一种用于综采工作面无线传感节点的边采煤边充电方法技术

本发明专利技术公开了一种用于综采工作面无线传感节点的边采煤边充电方法，在采煤机进行移动采煤过程中，机载无线充电装置通过算法确定距离最近的无线传感节点，然后通过调整其充电天线对准各自的节点进行无线充电，直至采煤机移动到当前各自充电节点已不是距离最近的无线传感节点，此时机载无线充电装置停止对当前节点充电，并再次确定距离最近的无线传感节点，进行下一个节点的充电工作；便携式无线充电装置无线充电过程与机载无线充电装置相似，也是通过算法确定距离最近的节点后进行无线充电，移动后对下一个节点进行充电，从而实现边采煤边充电，即无需人工更换各个节点的电源，通过采煤机移动过程中自动为节点补充能量，保障节点的可持续工作。

【技术实现步骤摘要】
一种用于综采工作面无线传感节点的边采煤边充电方法
本专利技术涉及一种用于无线传感节点的无线充电方法，具体是一种用于综采工作面无线传感节点的边采煤边充电方法。
技术介绍
工作面是煤矿生产的最前端，将工作面的环境参数、设备工况、人员信息、生产情况、安全状态实时传输到地面监控中心，实现煤矿工作面的实时监控和调度，对于提高煤矿生产效率和安全水平具有重要意义。工作面中的设备随着采煤的进行而动态推进，在工作面中无法及时敷设有线通信线缆，因此目前主要采用部署灵活、扩展简便的无线通信方式。为此，一般在液压支架、采煤机上安装无线传感节点，这些节点随着设备的移动而移动，它们之间依据链路条件自组成网，实现工作面信息的动态采集和传输。各个无线传感节点一般采用电池供电。为延长节点的工作寿命，目前主要是从超低功耗节点设计、节能媒体接入控制层协议设计、节能路由协议设计、休眠调度技术等角度入手，降低节点的能量消耗。然而，无论节点的功耗多低，节点的能量总是处于不断消耗状态。虽然可以通过为节点更换电池方式保证节点的不间断运行，但是由于节点数目较多，且部分节点的电池更换十分困难，因此这种方式的效果在实践中不太理想。保证节点可持续运行的另外一种思路是为节点进行无线充电。尽管现有文献已在可充电无线传感网的节点设计、移动充电装置部署、移动充电装置路径规划、协同充电、多跳充电等方面展开了大量研究，并且也有研究人员关注煤矿巷道无线充电的电磁波特征、节点调度、分布式协同充电、跨层优化、定向天线充电等问题，但是如何在煤矿工作面中进行无线充电尚未有文献报道。由于煤矿工作面具有独特的空间特点和应用需求，因此现有成果难以直接应用。如何能在煤矿工作面进行无线充电，从而保证各个无线传感节点的可持续运行是本行业的研究方向。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种用于综采工作面无线传感节点的边采煤边充电方法，通过机载无线充电装置和便携式无线充电装置对无线传感节点进行无线充电，从而实现边采煤边充电，为节点自动补充能量，保障节点的可持续工作。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种用于综采工作面无线传感节点的边采煤边充电方法，具体步骤为：A、在煤矿工作面的液压支架上安装可充电的无线传感节点，并在采煤机上安装两个机载无线充电装置，分别为1号机载无线充电装置和2号机载无线充电装置；两个机载无线充电装置均与井下供电网络相连；在采煤机前后的两个司机各携带一个便携式无线充电装置，分别为1号便携式无线充电装置和2号便携式无线充电装置；两个便携式无线充电装置均由电池供电；在矿井上顺槽处设有电池更换站；无线充电模块、机载无线充电装置和便携式无线充电装置均为现有设备；且无线充电采用的充电协议也为已知的。B、在采煤机进行采煤过程中，1号机载无线充电装置和2号机载无线充电装置分别先确定各自距离最近的无线传感节点，然后通过调整其充电天线对准各自的节点进行无线充电，直至在采煤机移动后，当前各自充电节点已不是距离最近的无线传感节点时，此时1号机载无线充电装置和2号机载无线充电装置分别停止对当前节点充电，并再次确定各自距离最近的无线传感节点，重复上述过程进行下一个无线传感节点的充电工作；C、在采煤机进行移动采煤过程中，1号便携式无线充电装置和2号便携式无线充电装置分别先确定各自距离最近的无线传感节点，然后通过调整其充电天线对准各自的节点进行无线充电，直至采煤机移动到当前各自充电节点已不是距离最近的无线传感节点，此时1号便携式无线充电装置和2号便携式无线充电装置分别停止对当前节点充电，并再次确定各自距离最近的无线传感节点，重复上述过程进行下一个无线传感节点的充电工作；当采煤机到达矿井上顺槽时，司机能通过电池更换站对两个便携式无线充电装置的电池进行更换，从而满足持续的充电工作。