專利名稱：一種礦井用無線通信系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及無線通信領(lǐng)域，尤其涉及一種適用于煤礦等行業(yè)的礦井用無線通信系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在煤礦等行業(yè)中，礦工通常在地下幾百米甚至上千米的條件下進(jìn)行作業(yè)，因此需要在地面指揮中心與井下的礦工之間建立有效的通信手段，使地面指揮中心可將各種信息即時發(fā)布給井下的礦工，特別是在發(fā)生瓦斯爆炸、礦道明塌等重大事故時，應(yīng)迅速向井下發(fā)布相應(yīng)的緊急信息，并組織、指揮井下的礦工安全、迅速地撤出危險位置。煤礦行業(yè)的安全生產(chǎn)問題是非常重要的，并且一直受到各國政府的廣泛關(guān)注。2002年I月至5月份，我國煤礦企業(yè)共發(fā)生死亡事故1331起，死亡人數(shù)達(dá)2341人。通過建 立有效的礦井用無線通信系統(tǒng)，是降低事故發(fā)生率、減少死亡人數(shù)等事故損失的重要措施之一，所以美國、加拿大、澳大利亞等國家都先后建成了自己的礦井用無線通信系統(tǒng)與急救系統(tǒng)。這些高科技的手段極大地促進(jìn)了井下生產(chǎn)效率和安全水平的提高。例如，2002年7月24日，美國賓西法尼亞州煤礦礦道明塌，正是借助于礦井用無線通信系統(tǒng)的緊急信息發(fā)布功能，才使礦工得以迅速撤離?，F(xiàn)有的礦井無線通信設(shè)備中，以美國安菲斯公司的PED系統(tǒng)最為先進(jìn)，例如我國的大同礦務(wù)局、鄭州礦務(wù)局的一些礦井中，都安裝了 PED系統(tǒng)。由于現(xiàn)有的礦井無線通信設(shè)備存在以下缺點，所以未能大量地推廣應(yīng)用(I)現(xiàn)有的礦井用無線通信系統(tǒng)通常采用單一載波來發(fā)射信號，例如采用5千赫茲(KHz)或SKHz的單一載波，抗干擾能力不強，實施的技術(shù)難度較大，所需元器件多，導(dǎo)致其成本居高不下。傳統(tǒng)的長波設(shè)備由發(fā)信機(jī)、天線、電源、終端設(shè)備和冷卻、控制、保護(hù)與鑒測等輔助設(shè)備組成，而發(fā)信機(jī)、天線、電源、終端設(shè)備和冷卻、控制、保護(hù)與監(jiān)測等輔助設(shè)備是采用傳統(tǒng)的分立元件制作，設(shè)備非常龐大且復(fù)雜。而且現(xiàn)有的5千赫茲(KHz)或8KHz)，采用傳統(tǒng)的調(diào)制模式，抗干擾能力比較弱。(2)整個系統(tǒng)的信息編輯、發(fā)射信號調(diào)制以及大功率發(fā)射機(jī)之間獨立運行,對環(huán)形天線的故障不能即時反饋和處理。(3)操作界面單一，對需要發(fā)射的消息只能進(jìn)行簡單的排隊處理，不能作進(jìn)一步的功能擴(kuò)展。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種高性能、低成本的礦井用無線通信系統(tǒng)，以提高礦山企業(yè)的事故預(yù)警和事故救援能力，減少人員傷亡和財產(chǎn)損失。為實現(xiàn)上述目的，所述礦井用無線通信系統(tǒng)，包括發(fā)射裝置以及與該發(fā)射裝置相匹配的至少一個接收裝置，所述發(fā)射裝置包括用于發(fā)射信號的調(diào)制器和大功率發(fā)射機(jī)，所述調(diào)制器將需要發(fā)出的信號調(diào)制為預(yù)定頻率的信號，并輸出到大功率發(fā)射機(jī)中進(jìn)行發(fā)送，其特點是，所述發(fā)射裝置中還包括計算機(jī)和無線尋呼系統(tǒng)編碼制式編碼器，所述計算機(jī)用于編輯處理需要發(fā)出的信息并輸出到所述編碼器，所述編碼器將所述信息處理為二進(jìn)制數(shù)字信號并輸出到所述調(diào)制器；所述調(diào)制器為連續(xù)相位頻移鍵控式調(diào)制器，該調(diào)制器將二進(jìn)制數(shù)的‘0’調(diào)制為第一頻率信號，‘I’調(diào)制為第二頻率信號，再輸出到所述大功率發(fā)射機(jī)進(jìn)行發(fā)射。