托辊发电系统的制作方法

1.本公开涉及计算机技术领域，具体涉及一种托辊发电系统。


背景技术：

2.带式输送机作为矿井运输煤炭的主要运输设备，确保其安全可靠的运行对整个矿井生产有着至关重要的作用。由于矿井的特殊生产条件，托辊发电系统通常与电源连接距离过远且布线复杂，供电困难且维护成本过高。且由于矿井环境恶劣，传统的人工检修模式安全性较低.如何在矿井下安全供电的同时，稳定、高效的检测煤流量是当前亟需解决的问题。


技术实现要素：

3.本公开提供了一种托辊发电系统。
4.根据本公开的一方面，提供了一种托辊发电系统，包括视觉检测单元、托辊发电单元、整流稳压单元和过压过流保护单元；
5.所述托辊发电单元，用于将托辊轴的转动动能转化为交流电；
6.所述整流稳压单元，用于将从所述托辊发电单元接收的所述交流电转化为稳定的第一直流电，并输送至所述过压过流保护单元；
7.所述过压过流保护单元，用于在所述第一直流电的输出电压大于第一阈值或输出电流大于第二阈值的情况下，停止对所述视觉检测单元输送电能；
8.所述视觉检测单元包括第一检测模块和第二检测模块，其中，所述第一检测模块用于利用图像处理算法获取煤流量的实时信息，所述第二检测模块用于实时检测所述托辊发电单元的状态参数并将所述状态参数传输至所述第一检测模块，以确定所述煤流量的实时信息。
9.本公开实施例提出的托辊发电系统至少存在以下有益效果：
10.该托辊发电系统包括视觉检测单元、托辊发电单元、整流稳压单元和过压过流保护单元，所述托辊发电单元，用于将托辊轴的转动动能转化为交流电，所述整流稳压单元，用于将从所述托辊发电单元接收的所述交流电转化为稳定的第一直流电，并输送至所述过压过流保护单元，所述过压过流保护单元，用于在所述第一直流电的输出电压大于第一阈值或输出电流大于第二阈值的情况下，停止对所述视觉检测单元输送电能，所述视觉检测单元包括第一检测模块和第二检测模块，其中，所述第一检测模块用于利用图像处理算法获取煤流量的实时信息，所述第二检测模块用于实时检测所述托辊发电单元的状态参数并将所述状态参数传输至所述第一检测模块，以确定所述煤流量的实时信息。由此，视觉检测单元可实时检测并传递参数信息至双目视觉相机中，为煤流量检测的判定和计算提供可靠依据，在进行煤流量检测的同时，保证了系统的安全性，提高了能源利用率，便于在矿井下实现大面积的应用。
11.应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本公开的实施例的关键或重要特
征，也不用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
12.附图用于更好地理解本方案，不构成对本公开的限定。其中：
13.图1是根据本公开一实施例所提供的一种托辊发电系统的结构示意图；
14.图2是根据本公开一实施例所提供的一种永磁式表贴外转子发电机的结构示意图。
15.图3是根据本公开一实施例所提供的一种三相桥式整流电路的示意图。
16.图4是根据本公开一实施例所提供的一种托辊发电系统的原理框图；
17.图5是根据本公开一实施例所提供的一种托辊发电系统的过压过流保护单元和整流稳压单元的连接图；
18.图6是根据本公开一实施例所提供的一种托辊发电系统的mcu微控制器及外围电路原理框图；
19.图7是根据本公开一实施例所提供的一种托辊发电系统的整体结构示意图。
具体实施方式
20.以下结合附图对本公开的示范性实施例做出说明，其中包括本公开实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本公开的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。
21.下面参考附图对本公开提供的一种托辊发电系统进行详细描述。
22.图1为本公开实施例所提供的一种托辊发电系统的结构示意图。
23.如图1所示，该托辊发电系统10包括：视觉检测单元110、托辊发电单元120、整流稳压单元130和过压过流保护单元140。
24.其中，托辊发电单元120，可以用于将托辊轴的转动动能转化为交流电。
