一种矿灯灯位锁、及控制它的灯层控制器以及矿灯管理系统技术领域
本发明涉及一种矿灯领取管理系统，尤其涉及一种用矿灯灯位锁以及控制
它的灯层控制器的自动控制管理矿灯的系统。
背景技术
目前，矿山的矿灯管理主要靠人工完成，其具体过程如下：1.领取矿灯：
矿工提交矿灯号牌及挂锁钥匙，矿灯管理人员依据矿灯号牌寻找灯位，并通过
钥匙打开灯位上的挂锁取下矿灯，矿灯管理人员与矿工口头核实后，将矿灯发
放给矿工并将灯号牌及挂锁钥匙放回指定位置；2.交还矿灯：矿工交还矿灯时，
矿灯管理人员依据矿灯上的编号寻找对应的矿灯号牌及挂锁钥匙，然后将矿灯
号牌及挂锁钥匙交给矿工，并将矿灯放置在矿灯待维护区域；3.矿灯的后期维
护：矿灯管理人员逐个对放置在矿灯待维护区域内的矿灯进行维护后，依据矿
灯编号寻找灯位，并将矿灯上架接通充电装置，最后锁闭灯位上的挂锁。现行
的这种手工矿灯管理方式虽然减少了误发矿灯事件的发生，但机械锁开锁、上
锁操作麻烦，工作效率低。
公开号为CN201035627的中国专利公开了一种矿灯充电考勤管理设备，包括
充电架、电源模块和充电检测模块，所述的充电检测模块的输入端分别与每个
充电位的在线检测触点和电源模块的电池回路负端连接，包括采集通信模块和
服务器；充电检测模块的输出端与采集通信板输入端相连接，采集通信模块和
服务器之间通过总线方式连接。该设备通过矿灯充电对矿工考勤进行信息化管
理，虽然能够对多个矿灯充电架进行管理和控制并能检测矿灯的在位状态，由
于对充电矿灯没有身份对应和锁定装置，对取错矿灯、发错矿灯的事件仍无法
控制。
发明内容
本发明的目的是提供一种矿灯灯位锁，其根据控制器的命令开锁或闭锁。
本发明的另一个目的是提供一种灯层控制器，其根据服务器的命令，管理
矿灯灯位锁的开锁或闭锁。
本发明的第三个目的是提供一种矿灯管理系统，其通过灯层控制器，根据
人员身份信息管理矿灯灯位锁的开锁或闭锁，以及管理矿灯在充电架上的状态
信息，并且大幅提高了管理和执行效率，并且避免了错发矿灯这种安全隐患的
发生。
为解决上述的第一个技术问题，本发明的矿灯灯位锁包括：外壳，外壳包
括上盖和底盒，底盒上设有条形孔，底盒内设有隔板，隔板的一侧设有电磁铁，
隔板的另一侧设有锁盘，隔板上设有出芯孔，锁盘上设有锁孔和检测孔，锁盘
套在转轴上，锁盘的两侧设有加锁光电传感器，锁盘上连接有锁舌，锁舌位于
条形孔内。
矿灯灯位锁电磁铁的铁芯上连接挡片，挡片的前方设有拨叉，拨叉连接拨
叉转轴，拨叉的顶端设有钥匙槽。
为解决上述的第二个技术问题，本发明的灯层控制器包括：中央处理器，
中央处理器连接接口电路，接口电路连接管理服务器外设接口，中央处理器连
接电磁铁多路开关、矿灯上架多路开关和矿灯加锁多路开关，中央处理器连接
电磁铁多路开关、矿灯上架多路开关和矿灯加锁多路开关，电磁铁多路开关分
别连接每个灯位锁的电磁铁，矿灯上架多路开关分别连接每个充电位上的上架
光电传感器，矿灯加锁多路开关分别连接每个灯位锁的加锁光电传感器。
灯层控制器的接口电路包括：RS-485通信模块或RS-232通讯模块或USB
通讯模块或TCP/IP通讯模块。
为解决上述的第三个技术问题，本发明的矿灯管理系统包括：矿灯灯位锁，
与矿灯灯位锁连接的灯层控制器，灯层控制器连接管理服务器，灯层控制器连
接位于矿灯充电架上的灯位光电传感器，灯层控制器上运行灯位锁自控客户端
软件，管理服务器上运行灯位锁自控服务器端软件；
管理服务器与灯层控制器之间采用主从式通信控制，由管理服务器控制通
信同步，管理服务器主动向灯层控制器发送命令，管理服务器运行包括如下命
令的灯位锁自控服务器端软件：
(1)状态查询命令处理步骤：每间隔1-30秒管理服务器与灯层控制器建
立通信连接，向灯层控制器发送查询操作命令，并接受灯层控制器发回的灯位
状态信息和开闭锁状态信息；
(2)开锁命令处理步骤：将事先获得的原人员身份信息和灯位信息，与当
前人员身份信息比对，如果当前人员身份信息与原人员身份信息匹配，则向对
应灯位的灯层控制器发送对该锁的开锁操作命令和灯位信息，如果当前人员身
份信息与原人员身份信息不匹配，则发出错误信息；
(3)上架状态感知命令处理步骤：通过上述的状态查询命令，在矿灯上架
后将当前灯位状态信息发送回管理服务器刷新原有数据；
(4)加锁状态感知命令处理步骤：通过上述的状态查询命令，在矿灯灯位
锁加锁或开锁后将开闭锁状态信息，发送回管理服务器刷新原开闭锁状态信息；
灯层控制器的中央处理器内固化包括如下命令的灯位锁自控客户端软件：
灯层控制器的状态查询命令处理步骤如下：
(a)判断由管理服务器传送的命令类型是否是查询操作命令，如果是查询
操作命令，立即根据通过矿灯上架光电传感器和加锁光电传感器获得当前所有
的灯位状态信息和开闭锁状态信息，记录所有的灯位状态信息和开闭锁状态信
息，并将所有的灯位状态信息和开闭锁状态信发送给管理服务器，且该条命令
不放入到灯层控制器的命令队列中，如果是其他命令类型，则把该条操作命令
存放到命令队列中，同时把当前记录的所有灯位状态信息和开闭锁状态信息发
送回管理服务器；
(b)每间隔0.1-0.2秒，查看命令队列是否有操作命令，如果命令队列中有
操作命令则依次取出操作命令进行处理，处理后查询所有灯位的当前灯位状态
