煤矿井下电力线载波通信系统的供电电源论文和设计-龙芃君

全文摘要

本实用新型提供一种煤矿井下电力线载波通信系统的供电电源，其特征在于：包括井下通信模块、井上通信模块、输电线缆和供电模块，所述井上通信模块与井下通信模块通过输电线缆实现载波通信，所述供电模块用于给井下通信模块、井上通信模块提供合适直流电源。本实用新型提供一种煤矿井下电力载波通信系统的供电电源，通过市电与蓄电池的自动切换，实现以煤矿井下输电线路载波通信系统的稳定运行，实现煤矿井下信号的及时、准确和稳定传输。

主设计要求

1.一种煤矿井下电力线载波通信系统的供电电源，其特征在于：包括井下通信模块、井上通信模块、输电线缆和供电模块，所述井下通信模块包括多个结构相同的子模块，所述子模块包括井下通信终端、井下处理器模块、井下调制解调模块、井下耦合电路和接线端子，所述井下通信终端与所述井下处理模块通信连接，所述井下处理器模块与井下调制解调模块通信连接，所述井下调制解调模块与井下耦合电路通信连接，所述井下耦合电路与井下接线端子通信连接，所述井下接线端子与输电线缆连接；所述井上通信模块包括井上接线端子、井上耦合电路、井上调制解调模块、井上处理器模块和外接通信组网接口，所述井上接线端子与所述输电线缆连接，所述井上接线端子与井上耦合电路连接，所述井上耦合电路与所述井上调制解调模块连接，所述井上调制解调模块与井上处理器模块通信连接，所述井上处理器模块与外部通信组网接口；所述供电模块用于给井下通信模块和井上通信模块提供匹配的直流电，包括降压降压变压器T1、全桥式整流电路Z1、电容C1、电容C2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、可调电阻R9、电阻R10、稳压二极管D1、稳压二极管D2、稳压二极管D3、电感L1、运放U1、运放U2、运放U3、芯片U4、MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q3、MOS管Q4和三极管Q5，其中芯片U4为开关型集成稳压芯片，所述降压变压器T1的初级线圈与所述输电线连接，所述降压变压器T1的次级线圈两端与全桥式整流电路的输入端连接，全桥式整流电路的负输出端接地，全桥式整流电路的正输出端与电容C1的一端连接，电容C1另一端接地，全桥式整流电路的正输出端和电容C1的公共连接点与稳压二极管D3的负极连接，稳压二极管D3的正极接地，电阻R10的一端与稳压二极管D3的正极与接地的公共连接点连接，电阻R10的另一端与三极管Q5的基极连接，三极管Q5的集电极与全桥式整流电路的正输出端连接，三极管Q5的发射极接地，电阻R1的一端与全桥式整流电路的正输出端连接，电阻R1的另一端经电阻R2与运放U1的同相端连接，电阻R3的一端与电阻R1和电阻R2的公共连接点连接，电阻R3的另一端接地，运放U1的反相端与运放U1的输出端连接，运放U1的输出端经电阻R6与运放U3的同相端连接，运放U3的输出端经电阻R7与MOS管Q1的漏极连接，运放U3的反相端与电阻R7和MOS管Q1的漏极的公共连接点连接，电阻R8的一端与电阻R7和MOS管Q1的漏极的公共连接点连接，电阻R8的另一端接地，电阻R4的一端与运放U1的输出端和电阻R6的公共连接点连接，电阻R4的另一端与运放U2的同相端连接，运放U2的反相端经电阻R5与电源VCC连接，运放U2的输出端与MOS管Q1的栅极连接，运放U2的输出端与MOS管Q3和MOS管Q4的栅极连接，MOS管Q3的源极经可调电阻R9与备用电源连接，MOS管Q3的漏极与MOS管Q4的漏极连接,MOS管Q4的源极接地，MOS管Q2的栅极与MOS管Q3的漏极和MOS管Q4的漏极的公共连接点连接，MOS管Q2的漏极与备用电源连接,MOS管Q2的源极与芯片U4的管脚1连接，MOS管Q1的源极与芯片U4的管脚1连接，芯片U4的管脚1与稳压二极管D1的负极连接，稳压二极管D1的正极接地，芯片U4的管脚2和管脚3接地，芯片U4的管脚4与稳压二极管D2的负极连接，稳压二极管D2的正极接地，芯片U4的管脚5经电容C3接地，芯片U4的管脚4与电感L1的一端连接，电感L1的另一端为5V恒压输出端。

设计方案

1.一种煤矿井下电力线载波通信系统的供电电源，其特征在于：包括井下通信模块、井上通信模块、输电线缆和供电模块，

所述井下通信模块包括多个结构相同的子模块，所述子模块包括井下通信终端、井下处理器模块、井下调制解调模块、井下耦合电路和接线端子，所述井下通信终端与所述井下处理模块通信连接，所述井下处理器模块与井下调制解调模块通信连接，所述井下调制解调模块与井下耦合电路通信连接，所述井下耦合电路与井下接线端子通信连接，所述井下接线端子与输电线缆连接；