25.需要说明的是，托辊发电单元可以包括托辊、定子以及缠有绕组的表贴外转子，而托辊也可以为托辊轴，在此不做限制。当托辊轴转动时，缠有绕组的表贴外转子可以与托辊轴同步旋转。定子与缠有绕组的表贴外转子相对运动，进而可以切割磁感线以产生感应电动势，从而产生交流电。
26.其中，上述交流电可以为三相交流电。
27.可选的，本公开实施例中，托辊发电单元可以为永磁式表贴外转子发电机，如图2所示，可以包括定子绕组、内定子铁心、永磁外转子磁轭以及永磁体极等，在此不做限制。上述的永磁式表贴外转子发电机，转子可以附在发电机的外表面，工作时，转子可以通过旋转产生磁场，进而，内部的定子绕组可以通过切割磁力线以产生电能。
28.需要说明的是，永磁式表贴外转子发电机可以用于为托辊发电系统供电，且具有转动惯量、气隙直径和电磁转矩都较大的特点，另外，该永磁式表贴外转子发电机具有发电机设计多级数易于实现、结构紧凑质量轻、散热容易、绕组工艺比内转子电机简单等多种性能优势。
29.其中，整流稳压单元130，可以用于将从托辊发电单元接收的交流电转化为稳定的
第一直流电，并输送至过压过流保护单元。
30.可选的，整流稳压单元可以包括整流模块和稳压模块。
31.可选的，整流模块可以为三相桥式整流电路，用于将托辊发电单元输出的交流电转化为第二直流电，其中，该交流电可以为三相交流电。
32.如图3所示，该三相桥式整流电路可以包括阴极连接的3个二极管d1、d3、d5，其中，可以将(d1、d3、d5)作为共阴极组。另外，该三相桥式整流电路还包括阳极相连的3个二极管d4、d6、d2，其中，(d4、d6、d2)可以作为共阳极组。其中，该电路还包括a、b、c三相电源，其中，a接d1、d4，b接d3、d6，c接d5、d2。如图3所示，二极管的导通顺序可以为d1
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d2
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d3
‑
d4
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d5
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d6。
33.可选的，稳压模块可以用于将第二直流电转化为稳定的第一直流电，并输送至过压过流保护单元。
34.其中，稳压模块可以为lm2596集成稳压芯片，其中，该芯片的输入端和输出端可以并联一个680μf/220μf的电容接地。由此，可以滤掉杂波，保证电压不突变。另外，本公开中，可以在输出端反向连接一个二极管和电感，从而保证关断状态时输出的电能连续。
35.其中，lm2596输入电压的范围可以为4
‑
35v，需要说明的是，输入的电压需要比输出的电压高1.5v以上，以输出2
‑
30v连续可调的电压。其中，稳压模块可以用于将不稳定的第二直流电源变为稳定输出的第一直流电。
36.其中，过压过流保护单元140，用于在第一直流电的输出电压大于第一阈值或输出电流大于第二阈值的情况下，停止对视觉检测单元输送电能。
37.可选的，过压过流保护单元可以包括第一过压过流保护模块和第二过压过流保护模块，其中，第二过压过流保护模块连接整流稳压单元，第一过压过流保护模块连接视觉检测单元。
38.本公开实施例中，根据国家标准gb3836.4
‑
2010，可以采用双重过流过压保护，由此，可以在任一一级过流过压保护出现故障的情况下，另一级仍然可以进行正常工作，以确保电源的安全供电。比如，如图5所示，当输入端输送了24v的非本安直流电压之后，经过稳压模块之后，通过过压过流保护单元以输出稳定的12v本安直流电压。
39.其中，第一阈值可以为根据第一直流电的输出电压所确定的电压阈值，比如，16v；第二阈值可以为根据第一直流电的输出电流所确定的阈值。可以理解的是，在输出电压或者输出电流中的任一一个超出了指定阈值的情况下，则该系统可以停止对视觉检测单元的供电。
40.可选的，过压保护装置可以为lp5300，也即当任何输入电压超过第一阈值的情况下，则该系统可以关闭内部的mosfet，断开vin到vout，从而以保护视觉检测单元在此不做限制。