信息和开闭锁状态信息，如果命令队列中没有命令，则查询所有灯位的当前灯
位状态信息和开闭锁状态信息；
灯层控制器的开锁命令处理步骤如下：根据管理服务器发送的开锁操作命
令和灯位信息，向与灯位信息对应的电磁铁多路开关发送开指定锁的信号，电
磁铁多路开关接通与灯位信息对应的灯位锁的电磁铁工作电路，从而打开灯位
锁，中央处理器延时0.1-1秒向前述的电磁铁多路开关，发送关闭前述指定锁的
信号，断开该灯位锁的电磁铁工作电路。
灯层控制器为1个或1个以上，每个灯层控制器连接1个或1个以上的矿
灯灯位锁，每个矿灯灯位锁对应一个灯位光电传感器。
当灯层控制器为2个或2个以上时，管理服务器与灯层控制器之间采用主
从式通信控制，由管理服务器控制通信同步，管理服务器间隔1-30秒主动依次
向灯层控制器发送命令。
管理服务器主动向灯层控制器发送命令，每发送1个命令后等待0.05-0.1
秒后，再发送下一个命令。
在管理服务器的开锁命令处理步骤中，原人员身份信息的获得采用手工录
入的方式。
管理服务器连接考勤机，通过管理服务器与考勤机互联，在管理服务器的
开锁命令处理步骤中，原人员身份信息由考勤机发送给管理服务器。
本发明采用相互配合的矿灯灯位锁和灯层控制器以及管理服务器，并在灯
位锁自控客户端软件和灯位锁自控服务器端软件的配合下，根据使用人身份信
息自行打开灯位锁，且只能由该使用人取用，并且矿灯的的上架、加锁的状态
信息可以通过管理服务器清晰的反映出来。
附图说明
图1为本发明第一种实施方式的外部结构示意图。
图2为本发明第一种实施方式的内部结构示意图。
图3为本发明第一种实施方式隔板的结构示意图。
图4为图3的俯视图。
图5为本发明第一种实施方式锁盘的结构示意图。
图6为本发明第一种实施方式加锁光电传感器的结构示意图。
图7为本发明第二种实施方式的内部结构示意图。
图8为本发明第二种实施方式拨叉部分的结构示意图。
图9和图10为本发明第一种实施方式灯层控制器的电路原理图。
具体实施方式
本发明的第一种实施方式包括：矿灯灯位锁，与矿灯灯位锁连接的灯层控
制器，灯层控制器连接管理服务器，灯层控制器连接位于矿灯充电架上的灯位
光电传感器，灯层控制器上运行灯位锁自控客户端软件，管理服务器上运行灯
位锁自控服务器端软件。本实施方式中管理服务器只连接1个灯层控制器，1灯
层控制器连接256个矿灯灯位锁，每个矿灯灯位锁对应一个灯位光电传感器。
管理服务器采用现有技术的PC机。灯位光电传感器为现有技术的透射式红外光
电传感器，其安装在矿灯充电架上，一端在充电架背板上，另一端位于充电架
外。当矿灯充电时，矿灯电池位于灯位光电传感器之间，阻断了灯位光电传感
器的光路，灯位光电传感器给灯层控制器发送上架灯位信号。当矿灯取下时，
灯位光电传感器的光路导通，灯位光电传感器给灯层控制器发送下架灯位信号。
如图1、和图2所示，矿灯灯位锁包括：外壳，外壳包括上盖1和底盒2，
底盒上设有条形孔3，底盒内设有隔板4，隔板的一侧设有电磁铁5，隔板的
另一侧设有锁盘6，如图3和图4所示隔板上设有出芯孔15，如图5所示锁盘
上设有锁孔7和检测孔8，锁盘套在转轴9上，转轴上套装有复位弹簧，便于
锁盘复位。锁盘的两侧设有加锁光电传感器10，加锁光电传感器连接在隔板上，
锁盘上连接有锁舌11，锁舌位于条形孔内，使锁舌随动与锁盘上下运动，以完
成开锁和闭锁的动作。如图6所示加锁光电传感器为透射式红外光电传感器。
加锁时电磁铁的铁芯17穿过隔板上开的出芯孔，插入锁盘上的锁孔中，使在矿
灯充电架上安装的矿灯灯位锁的锁舌挡在需要充电的矿灯前将矿灯锁住。开锁
时铁芯收回锁盘带动锁舌转动打开锁，可将矿灯取下使用，且锁盘阻挡住铁芯，
在电磁铁断电后铁芯仍无法复位，使矿灯灯位锁始终处于打开状态，直至下一
次人工加锁时止。当检测孔位于透射式光电传感器之间，透射式光电传感器发
出的光线能穿过检测孔时，透射式光电传感器向灯层控制器传送开锁状态信号。
当检测孔没有处在透射式光电传感器之间，透射式光电传感器发出的光线不能
穿过锁盘时，透射式光电传感器向灯层控制器传送闭锁状态信号。
管理服务器与灯层控制器之间采用主从式通信控制，由管理服务器控制通
信同步，管理服务器主动向灯层控制器发送命令，每发送1个命令后等待0.05
秒，再发送下一个命令，以便接受由灯层控制器传回的灯位状态信息和开闭锁
状态，管理服务器每次获得灯位状态信息和开闭锁状态为充电架上所有灯位的
灯位状态信息和开闭锁状态，该种通讯方式大大调高了灯层控制器端的判断步
骤的执行效率，加快了灯层控制器的信息处理速度，管理服务器运行包括如下
命令的灯位锁自控服务器端软件：
(1)状态查询命令处理步骤：每间隔1秒管理服务器与灯层控制器建立通
信连接，向灯层控制器发送查询操作命令，并接受灯层控制器发回的灯位状态
信息和开闭锁状态信息；
(2)开锁命令处理步骤：将事先获得的原人员身份信息和灯位信息，与当
前人员身份信息比对，如果当前人员身份信息与原人员身份信息匹配，则向对
应灯位的灯层控制器发送对该锁的开锁操作命令和灯位信息，如果当前人员身
份信息与原人员身份信息不匹配，则发出错误信息，事先获得的原人员身份信
息和灯位信息记录由矿灯管理人员事先记录在管理服务器的数据库内，当前人
