激光測距技術(shù)是目前測距系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛的技術(shù)，由于是通過發(fā)射激光束至目標(biāo)物體，利用反射光束精確計(jì)算距離，因此在不加反射靶的情況下，也可達(dá)到很遠(yuǎn)的檢測距離，而且對目標(biāo)物體的尺寸面積比超聲波要求的面積小很多，使得對遠(yuǎn)距離的小尺寸物體位置檢測成為可能”。但由于成本較高，而且極易受到井下工作面惡劣環(huán)境的干擾，所以不適合在工作面使用。

霍爾元件在控制系統(tǒng)中占有非常重要的地位，具有分辨能力強(qiáng)、高精度和檢測速度快的特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)所用的脈沖發(fā)生器成本低、構(gòu)造簡單、性能好。電氣控制系統(tǒng)中存在著較為惡劣的電磁環(huán)境，因此霍爾元件大多要求具有較強(qiáng)的抗干擾能力。

(1)硬件電路方面，用它完成信號(hào)采樣電路的設(shè)計(jì)，采樣到的電信號(hào)并行輸入移位寄存器CD4021，再通過串行方式輸出到單片機(jī)，由單片機(jī)接收并計(jì)算，通過通信模塊傳至上位機(jī)集控系統(tǒng)，集控系統(tǒng)對各液壓支架的伸縮量進(jìn)行分析和顯示。

(2) 軟件方面，下位機(jī)單片機(jī)控制移位寄存器串行輸出實(shí)時(shí)信號(hào)，并由單片機(jī)檢測電信號(hào)和計(jì)算。通信模塊通過485通信把各個(gè)液壓支架的伸縮量信息發(fā)送至上位機(jī)。上位機(jī)把各 個(gè)液壓支架的情況通過組態(tài)軟件實(shí)時(shí)顯示。

(3) 上位機(jī)與下位機(jī)聯(lián)機(jī)系統(tǒng)調(diào)試。

 
液壓支架上安裝兩個(gè)同心套簡，外層是堅(jiān)固的金屬筒，金屬簡底端是磁環(huán)，內(nèi)層是霍爾傳感器做成的量尺。基于單片機(jī)用它實(shí)現(xiàn)液壓支架伸縮量的檢測，通過霍爾開關(guān)模塊檢測磁環(huán)位移信號(hào)。當(dāng)液壓支架伸長時(shí)，外層套筒隨著支架向上移動(dòng)，套簡底端的磁環(huán)相對內(nèi)部的量尺發(fā)生位移，移位寄存?zhèn)鬏斈K把采集到的位移信號(hào)串行傳送到單片機(jī)進(jìn)行處理，計(jì)算出液壓支架的實(shí)時(shí)長度。下位機(jī)單片機(jī)通過通信模塊把伸縮量信號(hào)傳送給上位機(jī)，上位機(jī)通過組態(tài)軟件顯示。見圖1。

伸縮量信號(hào)的采集模塊由霍爾開關(guān)和移位寄存器組成。


HX44E型霍爾屬于有源磁電轉(zhuǎn)換器件，它是在霍爾效應(yīng)原理的基礎(chǔ)上，利用集成封裝和組裝工藝制作而成，它把磁輸人信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，當(dāng)磁環(huán)靠近某一霍爾開關(guān)時(shí)其輸出低電平，無磁體靠近時(shí)則為高電平。通過CD4021的并行輸入存儲(chǔ)起來等待單片機(jī)的檢測。


CD4021傳輸霍爾開關(guān)量的流程:先使CD4021轉(zhuǎn)換到并行模式，再轉(zhuǎn)換到串行模式，單片機(jī)讀取Q7的信號(hào)，然后輸出一個(gè)脈沖給CD4021，單片機(jī)再讀取一個(gè)開關(guān)信號(hào)，如此循環(huán)到結(jié)束，輸出電平為低電平時(shí)的計(jì)數(shù)值，然后重復(fù)前面的步驟中。霍爾開關(guān)模塊電路的輸出端接至移位寄存器的并行輸入端，再加上單片機(jī)最小系統(tǒng)電路、單片機(jī)與移位寄存器的連接，即可作出下位機(jī)的整體電路圖，如圖2所示.