41.可选的，过流保护装置可以为自恢复保险丝jk
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nsmd100
‑
16，当电流超过第二阈值的情况下，电路则处于开路状态。需要说明的是，当电路出现过流时，该自恢复保险丝的温度则迅速升高，阻值增大，使电路中的电流减小到安全值以下，以保护视觉检测单元，在此不做限制。
42.其中，视觉检测单元110包括第一检测模块和第二检测模块，其中，第一检测模块用于利用图像处理算法获取煤流量的实时信息，第二检测模块用于实时检测托辊发电单元的状态参数并将状态参数传输至第一检测模块，以确定煤流量的实时信息。
43.需要说明的是，第二检测模块可以包括传感器子模块、微控制器子模块、降压子模块。
44.其中，传感器子模块可以用于采集托辊发电单元的第一数据并将第一数据传输至微控制器子模块。
45.可选的，传感器子模块可以包括霍尔传感器、温度传感器和振动传感器，其中，温度传感器可以用于实时检测托辊发电单元的温度参数，振动传感器可以用于实时检测托辊发电单元的振动参数，霍尔传感器可以用于实时检测托辊发电单元的转速参数。
46.本公开实施例中，可选的，可以选用温度传感器ds18b20采集托辊轴的温度参数，该温度传感器可以用于在温度大于指定阈值的时候，进行警告。另外，由于ds18b20内部具有掉电保护功能，由此可以自动保存采集的数据，以提高系统的稳定性。
47.其中，温度传感器还具备体积小、功耗低及多点测温能力。
48.可选的，本公开中，可以选用振动传感器adxl345，用于实时检测托辊发电单元的振动参数。其中，该振动传感器可以为三轴加速度传感器或者双轴加速度传感器。通常情况下，该振动传感器的工作电压为2.5v，其在进行振动信号采集时电流可以为23μa，因而可以较好的减少系统的能源损耗。
49.需要说明的是，本公开中，可以将振动传感器和托辊轴安装在一起，同时，设定好加速度的阈值，之后通过振动传感器检测托辊轴的运动变化，以获取托辊轴的振动参数。另外，由于adxl345具有一定的抗干扰能力，因而可以适合煤矿行业的复杂环境情况。
50.可选的，本公开中，可以选用霍尔传感器，用于实时检测托辊发电单元的转速参数，比如霍尔开关式传感器sc3144。其中，开关式霍尔传感器在内部集成了一个电压调节器、二次霍尔电压发生器、温度补偿电路、信号放大器、施密特触发器以及一个集电极开路输出，在此不做限制。
51.需要说明的是，霍尔传感器的输出信号为高低电平的脉冲信号，通过将采集的脉冲信号发送至微控制器子模块中可以用于之后对托辊轴的转速检测。
52.其中，微控制器子模块用于对第一数据进行处理以获取第二数据。
53.可选的，本公开实施例中的微控制器可以选用基于cortex
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m3的内核8位微控制器stm8s208r8t6，也即mcu微控制器，用于控制该系统的数据采集，处理、存储和通讯传输功能，在此不做限制。
54.具体的，mcu微控制器的外围电路可以包括外置看门狗电路、复位电路和基准电压电路，通过外置看门狗电路，可以利用软件和硬件实现双重保障，防止程序发生死循环进而导致stm处理器处于死机状态。通过基准电压电路可以使得系统的稳定性和准确性得到显著提高。
55.如图6所示，图6示出了一种mcu微控制器及外围电路原理框图,输入端在得到采集信号之后，上传至stm8s控制器，其外围电路包括了外置看门狗电路、降压电路、基准电压电路以及复位电路，之后微控制器可以通过输出端输出信号。
56.其中，第一数据可以为传感器子模块采集的数据，比如温度数据、振动数据和转速数据等，在此不做限制。微控制器子模块在获取到第一数据之后，可以根据数据所属的类型进行进一步的数据处理，以获取第二数据，或者将未处理的第一数据传送至双目视觉相机中，以进行数据分析，由此可以获取煤流量的实时信息。
57.其中，降压子模块可以用于将第一直流电进行降压并输送至微控制器子模块进行供电。
58.具体的，本公开实施例中可以选用线性稳压器将第一直流电的12v输入电压降压至3.3v,为微控制器子模块进行供电，在此不做限制。