员身份信息通过矿灯管理人员根据灯牌通过键盘手工输入电子计算机；
(3)上架状态感知命令处理步骤：通过上述的状态查询命令，在矿灯上架
后将当前灯位状态信息发送回管理服务器刷新原有数据；
(4)加锁状态感知命令处理步骤：通过上述的状态查询命令，在矿灯灯位
锁加锁或开锁后将开闭锁状态信息，发送回管理服务器刷新原开闭锁状态信息；
如图9和图10所示灯层控制器包括：中央处理器，中央处理器采用
STC89C52RC芯片。中央处理器连接接口电路，接口电路通过线缆连接管理服务
器的外设接口，将灯层控制器和管理服务器建立物理连接，接口电路采用现有
技术的RS-485通信模块。中央处理器连接电磁铁多路开关、矿灯上架多路开关
和矿灯加锁多路开关，电磁铁多路开关、矿灯上架多路开关和矿灯加锁多路开
关共用4块8255芯片，中央处理器接锁存器74HC373，锁存器74HC373连接
电磁铁多路开关，电磁铁多路开关分别连接放大达林顿管ULN2003，放大达林
顿管分别连接到每个矿灯灯位锁的电磁铁上，从而控制电磁铁，使电磁铁根据
中央处理器的信号控制铁芯的伸出和缩回，从而控制矿灯灯位锁的开启和闭合。
中央处理器连接矿灯上架多路开关和矿灯加锁多路开关，矿灯上架多路开关分
别连接位于充电架上每个灯位上设置的矿灯上架光电传感器，矿灯加锁多路开
关分别连接每个位于矿灯灯位锁上的加锁光电传感器，灯位锁光电传感器均为
投射式光电传感器，其位于锁盘的两侧，锁盘上开有检测孔。当中央处理器执
行查询命令，检测灯位锁光电传感器的红外光是否透过检测孔后，灯位锁光电
传感器向中央处理器发出信号，将中央处理器内的灯位状态字段赋值，灯位光
电传感器放置在灯架上，当矿灯在灯架上充电时红外光不能透射使灯位光电传
感器向中央处理器发出开闭锁状态信号，将中央处理器内存储器中的灯位状态
信息字段赋值，中央处理器内固化包括如下命令的灯位锁自控客户端软件：
每次进入系统时，系统进行初始化，包括内部状态变量的初始化，通信状
态的初始化，命令队列的初始化；
灯层控制器的状态查询命令处理步骤如下：
(a)判断由管理服务器传送的命令类型是否是查询操作命令，如果是查询
操作命令，立即根据通过矿灯上架光电传感器和加锁光电传感器获得当前所有
的灯位状态信息和开闭锁状态信息，记录所有的灯位状态信息和开闭锁状态信
息，并将所有的灯位状态信息和开闭锁状态信发送给管理服务器，且该条命令
不放入到灯层控制器的命令队列中，如果是其他命令类型，则把该条操作命令
存放到命令队列中，同时把当前记录的所有灯位状态信息和开闭锁状态信息发
送回管理服务器；
(b)每间隔0.1秒，查看命令队列是否有操作命令，如果命令队列中有操作
命令则依次取出操作命令进行处理，处理后查询所有灯位的当前灯位状态信息
和开闭锁状态信息，如果命令队列中没有命令，则查询所有灯位的当前灯位状
态信息和开闭锁状态信息；
灯层控制器的开锁命令处理步骤如下：根据管理服务器发送的开锁操作命
令和灯位信息，向与灯位信息对应的电磁铁多路开关发送开指定锁的信号，电
磁铁多路开关接通与灯位信息对应的灯位锁的电磁铁工作电路，从而打开灯位
锁，中央处理器延时0.1秒向前述的电磁铁多路开关，发送关闭前述指定锁的信
号，断开该灯位锁的电磁铁工作电路。
本发明的第二种实施方式包括：矿灯灯位锁，与矿灯灯位锁连接的灯层控
制器，灯层控制器连接管理服务器，灯层控制器连接位于矿灯充电架上的灯位
光电传感器，灯层控制器上运行灯位锁自控客户端软件，管理服务器上运行灯
位锁自控服务器端软件，考勤机与管理服务器互联。本实施方式中管理服务器
连接2个灯层控制器，每个灯层控制器均连接256个矿灯灯位锁，每个矿灯灯
位锁对应一个灯位光电传感器。管理服务器采用现有技术的PC机。考勤机为现
有技术产品，其与管理服务器通过缆线连接。灯位光电传感器为现有技术的透
射式红外光电传感器，其安装在矿灯充电架上，一端在充电架背板上，另一端
位于充电架外。当矿灯充电时，矿灯电池位于灯位光电传感器之间，阻断了灯
位光电传感器的光路，灯位光电传感器给灯层控制器发送上架灯位信号。当矿
灯取下时，灯位光电传感器的光路导通，灯位光电传感器给灯层控制器发送下
架灯位信号。
如图7所示矿灯灯位锁包括：外壳，外壳包括上盖和底盒，底盒上设有条
形孔，底盒内设有隔板，隔板的一侧设有电磁铁，隔板的另一侧设有锁盘，隔
板上设有出芯孔，锁盘上设有锁孔和检测孔，锁盘套在转轴上，转轴上套装有
复位弹簧，便于锁盘复位。锁盘的两侧设有加锁光电传感器，锁盘上连接有锁
舌，锁舌位于条形孔内，使锁舌随动与锁盘上下运动，以完成开锁和闭锁的动
作。加锁光电传感器为透射式红外光电传感器。加锁时电磁铁的铁芯穿过隔板
上开的出芯孔，插入锁盘上的锁孔中，使在矿灯充电架上安装的矿灯灯位锁的
锁舌挡在需要充电的矿灯前将矿灯锁住。开锁时铁芯收回锁盘带动锁舌转动打
开锁，可将矿灯取下使用，且锁盘阻挡住铁芯，在电磁铁断电后铁芯仍无法复
位，使矿灯灯位锁始终处于打开状态，直至下一次人工加锁时止。当检测孔位
于透射式光电传感器间，透射式光电传感器发出的光线能穿过检测孔时，透射
式光电传感器向灯层控制器传送开锁状态信号。当检测孔没有处在透射式光电