进一步，所述步骤B具体为：其中，1号机载无线充电装置确定距离最近的无线传感节点过程为：煤矿内的支液压支架由前柱和后柱组成，其前柱和后柱上均安装有无线传感节点，设最近向工作面前方推进的节点编号为i，第一排共有m个节点，则与1号机载无线充电装置最近的备选节点为第i、i+1、i+m号节点；设采煤机每次横向割煤长度达到dm时进行一次液压支架的移架，当液压支架完成一次移架时安装于该支架的无线传感节点i向1号机载无线充电装置发出移架信号，此时1号机载无线充电装置收到无线传感节点i的移架信号后，即能判定1号机载无线充电装置与节点i的横向距离为dm；令液压支架的水平中心距为p，前柱与后柱距离为q，前柱与采煤机机身的垂直距离为c,液压支架每次推进的距离为r，则1号机载无线充电装置与节点i的纵向距离为c-r，从而得到他们之间的距离为：同理，能得出1号机载无线充电装置与节点i+1、节点i+m之间的距离：1号机载无线充电装置在收到下一个移架信号之前，通过计算自身的位移更新自身与节点i的横向距离：dm'＝dm+vt(3)其中，t为1号机载无线充电装置收到节点i的移架信号后的行进时间。用(3)式中的dm'取代(1)式和(2)式中的dm，即能得到当前时刻的和在采煤机移动割煤过程中，通过比较这三个距离，从中选择最小的值所对应的无线传感节点，将1号机载无线充电装置的充电波束对准该节点为其充电；若其中某个时刻当前充电节点已不是距离最近的无线传感节点时，则1号机载无线充电装置通知正在充电的节点即将结束充电，并通过调整其充电天线对准当前时刻确定的距离最近无线传感节点进行无线充电；2号机载无线充电装置确定距离最近的无线传感节点过程为：设2号机载无线充电装置周围的无线传感节点为第j-1、j、j+1号节点，节点j处于节点j-1和节点j+1之间，设A点是节点j-1和节点j之间的中点，B点是节点j和节点j+1之间的中点，C点是2号机载无线充电装置在AB所在直线上的垂足；因此，能确定若C点位于AB之间，则2号机载无线充电装置距离节点j最近；若不处于AB之间且距离A点更近，则距离节点j-1最近；若不处于AB之间且距离B点更近，则距离节点j+1最近；因此，将确定2号机载无线充电装置距离最近的节点转化为确定C点与AB的相对空间关系，首先计算采煤机横向覆盖的节点个数k＝[L-(p-dm)]/p，以及l＝[L-(p-dm)]％p，其中/和％分别表示求两个数的商和余数，随后，根据如下规则判断C点位置：(1)若k＝j-i+1，说明C点在节点j和节点j+1之间，此时，若l＞p/2，则2号机载无线充电装置距离节点j+1更近；否则距离节点j更近；(2)若k＝j-i，说明C点在节点j和节点j-1之间。此时，若l＞p/2，则2号机载无线充电装置距离节点更近j；否则距离节点j-1更近；通过上述过程确定2号机载无线充电装置距离最近的无线传感节点，将2号机载无线充电装置的充电波束对准该节点为其充电；若其中某个时刻当前充电节点已不是距离最近的无线传感节点时，则2号机载无线充电装置通知正在充电的节点即将结束充电，并通过调整其充电天线对准当前时刻确定的距离最近无线传感本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于综采工作面无线传感节点的边采煤边充电方法，其特征在于，具体步骤为：/nA、在煤矿工作面的液压支架上安装可充电的无线传感节点，并在采煤机上安装两个机载无线充电装置，分别为1号机载无线充电装置和2号机载无线充电装置；两个机载无线充电装置均与井下供电网络相连；在采煤机前后的两个司机各携带一个便携式无线充电装置，分别为1号便携式无线充电装置和2号便携式无线充电装置；两个便携式无线充电装置均由电池供电；在矿井上顺槽处设有电池更换站；/nB、在采煤机进行采煤过程中，1号机载无线充电装置和2号机载无线充电装置分别先确定各自距离最近的无线传感节点，然后通过调整其充电天线对准各自的节点进行无线充电，直至在采煤机移动后，当前各自充电节点已不是距离最近的无线传感节点时，此时1号机载无线充电装置和2号机载无线充电装置分别停止对当前节点充电，并再次确定各自距离最近的无线传感节点，重复上述过程进行下一个无线传感节点的充电工作；/nC、在采煤机进行移动采煤过程中，1号便携式无线充电装置和2号便携式无线充电装置分别先确定各自距离最近的无线传感节点，然后通过调整其充电天线对准各自的节点进行无线充电，直至采煤机移动到当前各自充电节点已不是距离最近的无线传感节点，此时1号便携式无线充电装置和2号便携式无线充电装置分别停止对当前节点充电，并再次确定各自距离最近的无线传感节点，重复上述过程进行下一个无线传感节点的充电工作；当采煤机到达矿井上顺槽时，司机能通过电池更换站对两个便携式无线充电装置的电池进行更换，从而满足持续的充电工作。/n...