59.其中，第一检测模块可以包括双目视觉相机和电池组。
60.可选的，双目视觉相机可以用于通过视觉检测实时获取煤流量的实时信息以及对转速参数进行处理以获取煤流量的实时信息。
61.需要说明的是，通常在煤矿生产过程中，煤流量变化具有连续性，煤矿的体积变化范围具有平滑性的特点。因而该系统可以通过第一检测模块利用图像处理算法获取煤流量的实时信息，因而本公开实施例中可以通过双目视觉相机对运输煤料进行识别以及三维信息特征提取。更为具体的，可以通过结合多分辨率小波变换算法与k
‑
means聚类方法解决低对比度等问题以提高煤料图像识别精度，在此不做限定。另外，还可以将delaunay算法与t
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s模糊算法相结合，由此可以提高煤量运输的计算精度。
62.作为一种可能实现的方式，本公开中可以先获取运载过程中的煤物料的视频信息。之后根据预设的规则从中分别获取特定时间间隔的图像帧，将各个图像帧进行预处理，比如转化为灰度图像、进行直方图均衡化和/或进行中值滤波以消除图像中的噪声。
63.进而，对各个图像帧的煤物料边界进行确定，进而可以估算煤流量。
64.可选的，第二检测模块可以用于实时检测托辊发电单元的状态参数并将状态参数传输至第一检测模块，以确定煤流量的实时信息。可以理解的是，本公开中，托辊轴的转速可以视为皮带的速度，且由于煤矿的体积变化范围具有平滑性的特点，因而，可以利用转速为煤流量的判定和计算提供可靠的依据。
65.可选的，在确定煤炭流量之后，还可以根据煤流量的数据进行托辊轴的调速，由此改善皮带传输系统的安全性和可靠性。
66.另外，在托辊发电单元的温度参数和振动参数大于预设阈值的时候，则说明当前的托辊发电单元可能出现了故障，因而该系统可以在温度参数和振动参数大于预设阈值的时候，输出预警信号，以提高设备的安全性和可靠性。
67.可选的，电池组可以用于在双目视觉相机失去电能供应的时候，为双目视觉相机供电。
68.本公开实施例中，可以选用12v的铅酸电池组，在过压过流保护单元不能为双目视觉相机进行供电的时候，为双目视觉相机供电，由此，可以降低电能供应的波动性。
69.如图4所示，图4示出了一种托辊发电系统的原理框图，作为本公开上述实施例的具体连接关系的一种参考，而不作为一种限制。
70.如图7所示，图7示出了一种托辊自检测发电系统整体结构示意图，作为本公开上述实施例的具体连接关系的另一种参考，而不作为一种限制。
71.本公开实施例中托辊发电系统，包括视觉检测单元、托辊发电单元、整流稳压单元和过压过流保护单元，托辊发电单元用于将托辊的转动动能转化为交流电；整流稳压单元用于将从托辊发电单元接收的交流电转化为稳定的第一直流电，并输送至过压过流保护单元；过压过流保护单元用于在第一直流电的输出电压大于第一阈值或输出电流大于第二阈值的情况下，停止对视觉检测单元输送电能；视觉检测单元包括第一、第二检测模块，第一
检测模块用于利用图像处理算法获取煤流量的实时信息，第二检测模块用于实时检测托辊发电单元的状态参数并将状态参数传输至第一检测模块，以确定煤流量的实时信息。由此，视觉检测单元可实时检测并传递参数信息至双目视觉相机中，为煤流量检测的判定和计算提供可靠依据，在高效的进行煤流量检测的同时，保证了系统的安全性，提高了能源利用率，便于在矿井下实现大面积的应用。
72.应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发公开中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本公开公开的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
73.上述具体实施方式，并不构成对本公开保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本公开的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本公开保护范围之内。