212G4020C組成，電容18是低頻旁路電容。TXP、TXN、RXP、RXN差分對信號經(jīng)過阻抗匹配電路后，為其提供高速變壓器巴倫電路，實現(xiàn)將幅度相同但相位相差180度的差分射頻信號和單端射頻信號之間的高速轉換，以此實現(xiàn)平衡傳輸線和非平衡傳輸線阻抗匹配電路。
[0070]請參閱圖14和圖15所示，射頻功率放大器包括功率控制電路、功率開關電路和功率放大電路，功率控制電路包括SN74LVC2G04芯片，SN74LVC2G04芯片包括一端、二端、三端、四端、五端和六端，其中，一端連接Tx_Rx端,三端和五端分別連接三極管Ql的基極和集電極，三極管Ql的發(fā)射極通過電阻R5接地并連接TX_RXXX端，二端接地，一端通過電容C4連接二端并通過電阻Rl連接功率開關電路，四端連接TX_RXX端。
[0071]功率開關電路包括FPF2103芯片，F(xiàn)PF2103芯片包括I端、2端、3端、4端和5端，I端連接2.5V電壓端，2端接地，3端通過電阻Rl連接功率控制電路并通過電阻R2接地，4端為nc端，5端分別通過第一磁珠、第二磁珠和第三磁珠連接PA_VDD1端、PA_VDD2端和PA_VDD3 端；
[0072]功率放大電路包括功率放大器UPG2250T5N，功率放大器UPG2250T5N包括第I端、第2端、第3端、第4端、第5端、第6端和第7端,第I端通過電容C6連接單端信號輸出并通過電感LI連接PA_VDD3端，第I端通過電容C2接地，PA_VDD3端通過電容Cl接地，第2端為nc端，第3端通過電容Cl連接第7端并連接TX-RXXX端，第4端通過串聯(lián)連接的電容C16和電感L6連接單端信號輸入，第5端通過電感L3連接PA_VDD1端，PA_VDD1端通過并聯(lián)連接的電容C9和電容ClO接地，第6端連接PA_VDD2端并通過電容C5接地。射頻功率放大器(PA模塊)是各種無線發(fā)射機的重要組成部分。
[0073]在發(fā)射機的前級電路中，調制振蕩電路所產(chǎn)生的射頻信號功率很小，為了獲得足夠大的射頻輸出功率，必須采用射頻功率放大器，獲得足夠的射頻功率以后，才能饋送到天線上輻射出去。本發(fā)明的射頻功率放大模塊主要包括:功率控制電路、功率開關電路、功率放大電路。
[0074]其中，功率控制電路由電阻R1、電容C4、數(shù)字邏輯IC(SN74LVC2G04芯片)、三極管Q1、電阻R5組成。Tx_Rx為無線收發(fā)模塊當處于發(fā)送/接收狀態(tài)時，對外圍電路工作狀態(tài)的指示，當Tx_Rx為低電平時，TX_RXX為高電平，此時三極管I打開，通過TX_RXXX做為控制引腳，對功率放大電路中的功率放大器件3的增益進行控制；電容4做為低頻旁路電容來過濾對Tx_Rx高頻干擾。
[0075]功率開關電路:由電阻R2、P溝道莫斯管(FPF2103芯片)、磁珠1、磁珠2、磁珠3組成。ucVCC是無線收發(fā)模塊處于發(fā)送狀態(tài)時，提供給功率放大電路的增益控制的參考電壓，與Tx_Rx組成了功率開關電路。當無線收發(fā)模塊處于發(fā)送狀態(tài)時，P溝道莫斯管FPF2103打開，經(jīng)過第一磁珠、第二磁珠、第三磁珠過濾掉高頻噪聲和尖峰干擾后，給功率放大電路中的功率放大器UPG2250T5N做電源供給。采用P溝道莫斯管的好處是功率控制電路的輸出為低阻抗，補償電路簡單，在不需要外接大的輸出電容的情況下能實現(xiàn)穩(wěn)定的電壓輸出，同時節(jié)約芯片面積，降低設計成本。