所述井上通信模块包括井上接线端子、井上耦合电路、井上调制解调模块、井上处理器模块和外接通信组网接口，所述井上接线端子与所述输电线缆连接，所述井上接线端子与井上耦合电路连接，所述井上耦合电路与所述井上调制解调模块连接，所述井上调制解调模块与井上处理器模块通信连接，所述井上处理器模块与外部通信组网接口；

所述供电模块用于给井下通信模块和井上通信模块提供匹配的直流电，包括降压降压变压器T1、全桥式整流电路Z1、电容C1、电容C2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、可调电阻R9、电阻R10、稳压二极管D1、稳压二极管D2、稳压二极管D3、电感L1、运放U1、运放U2、运放U3、芯片U4、MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q3、MOS管Q4和三极管Q5，其中芯片U4为开关型集成稳压芯片，

所述降压变压器T1的初级线圈与所述输电线连接，所述降压变压器T1的次级线圈两端与全桥式整流电路的输入端连接，全桥式整流电路的负输出端接地，全桥式整流电路的正输出端与电容C1的一端连接，电容C1另一端接地，全桥式整流电路的正输出端和电容C1的公共连接点与稳压二极管D3的负极连接，稳压二极管D3的正极接地，电阻R10的一端与稳压二极管D3的正极与接地的公共连接点连接，电阻R10的另一端与三极管Q5的基极连接，三极管Q5的集电极与全桥式整流电路的正输出端连接，三极管Q5的发射极接地，电阻R1的一端与全桥式整流电路的正输出端连接，电阻R1的另一端经电阻R2与运放U1的同相端连接，电阻R3的一端与电阻R1和电阻R2的公共连接点连接，电阻R3的另一端接地，运放U1的反相端与运放U1的输出端连接，运放U1的输出端经电阻R6与运放U3的同相端连接，运放U3的输出端经电阻R7与MOS管Q1的漏极连接，运放U3的反相端与电阻R7和MOS管Q1的漏极的公共连接点连接，电阻R8的一端与电阻R7和MOS管Q1的漏极的公共连接点连接，电阻R8的另一端接地，电阻R4的一端与运放U1的输出端和电阻R6的公共连接点连接，电阻R4的另一端与运放U2的同相端连接，运放U2的反相端经电阻R5与电源VCC连接，运放U2的输出端与MOS管Q1的栅极连接，运放U2的输出端与MOS管Q3和MOS管Q4的栅极连接，MOS管Q3的源极经可调电阻R9与备用电源连接，MOS管Q3的漏极与MOS管Q4的漏极连接,MOS管Q4的源极接地，MOS管Q2的栅极与MOS管Q3的漏极和MOS管Q4的漏极的公共连接点连接，MOS管Q2的漏极与备用电源连接,MOS管Q2的源极与芯片U4的管脚1连接，MOS管Q1的源极与芯片U4的管脚1连接，芯片U4的管脚1与稳压二极管D1的负极连接，稳压二极管D1的正极接地，芯片U4的管脚2和管脚3接地，芯片U4的管脚4与稳压二极管D2的负极连接，稳压二极管D2的正极接地，芯片U4的管脚5经电容C3接地，芯片U4的管脚4与电感L1的一端连接，电感L1的另一端为5V恒压输出端。

2.根据权利要求1所述的煤矿井下电力线载波通信系统的供电电源，其特征在于：所述MOS管Q1、MOS管Q2和MOS管Q4为N型增强型MOS管，所述MOS管Q3为P行增强型MOS管，所述三极管Q5为NPN型三极管。

3.根据权利要求1所述的煤矿井下电力线载波通信系统的供电电源，其特征在于：所述芯片U4为开关型集成稳压芯片LM2596。

4.根据权利要求1所述的煤矿井下电力线载波通信系统的供电电源，其特征在于：所述调制解调模块为电力线载波扩频通信芯片。

5.根据权利要求1所述的煤矿井下电力线载波通信系统的供电电源，其特征在与：所述外接通信组网接口采用标准网络信号接口。

设计说明书

技术领域

本发明涉及电力线载波通信领域，尤其涉及一种煤矿井下电力线载波通信系统的供电电源。

背景技术

电力线载波通信是利用输电线路作为传输媒介的通信方式，由于它与煤矿井下的输电线路的无缝连接以及较高的经济性、实用性，在煤矿井下的通信中应用越来越广泛；在信号传输过程中，需要将传输信号叠加到电源信号上，l在电力线载波通信的工作过程中，需要提供稳定的工作用电，现有的方式有直接连接市电、蓄电池供电等，但现有的电源不能实现市电和蓄电池供电不能提供稳定的工作用电且不能实现市电与蓄电池供电的自动切换。

因此，亟需一种新的技术方案解决煤矿井下电力载波通信系统的工作用电的稳定性以及市电和蓄电池供电的自动切换。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种煤矿井下电力载波通信系统的供电电源，为煤矿井下电力载波通信系统提供稳定的工作用电以及实现市电和蓄电池供电的自动切换。

