基于WiFi及無線遙控技術(shù)遠程控制井下鏟運機

摘要：在地下施工環(huán)境惡劣，工作人員無法到達的情況下需要對機械進行遙控操作。利用WiFi無線通信跟無線電遙控技術(shù)對鏟運機機進行無人駕駛遙控操作技術(shù)進行了相關(guān)的研究，在原有液壓線路的基礎(chǔ)上做了線路修改使其滿足遙控要求。基于WiFi通過Ad Hoc方式直接建立點對點通信鏈路、地下無線網(wǎng)絡(luò)，可以很好的實現(xiàn)自動化無人遠程操作。
關(guān)鍵詞：鏟運機；WiFi；無線遙控；液壓；點對點通信；遠程操作

0 引言
隨著采礦深度的增加，地下開采的環(huán)境質(zhì)量越來越差，對人的健康及生命安全造成了嚴(yán)重的威脅，再加上嚴(yán)格的環(huán)保，安全法規(guī)的相繼出臺，造成了地下礦產(chǎn)開采成本的提高，為滿足社會需求，必須要提高開采效率，因此催發(fā)了自動化技術(shù)的應(yīng)運而生，而遙控系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用勢必成為必不可少的一部分。
特別在近幾年隨著無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于工業(yè)的技術(shù)的成熟，可以將WiFi無線網(wǎng)絡(luò)配合無線電遙控操作技術(shù)應(yīng)用于地下鏟運機以實現(xiàn)遠距離無線操作，也可以在遙控模式下，駕駛員在遠離鏟運機的安全區(qū)域，通過無線遙控手柄單元控制鏟運機的各種動作。在生產(chǎn)效率上有了很大的提高，也在很大程度上保障了人的健康及生命安全。

1 地下裝載機的遙控部分
1．1 手柄控制單元
1．1．1 手柄控制單元
該單元包括一個帶ARM內(nèi)核微處理器的核心板，一個2．4 GHz無線通信模塊，兩個控制手柄，2．4 GHz天線，底層信號采集板等。該單元要控制裝載機的前進／后退、換向、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、大臂舉升、大臂下降、裝料、卸料、油門增減。同時還要增加以下輔助功能，包括遠程啟動，熄火、駐車剎車、輔助剎車、前后燈的控制。采用無線遙控時，人員遠離鏟運機在安全區(qū)域作業(yè)時，可以借助操作盒，如圖1所示，實現(xiàn)安全作業(yè)。

1．1．2 內(nèi)部信號采集處理及傳輸
本系統(tǒng)中有4路速變模擬信號、8路緩變模擬信號。該采集系統(tǒng)能實現(xiàn)采集0～5 V之間的模擬信號，兩者精度均在0．1％以內(nèi)，信號記錄時間均不低于0．75 s，整體設(shè)計如圖2所示。在本系統(tǒng)中，由于模擬輸入信號的電壓范圍是0～5 V，所以此次設(shè)計使用LM324運算放大器組成的比例電路將輸入信號變換成0～2．5 V電壓。然后輸入模擬開關(guān)經(jīng)過跟隨器后，再輸入A／D轉(zhuǎn)換器。這里采用AD7492轉(zhuǎn)換芯片，進行數(shù)據(jù)采樣。AD7492是AD公司推出的12位高速、低功耗、逐次逼近式A／D轉(zhuǎn)換器。它可在2．7～5．25 V的電壓下工作，其數(shù)據(jù)通過率高達1 MSPS?？梢詽M足采樣標(biāo)準(zhǔn)要求。

首先，對于4路速變信號而言，其最低采樣頻率為40 kHz，系統(tǒng)要求的最低記錄時間為0．75 s。采用了多路切換開關(guān)和一個AD7492循環(huán)進行數(shù)據(jù)采集，將4路速變信號和8路緩變信號交叉安排在ADG506上，這樣在每次速變信號采集后，緊接著采集8路緩變信號，經(jīng)過循環(huán)交叉采集后，使得速變信號采樣率是緩變信號采樣率的2倍。然后將12路信號經(jīng)模／數(shù)轉(zhuǎn)換后經(jīng)ARM處理器處理后再經(jīng)TLV5613數(shù)／模轉(zhuǎn)換，通過編碼器編碼傳送到無線發(fā)射模塊，經(jīng)過2．4 GHz無線天線將信號發(fā)射出去。采用的TLV5613轉(zhuǎn)換器是12位電壓輸出數(shù)膜轉(zhuǎn)換器(DAC)，它具有一個與8位微控制器兼容的并行接口。使用三個不同的地址來寫入8個最低位、4個最高位和3個控制位。TLV5613可工作于2．7～5．5 V較寬的電源電壓范圍。