【技术特征摘要】
1.一种用于综采工作面无线传感节点的边采煤边充电方法，其特征在于，具体步骤为：
A、在煤矿工作面的液压支架上安装可充电的无线传感节点，并在采煤机上安装两个机载无线充电装置，分别为1号机载无线充电装置和2号机载无线充电装置；两个机载无线充电装置均与井下供电网络相连；在采煤机前后的两个司机各携带一个便携式无线充电装置，分别为1号便携式无线充电装置和2号便携式无线充电装置；两个便携式无线充电装置均由电池供电；在矿井上顺槽处设有电池更换站；
B、在采煤机进行采煤过程中，1号机载无线充电装置和2号机载无线充电装置分别先确定各自距离最近的无线传感节点，然后通过调整其充电天线对准各自的节点进行无线充电，直至在采煤机移动后，当前各自充电节点已不是距离最近的无线传感节点时，此时1号机载无线充电装置和2号机载无线充电装置分别停止对当前节点充电，并再次确定各自距离最近的无线传感节点，重复上述过程进行下一个无线传感节点的充电工作；
C、在采煤机进行移动采煤过程中，1号便携式无线充电装置和2号便携式无线充电装置分别先确定各自距离最近的无线传感节点，然后通过调整其充电天线对准各自的节点进行无线充电，直至采煤机移动到当前各自充电节点已不是距离最近的无线传感节点，此时1号便携式无线充电装置和2号便携式无线充电装置分别停止对当前节点充电，并再次确定各自距离最近的无线传感节点，重复上述过程进行下一个无线传感节点的充电工作；当采煤机到达矿井上顺槽时，司机能通过电池更换站对两个便携式无线充电装置的电池进行更换，从而满足持续的充电工作。


2.根据权利要求1所述的一种用于综采工作面无线传感节点的边采煤边充电方法，其特征在于，所述步骤B具体为：
其中，1号机载无线充电装置确定距离最近的无线传感节点过程为：煤矿内的支液压支架由前柱和后柱组成，其前柱和后柱上均安装有无线传感节点，设最近向工作面前方推进的节点编号为i，第一排共有m个节点，则与1号机载无线充电装置最近的备选节点为第i、i+1、i+m号节点；
设采煤机每次横向割煤长度达到dm时进行一次液压支架的移架，当液压支架完成一次移架时安装于该支架的无线传感节点i向1号机载无线充电装置发出移架信号，此时1号机载无线充电装置收到无线传感节点i的移架信号后，即能判定1号机载无线充电装置与节点i的横向距离为dm；令液压支架的水平中心距为p，前柱与后柱距离为q，前柱与采煤机机身的垂直距离为c,液压支架每次推进的距离为r，则1号机载无线充电装置与节点i的纵向距离为c-r，从而得到他们之间的距离为：



同理，能得出1号机载无线充电装置与节点i+1、节点i+m之间的距离：



1号机载无线充电装置在收到下一个移架信号之前，通过计算自身的位移更新自身与节点i的横向距离：
dm'＝dm+vt(3)
其中，t为1号机载无线充电装置收到节点i的移架信号后的行进时间，用(3)式中的dm'取代(1)式和(2)式中的dm，即能得到当前时刻的和在采煤机移动割煤过程中，通过比较这三个距离，从中选择最小的值所对应的无线传感节点，将1号机载无线充电装置的充电波束对准该节点为其充电；若其中某个时刻当前充电节点已不是距离最近的无线传感节点时，则1号机载无线充电装置通知正在充电的节点即将结束充电，并通过调整其充电天线对准当前时刻确定的距离最近无线传感节点进行无线充电；
2号机载无线充电装置确定距离最近的无线传感节点过程为：设2号机载无线充电装置周围的无线传感节点为第j-1、j、j+1号节点，节点j处于节点j-1和节点j+1之间，设A点是节点j-1和节点j之间的中点，B点是节点j和节点j+1之间的中点，C点是2号机载无线充电装置在AB所在直线上的垂足；因此，能确定若C点位于AB之间，则2号机载无线充电装置距离节点j最近；若不处于AB之间且距离A点更近，则距离节点j-1最近；若不处于AB之间且距离B点更近，则距离节点j+1最近；因此，将确定2号机载...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡青松，陈艳，李世银，孙彦景，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32