優(yōu)選的是，所述大功率發(fā)射機(jī)包括用于對所述調(diào)制器輸出的信號進(jìn)行放大的多級放大器，以及與所述多級放大器連接的環(huán)形天線；所述大功率發(fā)射機(jī)還包括天線保護(hù)電路和電源單元。優(yōu)選的是，所述接收裝置包括順次連接的接收電路、連續(xù)相位頻移鍵控式解調(diào)器和無線尋呼系統(tǒng)編碼制式解碼器，所述接收裝置還包括微處理器、顯示器和來電提示器；所述微處理器控制所述解調(diào)器和解碼器的工作，并向所述提示器輸出相應(yīng)的驅(qū)動信號，同時向所述顯示器輸出相應(yīng)的顯示信號。優(yōu)選的是，所述發(fā)射裝置中還包括與所述編碼器通訊連接的緊急信息單元，所述 緊急信息單元中存儲有至少一條緊急信息，并配有與各條緊急信息相對應(yīng)的緊急按鈕，按下某一緊急按鈕，所述緊急信息單元將相對應(yīng)的緊急信息傳輸至所述編碼器中。優(yōu)選的是，所述天線保護(hù)電路包括用于檢測所述環(huán)形天線故障情況的檢測單元、根據(jù)所述檢測單元的輸出信號對所述電源單元進(jìn)行控制的電源控制單元、以及根據(jù)所述檢測單元的輸出信號進(jìn)行故障分析的故障邏輯分析單元；所述故障邏輯分析單元的輸出信號傳送到所述計算機(jī)進(jìn)行顯示和記錄。優(yōu)選的是，所述大功率發(fā)射機(jī)中的多級放大器包括順次連接的信號隔離電路、驅(qū)動放大器以及絕緣柵雙極型晶體三極管，所述信號隔離電路與所述調(diào)制器的輸出端通訊連接，以接收其輸出的頻率信號所述絕緣柵雙極型晶體三極管的輸出端連接到所述環(huán)形天線。優(yōu)選的是，所述顯示器為液晶顯示器，所述提示器為發(fā)光燈、振動器及蜂鳴器中的一種或多種。優(yōu)選的是，所述第一頻率和第二頻率在7 50千赫茲之間。優(yōu)選的是,所述第一頻率為10千赫茲,所述第二頻率為13千赫茲。本實用新型的有益效果在于，所述礦井用無線通信系統(tǒng)采用雙頻工作載波模式來發(fā)射信息，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，使電波穿透巖石的能力增強，傳輸距離增大，同時所需元器件數(shù)量減少，成本大大降低；整個系統(tǒng)的信息編輯、發(fā)射信號調(diào)制以及大功率發(fā)射機(jī)之間相互協(xié)作，可自動反饋和處理各種故障信息；操作界面更人性化，可進(jìn)行復(fù)雜的消息排隊以及其它功能擴(kuò)展；將這種礦井用無線通信系統(tǒng)推廣應(yīng)用后，可提高礦山企業(yè)的事故預(yù)警和事故救援能力，減少人員傷亡和財產(chǎn)損失。

圖I示出了本實用新型所述的礦井用無線通信系統(tǒng)的原理方框圖。圖2示出了圖I中所示的編碼器與調(diào)制器集成在一起的原理圖。圖3示出了圖I中所示的大功率發(fā)射機(jī)的原理圖。圖4示出了圖I中所示的接收裝置的原理圖。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本實用新型做進(jìn)一步詳細(xì)的說明圖I示出了本實用新型所述的礦井用無線通信系統(tǒng)的原理方框圖，如圖I所示，虛線框內(nèi)是發(fā)射裝置10，右下部是與所述發(fā)射裝置10相配合三個便攜式接收裝置20。具體地，在所述發(fā)射裝置10中，先由計算機(jī)11編輯處理需要發(fā)出的信息并輸出到無線尋呼系統(tǒng)編碼制式編碼器12，再由編碼器12將該信息處理為預(yù)定制式的二進(jìn)制編碼信號并輸出到發(fā)射用信號調(diào)制器13，該調(diào)制器13將二進(jìn)制數(shù)的‘0’調(diào)制為第一頻率信號，‘I’調(diào)制為第二頻率信號，再輸出到大功率發(fā)射機(jī)14，由其環(huán)形天線16發(fā)射出去。具體實施時，所述大功率發(fā)射機(jī)14安裝在礦井口，環(huán)形天線16安裝在礦井內(nèi)，而計算機(jī)11、編碼器12和調(diào)制器13則根據(jù)煤礦的實際情況來布置，通常是安裝在附近或幾公里之外的指揮中心，所以調(diào)制器13與大功率發(fā)射機(jī)14之間需要用電纜連接以傳遞調(diào)制后 的信號。