电力载波通信的喷雾降尘控制系统设计

　　近年来，电力载波通信技术和LED井下照明技术发展迅速。本文利用这些技术，根据矿井实际环境的各种要求，设计了一套实用有效的自动喷雾降尘控制系统。

　　1 喷雾降尘控制系统总体设计

　　基于电力载波通信的煤矿喷雾降尘控制系统总体结构如图1所示。系统有若干个喷雾降尘控制器和执行电磁阀组成。每个控制器控制两个电磁阀，控制器之间通过电力载波通信。控制器依次安装在采煤工作面支架上，当采煤机运行时，安装在采煤机上的红外定位装置发射定位信号，接收到采煤信号的控制器作为主控制器控制其他控制器动作，电磁阀完成喷雾降尘任务。

　　

 

　　2 喷雾降尘控制系统硬件设计

　　2.1 喷雾降尘控制器硬件结构

　　如图2所示，喷雾降尘控制器包括电源模块、电力载波通信模块、喷雾时间设定模块、控制器地址设定模块、移架和放煤信号接收模块、采煤机尘源跟踪红外定位信号接收模块、LED照明、电磁阀驱动控制模块等。电源模块给单片机、电磁阀和大功率LED供电。通信模块负责将主控制器的控制信号发送给其他控制器，通过电力线载波来实现。控制器上的定位信号接收模块负责接收来自采煤机、支架和放煤手柄上的信号，并做出相应的动作，开启电磁阀实施喷雾作业。

　　

 

　　2.2 喷雾降尘控制器硬件威廉希尔官方网站

　　喷雾降尘控制器硬件威廉希尔官方网站 图如图3所示。控制器选用AVR系列高性能、低功耗的8位AVR微控制器ATmega88。它具有先进的RISC结构和8 KB系统内可编程的Flash，数据吞吐率高达1 MIPS/MHz，可以缓解系统功耗和处理速度之间的矛盾;工作温度范围比较宽(-40～85℃，完全满足井下环境要求;控制器威廉希尔官方网站 具有地址设定和喷雾模式设定模块。

　　

 

　　电力载波通信模块硬件威廉希尔官方网站 如图4所示。采用载波信号调制解调器BWP08。它是一款单相电力线载波调制解调器，采用5～12 V宽电压设计，载波波特率为100～600 bps可调;有多种按口方式可供选择，包括UART、SPI等接口，可以方便地与单片机连接进行数据通信。模块采用扩频编码方式，抗干扰能力强，数据传输可靠，通信距离在200 m内。控制信号从单片机的串口发送给调制解调器，调制后的信号通过功率放大，然后输出耦合到电力线上;电力线上的载波信号通过输入耦合、滤波、放大后，经过调制解调器解调后送至单片机的串口。

　　

 

　　红外定位信号发射威廉希尔官方网站 如图5所示。当采煤机运行时，通过安装在采煤机上的红外定位装置发射红外定位信号，控制器上的接收部分接收到信号后即可确定采煤机的位置。接收到采煤机信号的控制器作为主控制器，控制位于采煤工作面下风向的控制器实施喷雾降尘作业。红外

　　定位威廉希尔官方网站 选用了Silicon Labs公司的C8051F330单片机、红外发射二极管和一体化接收头，功耗低，工作稳定且信号方向性好。

　　

 

　　矿井下的照明情况关系到煤矿的安全生产，LED灯属节能、隔爆兼本安型，与矿井传统照明方式相比，具有明显优势。照明威廉希尔官方网站 选择1 W的大功率LED，采用降压型恒流驱动威廉希尔官方网站 驱动。驱动芯片SD42524效率高，可达96%以上，在输入/输出电压变化时全电压范围输出电流变化控制在±1%之内;内置温度保护威廉希尔官方网站 、限流威廉希尔官方网站 、PWM调光威廉希尔官方网站 。SD42524采用电流模式控制，能提供快速的瞬态响应，且环路稳定性设计简单。LED照明驱动威廉希尔官方网站 如图6所示。

　　液压支架移架、放煤触发威廉希尔官方网站 采用红外感应控制设计。当移动支架、放煤手柄的时候，热释电红外传感器能够检测到人体发出的红外辐射，将其转化为电信号，经过放大后送给窗口比较器。若信号幅度超过窗口比较器的上下限，则系统输出高电平信号，否则输出低电平信号，控制器接收到信号后采取相应的动作。热释电红外传感器选用BISS0001，它是一款具有较高性能的传感信号处理集成威廉希尔官方网站 ，配以少量外接元器件构成被动式的热释电红外开关。

　　电源模块采用低功耗的开关型稳压器，选用LM2576系列中的LM2576-12和LM2576-ADJ。该系列是美国国家半导体公司生产的3 A电流输出降压开关型集成稳压威廉希尔官方网站 ，内含固定频率振荡器和基准稳压器;具有完善的保护威廉希尔官方网站 (包括电流限制及热关断威廉希尔官方网站 等)，利用该器件只需极少的外围器件便可构成高效稳压威廉希尔官方网站 ;具有可靠的工作性能、较高的工作效率和较强的输出电流驱动能力，可为MCU的稳定、可靠工作提供强有力的保证。

　　3 喷雾降尘控制系统软件设计

　　系统上电开始工作后，进入中断等待状态，当接收到采煤机信号或移架、放煤信号时产生中断，进入中断处理程序。安装在支架上的控制器工作时每三个一组，当一个控制器接收到采煤机信号时，位于下风向的两个控制器也开始工作。控制器首先读取自己的地址，当接收到电力线上传来的其他控制器发送的地址时，与自己的地址进行比较，如果相同就开启电磁阀喷雾。程序流程如图7所示。

　　

 

　　结语

　　本设计是基于电力线载波通信的自动喷雾降尘控制系统。该系统布线简单，降尘效果良好，适用于采煤工作面;同时，LED照明功能大大改善了井下照明环境。