传感器间，透射式光电传感器发出的光线不能穿过锁盘时，透射式光电传感器
向灯层控制器传送闭锁状态信号。如图8所示电磁铁的铁芯上连接挡片12，挡
片的前方设有拨叉13，拨叉连接拨叉转轴14，拨叉的顶端设有钥匙槽16。当电
子装置失灵或停电时，用工具钥匙放入拨叉顶端的钥匙槽内转动转轴，转轴带
动拨叉将电磁铁的铁芯压入电磁铁的收纳腔内，使铁芯与锁盘脱离接触以便开
锁取下矿灯。
管理服务器与灯层控制器之间采用主从式通信控制，由管理服务器控制通
信同步，管理服务器主动向灯层控制器发送命令，管理服务器每间隔1秒主动
根据事先设定的地址依次向灯层控制器发送命令，管理服务器在发送命令时，
每发送1条命令后等待0.05秒，再发送下一条命令，以便接受由灯层控制器传
回的状态信息，管理服务器每次获得灯位状态信息和开闭锁状态为充电架上所
有灯位的灯位状态信息和开闭锁状态，该种通讯方式大大调高了灯层控制器端
的判断步骤的执行效率，加快了灯层控制器的信息处理速度，管理服务器运行
包括如下命令的灯位锁自控服务器端软件：
(1)状态查询命令处理步骤：每间隔1秒管理服务器与灯层控制器建立通
信连接，向灯层控制器发送查询操作命令，并接受灯层控制器发回的灯位状态
信息和开闭锁状态信息；
(2)开锁命令处理步骤：将事先获得的原人员身份信息和灯位信息，与由
考勤机获得后发送给管理服务器的当前人员身份信息比对，如果当前人员身份
信息与原人员身份信息匹配，则向对应灯位的灯层控制器发送对该锁的开锁操
作命令和灯位信息，如果当前人员身份信息与原人员身份信息不匹配，则发出
错误信息，事先获得的原人员身份信息和灯位信息记录由矿灯管理人员事先记
录在管理服务器的数据库内；
(3)上架状态感知命令处理步骤：通过上述的状态查询命令，在矿灯上架
后将当前灯位状态信息发送回管理服务器刷新原有数据；
(4)加锁状态感知命令处理步骤：通过上述的状态查询命令，在矿灯灯位
锁加锁或开锁后将开闭锁状态信息，发送回管理服务器刷新原开闭锁状态信息。
灯层控制器包括：中央处理器，中央处理器采用STC89C52RC芯片。中央处
理器连接接口电路，接口电路通过线缆连接管理服务器的外设接口，将灯层控
制器和管理服务器建立物理连接，接口电路采用现有技术的RS-232通信模块。2
个灯层控制器通过RS-232接口连接管理服务器，管理服务器通过事先设定的地
址来访问各个灯层控制器。中央处理器连接电磁铁多路开关、矿灯上架多路开关
和矿灯加锁多路开关，电磁铁多路开关、矿灯上架多路开关和矿灯加锁多路开
关共用4块8255芯片，中央处理器接锁存器74HC373，锁存器74HC373连接
电磁铁多路开关，电磁铁多路开关分别连接放大达林顿管ULN2003，放大达林
顿管分别连接到每个矿灯灯位锁的电磁铁上，从而控制电磁铁，使电磁铁根据
中央处理器的信号控制铁芯的伸出和缩回，从而控制矿灯灯位锁的开启和闭合。
中央处理器连接矿灯上架多路开关和矿灯加锁多路开关，矿灯上架多路开关分
别连接位于充电架上每个灯位上设置的矿灯上架光电传感器，矿灯加锁多路开
关分别连接每个位于矿灯灯位锁上的加锁光电传感器，灯位锁光电传感器均为
投射式光电传感器，其位于锁盘的两侧，锁盘上开有检测孔。当中央处理器执
行查询命令，检测灯位锁光电传感器的红外光是否透过检测孔后，灯位锁光电
传感器向中央处理器发出信号，将中央处理器内的灯位状态字段赋值，灯位光
电传感器放置在灯架上，当矿灯在灯架上充电时红外光不能透射使灯位光电传
感器向中央处理器发出开闭锁状态信号，将中央处理器内存储器中的灯位状态
信息字段赋值，中央处理器内固化包括如下命令的灯位锁自控客户端软件：
每次进入系统时，系统进行初始化，包括内部状态变量的初始化，通信状
态的初始化，命令队列的初始化；
灯层控制器的状态查询命令处理步骤如下：
(a)判断由管理服务器传送的命令类型是否是查询操作命令，如果是查询
操作命令，立即根据通过矿灯上架光电传感器和加锁光电传感器获得当前所有
的灯位状态信息和开闭锁状态信息，记录所有的灯位状态信息和开闭锁状态信
息，并将所有的灯位状态信息和开闭锁状态信发送给管理服务器，且该条命令
不放入到灯层控制器的命令队列中，如果是其他命令类型，则把该条操作命令
存放到命令队列中，同时把当前记录的所有灯位状态信息和开闭锁状态信息发
送回管理服务器；
(b)每间隔0.2秒，查看命令队列是否有操作命令，如果命令队列中有操作
命令则依次取出操作命令进行处理，处理后查询所有灯位的当前灯位状态信息
和开闭锁状态信息，如果命令队列中没有命令，则查询所有灯位的当前灯位状
态信息和开闭锁状态信息；
灯层控制器的开锁命令处理步骤如下：根据管理服务器发送的开锁操作命
令和灯位信息，向与灯位信息对应的电磁铁多路开关发送开指定锁的信号，电
磁铁多路开关接通与灯位信息对应的灯位锁的电磁铁工作电路，从而打开灯位
锁，中央处理器延时1秒向前述的电磁铁多路开关，发送关闭前述指定锁的信
号，断开该灯位锁的电磁铁工作电路。
本发明的第三种实施方式包括：矿灯灯位锁，与矿灯灯位锁连接的灯层控
制器，灯层控制器连接管理服务器，灯层控制器连接位于矿灯充电架上的灯位
光电传感器，灯层控制器上运行灯位锁自控客户端软件，管理服务器上运行灯
位锁自控服务器端软件，考勤机与管理服务器互联。本实施方式中管理服务器