[0076]功率放大電路:由電感L1、電容Cl、電容C2、電容C5、電容C6、電感L3、電容C9、電容C1、電容C11、電容C16、電感L6、功率放大器UPG2250T5N組成。其中，PA_VDD1端、PA_VDD2端、PA_VDD3端、TX_RXXX端為功率開關電路和功率控制提供信號，當無線收發(fā)模塊處于發(fā)送狀態(tài)時，PA_VDD1端、PA_VDD2端、PA_VDD3端向功率放大器UPG2250T5N提供穩(wěn)定的電源供給，功率放大器UPG2250T5N根據(jù)TX_RXXX端的增益控制參考電壓，以此來調整單端信號射頻信號功率的增益控制，本發(fā)明采用CEL公司的功率放大器UPG2250T5N(TS0N-6封裝)，大大減小芯片面積，內(nèi)部有3級放大電路，最大增益高達24dBm。在外圍應用電路中，電容C9、電容C10、電感L3實現(xiàn)了 PA_VDD1端電源輸入的高頻濾波電路；電容Cl、電容C2、電容C5、電感LI實現(xiàn)了 PA_VDD2端和PA_VDD3端電源輸入的高頻濾波電路。
[0077]請參閱圖16所示，還包括帶通濾波器模±夾，帶通濾波器模塊包括LFB2H2G45SG7A159 芯片，LFB2H2G45SG7A159 芯片包括第 I 端、第 I I 端、第 III 端和第 IV端，第I端和第III端均接地，第IV端接輸入信號，第II端連接電容C7的一端，電容C7的另一端分別電感L5和電感L4的一端，電感L5的另一端接地。
[0078]帶通濾波器是指能通過某一頻率范圍內(nèi)的頻率分量，將其他范圍的頻率分量衰減到極低水平的濾波器。本發(fā)明的帶通濾波器模塊主要包括:帶通濾波器、阻抗匹配電路。帶通濾波器選用murata村田LFB2H2G45SG7A159芯片，可以有效濾除2.4GHzISM頻道以外的雜波，以降低無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊受干擾可能性，對于空間受限、多徑效應明顯的礦井環(huán)境濾波效果明顯。在外圍電路中，電容C7、電感L4、電感L5實現(xiàn)了射頻發(fā)射到天線的阻抗匹配電路。
[0079]請參閱圖9所示，基于到達時間(TOA)算法的距離測量的測距過程及原理算法，整個測量過程中產(chǎn)生了 4次測量過程以及兩次回復等待時間，所以單次測量時間為:t = (TRoundA-TReplyB+TRoundB-TReplyA)/4,
[0080]其中，TRoundA, TReplyB, TRoundB, TReplyA均能夠通過芯片直接讀取。
[0081]測量距離為:d = t*c，其中t為單次測量時間，c為射頻的傳輸速度，約等于光速。
[0082]本實用新型的精確定位裝置結構簡單，設計合理，能有有效從硬件上提高定位裝置的定位精度并有效降低功耗。
【權利要求】
1.一種罐籠監(jiān)控裝置，其特征在于:所述罐籠包括四個罐耳，每個所述罐耳上均具有導向槽，所述導向槽的橫截面為矩形，所述監(jiān)控裝置包括非接觸式位移傳感器，每個所述罐耳的導向槽內(nèi)均設置有三個所述非接觸式位移傳感器，三個所述非接觸式位移傳感器分別設置在所述導向槽的底面和內(nèi)側兩面。
2.如權利要求1所述的罐籠監(jiān)控裝置，其特征在于，還包括動態(tài)傾角傳感器，所述動態(tài)傾角傳感器水平設置在所述罐籠的頂部。
3.如權利要求2所述的罐籠監(jiān)控裝置，其特征在于，所述動態(tài)傾角傳感器包括三軸MEMS陀螺儀和三軸MEMS加速度計。