本实用新型提供一种煤矿井下电力线载波通信系统的供电电源，其特征在于：包括井下通信模块、井上通信模块、输电线缆和供电模块，

进一步，所述MOS管Q1、MOS管Q2和MOS管Q4为N型增强型MOS管，所述MOS管Q3为P行增强型MOS管。

进一步，所述芯片U4为开关型集成稳压芯片LM2596。

进一步，所述调制解调模块为电力线载波扩频通信芯片。

进一步，所述外接通信组网接口采用标准网络信号接口。

本实用新型的有益效果：本实用新型提供一种煤矿井下电力载波通信系统的供电电源，为煤矿井下电力载波通信系统提供稳定的工作用电以及实现市电和蓄电池供电的自动切换。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述：

图1本实用新型机构示意图。

图2本实用新型的供电模块电路原理图。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本实用新型做出进一步的说明：

本实用新型提供的一种煤矿井下电力线载波通信系统的供电电源，其特征在于：包括井下通信模块、井上通信模块、输电线缆和供电模块，

其中，所述井下通信终端包括瓦斯传感器、风速传感器、温度传感器等煤矿井下设置的各种传感器和煤矿井下工作人员携带的通信设备，如手机，所述通信终端的信息通过电力载波经输电线路传输到上位机，同时接受上位机传输的信号，实现半双工通信；

其中，井上接线端子与井下接线端子结构相同均采用现有的接线端子，在此不再赘述；所述井上耦合电路和井下耦合电路结构相同，包括发送端耦合电路和接收端耦合电路，所述发送端耦合电路和接收端耦合电路采用现有的耦合电路；所述井上调制解调模块和所述井下调制解调模块的结构相同，均采用现有的电力线载波扩频通信芯片，如SSC1641芯片，本领域技术人员可根据实际工况需要选择合适的电力线载波通信芯片；所述井上处理器模块和所述井下处理器模块结构相同，均采用现有单片机，如AT89C51芯片、AT89C2051芯片，本领域技术人员可根据实际工况需要选择合适的单片机；所述外接通信组网接口采用标准网络信号接口，实现外部终端对实现对处理器的信号的输入；

其中，所述MOS管Q1、MOS管Q2和MOS管Q4为N型增强型，所述MOS管Q3为P型增强型MOS管，三极管Q5为NPN型三极管；所述芯片U4为开关型集成稳压芯片LM2596；其中整流电路Z1为现有的二极管组成的全桥式整流电路。降压变压器T1、全桥式整流电路Z1、电容C1、电阻R1、电阻R2、电阻R3组成在线取电整流电路，实现从输电线上取电，经降压变压器将220V市电转为系统需要的电压，如24V、48V等，本领域技术人员可根据实际的需要选择合适的降压变压器，降压后经桥式整流电路整流，将降压后的交流电转换为直流电，电容C1对全桥式整流电路输出的直流进行滤波，随后经电阻R1和电阻R3串联分压，电阻R2和U1实现电压跟随，将强电与弱电隔离。电阻R10、稳压管D3和三极管Q5组成过压保护电路，当降压后的电压超过预先设定的击穿电压后，击穿稳压管D3，从而导通三极管Q5，三极管Q5导通使整流电路的正输出端输出的电压经三极管Q5接地，从而有效的保护后续电路；当整流电路的正输出端输出的电压小于预先设定的击穿电压时，稳压三极管Q5截止，市电直接为后续电路供电；实现过压保护，非过压状态正常供电。电阻R6、运放U3、电阻R7和电阻R8组成横流电路，MOS管Q1漏极与电阻R8并联，实现恒压输出；MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q3、MOS管Q4、运放U2电阻R4、电阻R5和电阻R8组成市电与备用电源切换电路；芯片U4、稳压管D1、稳压管D2、电容C3、电感L1组成DC\/DC转换电路并向外输出5V电压，为井上通信模块和井下通信模块提供恒定的直流电压；当运放U2的同相端输入的电压大于预先设定的电压时，运放U2输出高电平，此时MOS管Q1导通，DC\/DC转换电路的输入端连接市电，同时MOS管Q4导通，MOS管Q3截止，MOS管Q4的漏极输出低电平，MOS管Q2截止，此时DC\/DC转换电路的输入端在线接入市电；当运放U2的同相端输入的电压小于预先设定的电压时，即市电断电或市电电压过低的情况下，运放U2输出低电平，此时MOS管Q1截止、MOS管Q4截止、MOS管Q3导通，MOS管Q3的漏极输出高电平，MOS管Q2导通，DC\/DC转换电路的输入端连接备用电源；MOS管具有耐过压抗静电性能,环境可靠性好，实现市电与备用电池供电之间的自动切换，实现断电继续工作能力。

通过上述技术方案，为煤矿井下电力载波通信系统提供稳定的工作用电，同时实现市电和蓄电池供电的自动切换。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

设计图

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设计说明书

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