只连接3个灯层控制器，每个灯层控制器均连接256个矿灯灯位锁，每个矿灯
灯位锁对应一个灯位光电传感器。管理服务器采用现有技术的PC机。考勤机为
现有技术产品，其与管理服务器通过缆线连接。灯位光电传感器为现有技术的
透射式红外光电传感器，其安装在矿灯充电架上，一端在充电架背板上，另一
端位于充电架外。当矿灯充电时，矿灯电池位于灯位光电传感器之间，阻断了
灯位光电传感器的光路，灯位光电传感器给灯层控制器发送上架灯位信号。当
矿灯取下时，灯位光电传感器的光路导通，灯位光电传感器给灯层控制器发送
下架灯位信号。
矿灯灯位锁包括：外壳，外壳包括上盖和底盒，底盒上设有条形孔，底盒
内设有隔板，隔板的一侧设有电磁铁，隔板的另一侧设有锁盘，隔板上设有出
芯孔，锁盘上设有锁孔和检测孔，锁盘套在转轴上，转轴上套装有复位弹簧，
便于锁盘复位。锁盘的两侧设有加锁光电传感器，锁盘上连接有锁舌，锁舌位
于条形孔内，使锁舌随动与锁盘上下运动，以完成开锁和闭锁的动作。加锁光
电传感器为透射式红外光电传感器。加锁时电磁铁的铁芯穿过隔板上开的出芯
孔，插入锁盘上的锁孔中，使在矿灯充电架上安装的矿灯灯位锁的锁舌挡在需
要充电的矿灯前将矿灯锁住。开锁时铁芯收回锁盘带动锁舌转动打开锁，可将
矿灯取下使用，且锁盘阻挡住铁芯，在电磁铁断电后铁芯仍无法复位，使矿灯
灯位锁始终处于打开状态，直至下一次人工加锁时止。当检测孔位于透射式光
电传感器间，透射式光电传感器发出的光线能穿过检测孔时，透射式光电传感
器向灯层控制器传送开锁状态信号。当检测孔没有处在透射式光电传感器间，
透射式光电传感器发出的光线不能穿过锁盘时，透射式光电传感器向灯层控制
器传送闭锁状态信号。电磁铁的铁芯上连接挡片，挡片的前方设有拨叉，拨叉
连接拨叉转轴，拨叉的顶端设有钥匙槽。当电子装置失灵或停电时，用工具钥
匙放入拨叉顶端的钥匙槽内转动转轴，转轴带动拨叉将电磁铁的铁芯压入电磁
铁的收纳腔内，使铁芯与锁盘脱离接触以便开锁取下矿灯。
管理服务器与灯层控制器之间采用主从式通信控制，由管理服务器控制通
信同步，管理服务器主动向灯层控制器发送命令，管理服务器每间隔20秒主动
根据事先设定的地址依次向灯层控制器发送命令，管理服务器在发送命令时，
每发送1条命令后等待0.05秒，再发送下一条命令，以便接受由灯层控制器传
回的状态信息，管理服务器每次获得灯位状态信息和开闭锁状态为充电架上所
有灯位的灯位状态信息和开闭锁状态，该种通讯方式大大调高了灯层控制器端
的判断步骤的执行效率，加快了灯层控制器的信息处理速度，管理服务器运行
包括如下命令的灯位锁自控服务器端软件：
(1)状态查询命令处理步骤：每间隔20秒管理服务器与灯层控制器建立
通信连接，向灯层控制器发送查询操作命令，并接受灯层控制器发回的灯位状
态信息和开闭锁状态信息；
(2)开锁命令处理步骤：将事先获得的原人员身份信息和灯位信息，与由
考勤机获得后发送给管理服务器的当前人员身份信息比对，如果当前人员身份
信息与原人员身份信息匹配，则向对应灯位的灯层控制器发送对该锁的开锁操
作命令和灯位信息，如果当前人员身份信息与原人员身份信息不匹配，则发出
错误信息，事先获得的原人员身份信息和灯位信息记录由矿灯管理人员事先记
录在管理服务器的数据库内；
(3)上架状态感知命令处理步骤：通过上述的状态查询命令，在矿灯上架
后将当前灯位状态信息发送回管理服务器刷新原有数据；
(4)加锁状态感知命令处理步骤：通过上述的状态查询命令，在矿灯灯位
锁加锁或开锁后将开闭锁状态信息，发送回管理服务器刷新原开闭锁状态信息。
灯层控制器包括：中央处理器，中央处理器采用STC89C52RC芯片。中央处
理器连接接口电路，接口电路通过线缆连接管理服务器的外设接口，将灯层控
制器和管理服务器建立物理连接，接口电路采用现有技术的RS-232通信模块。2
个灯层控制器通过RS-232接口连接管理服务器，管理服务器通过事先设定的地
址来访问各个灯层控制器。中央处理器连接电磁铁多路开关、矿灯上架多路开关
和矿灯加锁多路开关，电磁铁多路开关、矿灯上架多路开关和矿灯加锁多路开
关共用4块8255芯片，中央处理器接锁存器74HC373，锁存器74HC373连接
电磁铁多路开关，电磁铁多路开关分别连接放大达林顿管ULN2003，放大达林
顿管分别连接到每个矿灯灯位锁的电磁铁上，从而控制电磁铁，使电磁铁根据
中央处理器的信号控制铁芯的伸出和缩回，从而控制矿灯灯位锁的开启和闭合。
中央处理器连接矿灯上架多路开关和矿灯加锁多路开关，矿灯上架多路开关分
别连接位于充电架上每个灯位上设置的矿灯上架光电传感器，矿灯加锁多路开
关分别连接每个位于矿灯灯位锁上的加锁光电传感器，灯位锁光电传感器均为
投射式光电传感器，其位于锁盘的两侧，锁盘上开有检测孔。当中央处理器执
行查询命令，检测灯位锁光电传感器的红外光是否透过检测孔后，灯位锁光电
传感器向中央处理器发出信号，将中央处理器内的灯位状态字段赋值，灯位光
电传感器放置在灯架上，当矿灯在灯架上充电时红外光不能透射使灯位光电传
感器向中央处理器发出开闭锁状态信号，将中央处理器内存储器中的灯位状态
信息字段赋值，中央处理器内固化包括如下命令的灯位锁自控客户端软件：