4.如權利要求1所述的罐籠監(jiān)控裝置，其特征在于，所述非接觸式位移傳感器為電渦流位移傳感器。
5.如權利要求1所述的罐籠監(jiān)控裝置，其特征在于，還包括罐籠位置信息采集器，所述罐籠位置信息采集器包括光電編碼器，所述光電編碼器設置在罐籠的電機上。
6.如權利要求1所述的罐籠監(jiān)控裝置，其特征在于，還包括精確定位裝置，所述精確定位裝置設置在所述罐籠的底部，所述精確定位裝置包括電源模塊、ARM控制器、NA5TR1無線收發(fā)芯片、巴倫阻抗放大電路、射頻功率放大器、帶通濾波器模塊和天線，所述電源模塊連接所述ARM控制器和NA5TR1無線收發(fā)芯片，所述ARM控制器連接所述NA5TR1無線收發(fā)芯片，所述NA5TR1無線收發(fā)芯片、巴倫、射頻功率放大器、帶通濾波器模塊和天線依次連接，所述NA5TR1無線收發(fā)芯片包括第一 VDDA端、第二 VDDA端、RREF端、VSSA端、VDDA_DCO端、Xtal32kP 端、Xtal32kN 端、Xtal32MP 端、Xtal32MN 端、Tx_Rx 端、第一 VSSD 端、第二 VSSD 端、第一 VDDD 端、第二 VDDD 端、第三 VSSD 端、SpiCLK 端、SpiSSN 端、SpiTXD 端、SpiRXD 端、DO端、Dl 端、D2 端、D3 端、第四 VSSD 端、第三 VDDD 端、Test 端、uCReset 端、uCIRQ 端、VDD1V2_Cap 端、uCVcc 端、POnReset 端、第五 VSSD 端、VDDA_ADC 端、第二 VSSA 端、第三 VDDA 端、第四VDDA端、第三VSSA端、第四VSSA端、RxN端、RxP端、第五VSSA端、TxN端、TxP端和第六VSSA 端； 所述第一 VDDA端和第二 VDDD端均連接+2.5V電壓端，所述RREF端通過電阻RlO接地，所述VSSA端接地，所述VDDA_DC0端連接+2.5V電壓端，所述Xtal32kP端和Xtal32kN端分別連接無源晶振Yl的兩端，所述無源晶振Yl的兩端分別通過電容C25和電容C26接地，所述Xtal32MP端和Xtal32MN端分別連接有源晶振Y2的兩端，所述有源晶振Y2的兩端分別通過電容C27和電容C31接地，所述有源晶振Y2的另外兩端接地，所述第一 VSSD端、第二VSSD端和第三VSSD端均接地，所述第一 VDDD端、第二 VDDD端和第三VDDD端均連接+2.5V電壓，所述第三VSSD端接地，所述SpiCLK端、SpiSSN端、SpiTXD端和SpiRXD端分別連接SPI1_CLK 端、SPI1_SSN 端、SPI1_MIS0 端和 SPI1_M0SI 端，所述 DO 端、Dl 端、D2 端和 D3 端通過4位排阻接地，所述第四VSSD端接地， 所述VDDlV2_Cap端通過并聯(lián)連接的電容C29和電容C30接地，所述Test端通過電阻R13接地，所述POnReset端通過電容C28接地并通過電阻Rll接+2.5V電壓， 所述第五VSSD端和第二 VSSA端接地，所述VDDA_ADC端接+2.5V電壓端，所述第三VDDA端和第四VDDA端接+2.5V電壓并通過串聯(lián)連接的電容C22、電容C23和電容C24接地， 所述第三VSSA端和第四VSSA端接地，所述TxN端和TxP端分別連接TXN端和TXP端，第五VSSA端接地，所述TxN端和TxP端分別連接TXN端和TXP端，所述第六VSSA端接地。
