电力载波通信的喷雾降尘控制系统设计

　　引言

　　煤矿粉尘主要存在于采煤、掘进、运输等作业场所，其中采煤工作面产尘量约占45%～80%，是粉尘浓度最高的场所。随着采煤机械化程度的提高，产尘量也在增大。煤矿粉尘浓度高容易引起火灾和爆炸，造成安全事故。另外，粉尘对矿工身体健康危害很大，使矿工患上职业尘肺病。传统的喷雾降尘方法是采用人工控制或固定模式液控来实现，该方法降尘效果不好，耗水量大，影响作业环境。

　　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电路

　　喷雾降尘控制器硬件电路图如图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;控制器电路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电路如图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。