每次进入系统时，系统进行初始化，包括内部状态变量的初始化，通信状
态的初始化，命令队列的初始化；
灯层控制器的状态查询命令处理步骤如下：
(a)判断由管理服务器传送的命令类型是否是查询操作命令，如果是查询
操作命令，立即根据通过矿灯上架光电传感器和加锁光电传感器获得当前所有
的灯位状态信息和开闭锁状态信息，记录所有的灯位状态信息和开闭锁状态信
息，并将所有的灯位状态信息和开闭锁状态信发送给管理服务器，且该条命令
不放入到灯层控制器的命令队列中，如果是其他命令类型，则把该条操作命令
存放到命令队列中，同时把当前记录的所有灯位状态信息和开闭锁状态信息发
送回管理服务器；
(b)每间隔0.15秒，查看命令队列是否有操作命令，如果命令队列中有操
作命令则依次取出操作命令进行处理，处理后查询所有灯位的当前灯位状态信
息和开闭锁状态信息，如果命令队列中没有命令，则查询所有灯位的当前灯位
状态信息和开闭锁状态信息；
灯层控制器的开锁命令处理步骤如下：根据管理服务器发送的开锁操作命
令和灯位信息，向与灯位信息对应的电磁铁多路开关发送开指定锁的信号，电
磁铁多路开关接通与灯位信息对应的灯位锁的电磁铁工作电路，从而打开灯位
锁，中央处理器延时0.5秒向前述的电磁铁多路开关，发送关闭前述指定锁的信
号，断开该灯位锁的电磁铁工作电路。
本发明的第四种实施方式包括：矿灯灯位锁，与矿灯灯位锁连接的灯层控
制器，灯层控制器连接管理服务器，灯层控制器连接位于矿灯充电架上的灯位
光电传感器，灯层控制器上运行灯位锁自控客户端软件，管理服务器上运行灯
位锁自控服务器端软件，考勤机与管理服务器互联。本实施方式中管理服务器
只连接4个灯层控制器，每个灯层控制器均连接128个矿灯灯位锁，每个矿灯
灯位锁对应一个灯位光电传感器。管理服务器采用现有技术的PC机。考勤机为
现有技术产品，其与管理服务器通过缆线连接。灯位光电传感器为现有技术的
透射式红外光电传感器，其安装在矿灯充电架上，一端在充电架背板上，另一
端位于充电架外。当矿灯充电时，矿灯电池位于灯位光电传感器之间，阻断了
灯位光电传感器的光路，灯位光电传感器给灯层控制器发送上架灯位信号。当
矿灯取下时，灯位光电传感器的光路导通，灯位光电传感器给灯层控制器发送
下架灯位信号。
矿灯灯位锁包括：外壳，外壳包括上盖和底盒，底盒上设有条形孔，底盒
内设有隔板，隔板的一侧设有电磁铁，隔板的另一侧设有锁盘，隔板上设有出
芯孔，锁盘上设有锁孔和检测孔，锁盘套在转轴上，转轴上套装有复位弹簧，
便于锁盘复位。锁盘的两侧设有加锁光电传感器，锁盘上连接有锁舌，锁舌位
于条形孔内，使锁舌随动与锁盘上下运动，以完成开锁和闭锁的动作。加锁光
电传感器为透射式红外光电传感器。加锁时电磁铁的铁芯穿过隔板上开的出芯
孔，插入锁盘上的锁孔中，使在矿灯充电架上安装的矿灯灯位锁的锁舌挡在需
要充电的矿灯前将矿灯锁住。开锁时铁芯收回锁盘带动锁舌转动打开锁，可将
矿灯取下使用，且锁盘阻挡住铁芯，在电磁铁断电后铁芯仍无法复位，使矿灯
灯位锁始终处于打开状态，直至下一次人工加锁时止。当检测孔位于透射式光
电传感器间，透射式光电传感器发出的光线能穿过检测孔时，透射式光电传感
器向灯层控制器传送开锁状态信号。当检测孔没有处在透射式光电传感器间，
透射式光电传感器发出的光线不能穿过锁盘时，透射式光电传感器向灯层控制
器传送闭锁状态信号。电磁铁的铁芯上连接挡片，挡片的前方设有拨叉，拨叉
连接拨叉转轴，拨叉的顶端设有钥匙槽。当电子装置失灵或停电时，用工具钥
匙放入拨叉顶端的钥匙槽内转动转轴，转轴带动拨叉将电磁铁的铁芯压入电磁
铁的收纳腔内，使铁芯与锁盘脱离接触以便开锁取下矿灯。
管理服务器与灯层控制器之间采用主从式通信控制，由管理服务器控制通
信同步，管理服务器主动向灯层控制器发送命令，管理服务器每间隔30秒主动
根据事先设定的地址依次向灯层控制器发送命令，管理服务器在发送命令时，
每发送1条命令后等待0.05秒，再发送下一条命令，以便接受由灯层控制器传
回的状态信息，管理服务器每次获得灯位状态信息和开闭锁状态为充电架上所
有灯位的灯位状态信息和开闭锁状态，该种通讯方式大大调高了灯层控制器端
的判断步骤的执行效率，加快了灯层控制器的信息处理速度，管理服务器运行
包括如下命令的灯位锁自控服务器端软件：
(1)状态查询命令处理步骤：每间隔30秒管理服务器与灯层控制器建立
通信连接，向灯层控制器发送查询操作命令，并接受灯层控制器发回的灯位状
态信息和开闭锁状态信息；
(2)开锁命令处理步骤：将事先获得的原人员身份信息和灯位信息，与由
考勤机获得后发送给管理服务器的当前人员身份信息比对，如果当前人员身份
信息与原人员身份信息匹配，则向对应灯位的灯层控制器发送对该锁的开锁操
作命令和灯位信息，如果当前人员身份信息与原人员身份信息不匹配，则发出
错误信息，事先获得的原人员身份信息和灯位信息记录由矿灯管理人员事先记
录在管理服务器的数据库内；
(3)上架状态感知命令处理步骤：通过上述的状态查询命令，在矿灯上架
后将当前灯位状态信息发送回管理服务器刷新原有数据；
(4)加锁状态感知命令处理步骤：通过上述的状态查询命令，在矿灯灯位
锁加锁或开锁后将开闭锁状态信息，发送回管理服务器刷新原开闭锁状态信息。