7.如權利要求6所述的罐籠監(jiān)控裝置，其特征在于:所述電源模塊包括Vin端、Vout端、GND端、EN端和Adj端，所述GND端接地，所述EN端通過電容C50接地，所述Vin端通過熔斷器Fl連接3.3V電壓端，所述Vin端和EN端連接，所述Vout端連接2.5V電壓端并通過串聯(lián)連接的電容C51和電容C45接地，所述Vout端分別通過電感LR4和電感LR5連接NA端和STM32端。
8.如權利要求6所述的罐籠監(jiān)控裝置，其特征在于:所述巴倫阻抗放大電路包括LDB212G4020C-001濾波器，所述LDB212G4020C-001濾波器包括第一端、第二端、第三端、第四端和第五端，所述第一端接單端信號輸出，所述第二端通過電容C18接地，所述第三端連接TXP端，所述第四端連接TXN端，所述第五端接地，所述第三端和第四端通過電感L8連接，所述第三端通過串聯(lián)連接的電容C20和電感L7連接RXP端，所述第四端通過串聯(lián)連接的電容C21和電感LlO連接RXN端，所述RXP端和RXN端之間通過電感L9連接。
9.如權利要求6所述的罐籠監(jiān)控裝置，其特征在于:所述射頻功率放大器包括功率控制電路、功率開關電路和功率放大電路，所述功率控制電路包括SN74LVC2G04芯片，所述SN74LVC2G04芯片包括一端、二端、三端、四端、五端和六端，其中，所述三端和五端分別連接三極管Ql的基極和集電極，所述三極管Ql的發(fā)射極通過電阻R5接地并連接TX-RXXX端，所述二端接地，所述一端通過電容C4連接所述二端并通過電阻Rl連接所述功率開關電路，所述功率開關電路包括FPF2103芯片，所述FPF2103芯片包括I端、2端、3端、4端和5端，所述I端連接2.5V電壓端，所述2端接地，所述3端通過電阻Rl連接所述功率控制電路并通過電阻R2接地，所述4端為nc端，所述5端分別通過第一磁珠、第二磁珠和第三磁珠連接 PA_VDD1 端、PA_VDD2 端和 PA_VDD3 端， 所述功率放大電路包括功率放大器UPG2250T5N，所述功率放大器UPG2250T5N包括第I端、第2端、第3端、第4端、第5端、第6端和第7端,所述第I端通過電容C6連接單端信號輸出并通過電感LI連接PA_VDD3端，所述第I端通過電容C2接地，所述PA_VDD3端通過電容Cl接地，所述第2端為nc端，所述第3端通過電容Cl連接第7端并連接TX-RXXX端，所述第4端通過串聯(lián)連接的電容C16和電感L6連接單端信號輸入，所述第5端通過電感L3連接PA_VDD1端，所述PA_VDD1端通過并聯(lián)連接的電容C9和電容ClO接地，所述第6端連接PA_VDD2端并通過電容C5接地。
10.如權利要求1所述的罐籠監(jiān)控裝置，其特征在于:還包括帶通濾波器模塊，所述帶通濾波器模塊包括LFB2H2G45SG7A159芯片，所述LFB2H2G45SG7A159芯片包括第I端、第II端、第III端和第IV端，所述第I端和第III端均接地，所述第IV端接輸入信號，所述第II端連接電容C7的一端，所述電容C7的另一端分別電感L5和電感L4的一端，所述電感L5的另一端接地。
【文檔編號】B66B5/00GK204185082SQ201420442993
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年8月6日 優(yōu)先權日:2014年8月6日
【發(fā)明者】金勇 , 楊躍軍, 楊建全, 韓澎, 楊建偉 申請人:南京北路自動化系統(tǒng)有限責任公司