灯层控制器包括：中央处理器，中央处理器采用STC89C52RC芯片。中央处
理器连接接口电路，接口电路通过线缆连接管理服务器的外设接口，将灯层控
制器和管理服务器建立物理连接，接口电路采用现有技术的RS-232通信模块。2
个灯层控制器通过RS-232接口连接管理服务器，管理服务器通过事先设定的地
址来访问各个灯层控制器。中央处理器连接电磁铁多路开关、矿灯上架多路开关
和矿灯加锁多路开关，电磁铁多路开关、矿灯上架多路开关和矿灯加锁多路开
关共用4块8255芯片，中央处理器接锁存器74HC373，锁存器74HC373连接
电磁铁多路开关，电磁铁多路开关分别连接放大达林顿管ULN2003，放大达林
顿管分别连接到每个矿灯灯位锁的电磁铁上，从而控制电磁铁，使电磁铁根据
中央处理器的信号控制铁芯的伸出和缩回，从而控制矿灯灯位锁的开启和闭合。
中央处理器连接矿灯上架多路开关和矿灯加锁多路开关，矿灯上架多路开关分
别连接位于充电架上每个灯位上设置的矿灯上架光电传感器，矿灯加锁多路开
关分别连接每个位于矿灯灯位锁上的加锁光电传感器，灯位锁光电传感器均为
投射式光电传感器，其位于锁盘的两侧，锁盘上开有检测孔。当中央处理器执
行查询命令，检测灯位锁光电传感器的红外光是否透过检测孔后，灯位锁光电
传感器向中央处理器发出信号，将中央处理器内的灯位状态字段赋值，灯位光
电传感器放置在灯架上，当矿灯在灯架上充电时红外光不能透射使灯位光电传
感器向中央处理器发出开闭锁状态信号，将中央处理器内存储器中的灯位状态
信息字段赋值，中央处理器内固化包括如下命令的灯位锁自控客户端软件：
每次进入系统时，系统进行初始化，包括内部状态变量的初始化，通信状
态的初始化，命令队列的初始化；
灯层控制器的状态查询命令处理步骤如下：
(a)判断由管理服务器传送的命令类型是否是查询操作命令，如果是查询
操作命令，立即根据通过矿灯上架光电传感器和加锁光电传感器获得当前所有
的灯位状态信息和开闭锁状态信息，记录所有的灯位状态信息和开闭锁状态信
息，并将所有的灯位状态信息和开闭锁状态信发送给管理服务器，且该条命令
不放入到灯层控制器的命令队列中，如果是其他命令类型，则把该条操作命令
存放到命令队列中，同时把当前记录的所有灯位状态信息和开闭锁状态信息发
送回管理服务器；
(b)每间隔0.1秒，查看命令队列是否有操作命令，如果命令队列中有操作
命令则依次取出操作命令进行处理，处理后查询所有灯位的当前灯位状态信息
和开闭锁状态信息，如果命令队列中没有命令，则查询所有灯位的当前灯位状
态信息和开闭锁状态信息；
灯层控制器的开锁命令处理步骤如下：根据管理服务器发送的开锁操作命
令和灯位信息，向与灯位信息对应的电磁铁多路开关发送开指定锁的信号，电
磁铁多路开关接通与灯位信息对应的灯位锁的电磁铁工作电路，从而打开灯位
锁，中央处理器延时0.6秒向前述的电磁铁多路开关，发送关闭前述指定锁的信
号，断开该灯位锁的电磁铁工作电路。
本发明的第五种实施方式包括：矿灯灯位锁，与矿灯灯位锁连接的灯层控
制器，灯层控制器连接管理服务器，灯层控制器连接位于矿灯充电架上的灯位
光电传感器，灯层控制器上运行灯位锁自控客户端软件，管理服务器上运行灯
位锁自控服务器端软件。本实施方式中管理服务器只连接1个灯层控制器，1灯
层控制器连接1个矿灯灯位锁，每个矿灯灯位锁对应一个灯位光电传感器。管
理服务器采用现有技术的PC机。灯位光电传感器为现有技术的透射式红外光电
传感器，其安装在矿灯充电架上，一端在充电架背板上，另一端位于充电架外。
当矿灯充电时，矿灯电池位于灯位光电传感器之间，阻断了灯位光电传感器的
光路，灯位光电传感器给灯层控制器发送上架灯位信号。当矿灯取下时，灯位
光电传感器的光路导通，灯位光电传感器给灯层控制器发送下架灯位信号。
如图1、图2以及图3所示，矿灯灯位锁包括：外壳，外壳包括上盖1和底
盒2，底盒上设有条形孔3，底盒内设有隔板4，隔板的一侧设有电磁铁5，
隔板的另一侧设有锁盘6，隔板上设有出芯孔，锁盘上设有锁孔7和检测孔8，
锁盘套在转轴9上，转轴上套装有复位弹簧，便于锁盘复位。锁盘的两侧设有
加锁光电传感器10，锁盘上连接有锁舌11，锁舌位于条形孔内，使锁舌随动与
锁盘上下运动，以完成开锁和闭锁的动作。加锁光电传感器为透射式红外光电
传感器。加锁时电磁铁的铁芯穿过隔板上开的出芯孔，插入锁盘上的锁孔中，
使在矿灯充电架上安装的矿灯灯位锁的锁舌挡在需要充电的矿灯前将矿灯锁
住。开锁时铁芯收回锁盘带动锁舌转动打开锁，可将矿灯取下使用，且锁盘阻
挡住铁芯，在电磁铁断电后铁芯仍无法复位，使矿灯灯位锁始终处于打开状态，
直至下一次人工加锁时止。当检测孔位于透射式光电传感器之间，透射式光电
传感器发出的光线能穿过检测孔时，透射式光电传感器向灯层控制器传送开锁
状态信号。当检测孔没有处在透射式光电传感器之间，透射式光电传感器发出
的光线不能穿过锁盘时，透射式光电传感器向灯层控制器传送闭锁状态信号。
管理服务器与灯层控制器之间采用主从式通信控制，由管理服务器控制通
信同步，管理服务器主动向灯层控制器发送命令，每发送1个命令后等待0.05
秒，再发送下一个命令，以便接受由灯层控制器传回的灯位状态信息和开闭锁
状态，管理服务器每次获得灯位状态信息和开闭锁状态为充电架上所有灯位的
灯位状态信息和开闭锁状态，该种通讯方式大大调高了灯层控制器端的判断步
骤的执行效率，加快了灯层控制器的信息处理速度，管理服务器运行包括如下
命令的灯位锁自控服务器端软件：
(1)状态查询命令处理步骤：每间隔1秒管理服务器与灯层控制器建立通
信连接，向灯层控制器发送查询操作命令，并接受灯层控制器发回的灯位状态
信息和开闭锁状态信息；
(2)开锁命令处理步骤：将事先获得的原人员身份信息和灯位信息，与当
前人员身份信息比对，如果当前人员身份信息与原人员身份信息匹配，则向对
应灯位的灯层控制器发送对该锁的开锁操作命令和灯位信息，如果当前人员身
份信息与原人员身份信息不匹配，则发出错误信息，事先获得的原人员身份信
息和灯位信息记录由矿灯管理人员事先记录在管理服务器的数据库内，当前人
员身份信息通过矿灯管理人员根据灯牌通过键盘手工输入电子计算机；
(3)上架状态感知命令处理步骤：通过上述的状态查询命令，在矿灯上架
后将当前灯位状态信息发送回管理服务器刷新原有数据；
(4)加锁状态感知命令处理步骤：通过上述的状态查询命令，在矿灯灯位
锁加锁或开锁后将开闭锁状态信息，发送回管理服务器刷新原开闭锁状态信息；
灯层控制器包括：中央处理器，中央处理器采用STC89C52RC芯片。中央处
理器连接接口电路，接口电路通过线缆连接管理服务器的外设接口，将灯层控
制器和管理服务器建立物理连接，接口电路采用现有技术的RS-485通信模块。
中央处理器连接电磁铁多路开关、矿灯上架多路开关和矿灯加锁多路开关，电
磁铁多路开关、矿灯上架多路开关和矿灯加锁多路开关共用4块8255芯片，中
央处理器接锁存器74HC373，锁存器74HC373连接电磁铁多路开关，电磁铁多
路开关分别连接放大达林顿管ULN2003，放大达林顿管分别连接到每个矿灯灯
位锁的电磁铁上，从而控制电磁铁，使电磁铁根据中央处理器的信号控制铁芯
的伸出和缩回，从而控制矿灯灯位锁的开启和闭合。中央处理器连接矿灯上架
多路开关和矿灯加锁多路开关，矿灯上架多路开关分别连接位于充电架上每个
灯位上设置的矿灯上架光电传感器，矿灯加锁多路开关分别连接每个位于矿灯
灯位锁上的加锁光电传感器，灯位锁光电传感器均为投射式光电传感器，其位
于锁盘的两侧，锁盘上开有检测孔。当中央处理器执行查询命令，检测灯位锁
光电传感器的红外光是否透过检测孔后，灯位锁光电传感器向中央处理器发出
信号，将中央处理器内的灯位状态字段赋值，灯位光电传感器放置在灯架上，
当矿灯在灯架上充电时红外光不能透射使灯位光电传感器向中央处理器发出开
闭锁状态信号，将中央处理器内存储器中的灯位状态信息字段赋值，中央处理
器内固化包括如下命令的灯位锁自控客户端软件：
每次进入系统时，系统进行初始化，包括内部状态变量的初始化，通信状
态的初始化，命令队列的初始化；
灯层控制器的状态查询命令处理步骤如下：
(b)判断由管理服务器传送的命令类型是否是查询操作命令，如果是查询
操作命令，立即根据通过矿灯上架光电传感器和加锁光电传感器获得当前所有
的灯位状态信息和开闭锁状态信息，记录所有的灯位状态信息和开闭锁状态信
息，并将所有的灯位状态信息和开闭锁状态信发送给管理服务器，且该条命令
不放入到灯层控制器的命令队列中，如果是其他命令类型，则把该条操作命令
存放到命令队列中，同时把当前记录的所有灯位状态信息和开闭锁状态信息发
送回管理服务器；
(b)每间隔0.1秒，查看命令队列是否有操作命令，如果命令队列中有操作
命令则依次取出操作命令进行处理，处理后查询所有灯位的当前灯位状态信息
和开闭锁状态信息，如果命令队列中没有命令，则查询所有灯位的当前灯位状
态信息和开闭锁状态信息；
灯层控制器的开锁命令处理步骤如下：根据管理服务器发送的开锁操作命
令和灯位信息，向与灯位信息对应的电磁铁多路开关发送开指定锁的信号，电
磁铁多路开关接通与灯位信息对应的灯位锁的电磁铁工作电路，从而打开灯位
锁，中央处理器延时0.1秒向前述的电磁铁多路开关，发送关闭前述指定锁的信
号，断开该灯位锁的电磁铁工作电路。
根据实际管理矿灯数量的要求，增加灯层控制器的数量，可以连接5个或6
个及6以上个的灯层控制器。每个灯层控制器可根据需要，连接32个、64个或
1个以上的矿灯灯位锁。
本发明在使用时，对应每一个矿灯充电灯位安装一个矿灯灯位锁，每一个
矿灯灯位锁通过线缆连接到灯层控制器上，灯层控制器在通过线缆连接到管理
服务器计算机上。灯层控制器在根据管理服务器的命令，进行本地操作，并在
一定的时间间隔内，将所有的灯位信息和加锁信息反馈会管理服务器。下井考
勤：利用矿灯与矿工的唯一对应性，通过检测矿灯在位状态辅助判断矿工是否
下井，刷卡未取灯检查：刷卡后系统自动打开矿灯锁，工作人员把开锁的矿灯
取到发灯位置，下井时间段过后，查看发灯位置存留的矿灯，即可找出刷卡未
取灯人员。升井考勤：升井后，所有矿灯放置到对应的灯位充电(上架)；检测
灯位的上架状态，辅助判断矿工是否升井。进行上架检测：通过上架光电传感
器获得状态信号，并将上述状态信息通过灯层控制器反馈给管理服务器；上锁
检测：通过上加锁光电传感器获得状态信号，并将上述状态信息通过灯层控制
器反馈给管理服务器。