本實用新型的一個主要特征是采用雙載波來發(fā)射信號，其中的調(diào)制器13為CPFSK (Continuous-Phase Frequency Shift Keying,連續(xù)相位頻移鍵控)調(diào)制器 13,其工作頻率在7 50KHz之間，例如可采用以下幾組固定的頻率1)10. 25KHZ+11. 346KHz ；2) 14.448KHz + 16.9IKHz ；3) 21.673KHz + 23.865KHz ；4) 34.988KHz + 38.732KHz ；5) 43. 25KHz+47. 346KHz ；6) 53. 561KHz+58. 236KHz ；7) 60. 925KHz+67. 134KHz ;并可以通過軟件任意改變以上雙載波頻率組。在本實施例中，將二進(jìn)制數(shù)的‘0’調(diào)制為IOKHz頻率信號，‘I’調(diào)制為13KHz頻率信號。也就是說，即用IOKHz信號表示‘0’，而用13KHz信號表示‘I’。采用這種雙頻工作載波模式后，可大大提高系統(tǒng)的抗干擾能力，使電波穿透巖石的能力增強，傳輸距離增大，例如發(fā)送一個2毫秒(本實用新型中其數(shù)據(jù)速率為512BPS，即大約O. 5KHz)的低電平‘0’，或發(fā)一個2毫秒(同樣，其數(shù)據(jù)速率為512BPS，即大約O. 5KHz)的高電平 ‘I’ 時，載波將工作在 IOKHz 或 13KHz,因為 13ΚΗζ/0· 5ΚΗζ=26,10ΚΗζ/0. 5KHz=20。相應(yīng)地，將發(fā)出20個100微秒或26個76微秒的方脈沖。而當(dāng)接收與發(fā)送之間建立同步后，接收裝置20在某一段同步的時間內(nèi)，只需要監(jiān)測到3個以上100微秒的脈沖或76微秒的脈沖，就可判斷是‘0’或是‘I’，所以具有極強的糾錯能力。另一方面，本實施例中采用高度集成的高速DSP (數(shù)字信號處理器)芯片組，可大大減少所需元器件數(shù)量，從而使成本大大降低。圖2示出了圖I中所示的編碼器12與調(diào)制器13集成在一起的原理圖，如圖2所示，整個虛線框內(nèi)的各功能模塊可采用一個高性能DSP來實現(xiàn)。整個DSP通過RS232接口與計算機(jī)11連接。在DSP內(nèi)，先采用POCSAG (無線尋呼系統(tǒng)編碼)編碼器12進(jìn)行編碼，將計算機(jī)11所送來的信息處理為預(yù)定格式(POCSAG)的二進(jìn)制碼；再送到調(diào)制器13進(jìn)行發(fā)射調(diào)制，將‘0’調(diào)制為IOKHz信號，‘I’調(diào)制為13KHz信號；調(diào)制好的信號經(jīng)緩沖放大單元處理后，再通過電纜傳送到大功率發(fā)射機(jī)14進(jìn)行發(fā)射。POCSAG編碼方式具有較低傳輸速率，以及極強的信號糾錯、修復(fù)功能。由于無線信號在傳輸過程中，難免會受到種種干擾和阻擋，造成信號殘缺、誤碼，因此編碼的糾錯、修復(fù)功能對于遙控器的可靠性有著決定性的作用。有了 POCSAG碼的自動糾錯功能，無線信號即使惡劣的信號的環(huán)境下，也能可靠地接收訊息，可靠性極高，同時其技術(shù)實現(xiàn)也較成熟。[0028]從圖2中可以看出，所述發(fā)射裝置10中還設(shè)有一個緊急信息單元，該緊急信息單元中可存儲三條(或更多條)緊急信息，三條緊急信息配有一一對應(yīng)的三個緊急按鈕，按下某一緊急按鈕則直接向編碼器12輸出相應(yīng)的緊急信息，然后經(jīng)編碼、調(diào)制后由大功率發(fā)射機(jī)14發(fā)射出去。當(dāng)有緊急情況發(fā)生，或計算機(jī)11發(fā)生故障時，按下緊急按鈕，即可不依靠計算機(jī)11而直接發(fā)出緊急指令。通過采用高度集成的嵌入式DSP，可獨立、自動地進(jìn)行信號的傳輸，又能兼顧處理系統(tǒng)前段所反饋的控制信號，并全面反映在操作界面上。該DSP還可用于完成消息排隊功能，另外，通過采用適當(dāng)?shù)臒o線空中接口協(xié)議，無須任何外加設(shè)備，就可以通過圖2中的緩沖放大單元向接收裝置20直接發(fā)送信息，以修改接收裝置20的各種參數(shù)。圖3示出了圖I中所示的發(fā)射裝置10的原理圖,如圖3所示，所述大功率發(fā)射機(jī)14包括多級放大器、電源單元、環(huán)形天線16以及天線保護(hù)電路等。其中，所述多級放大器包括順次連接的信號隔離電路、驅(qū)動放大器和IGBT (絕緣柵雙極型晶體三極管)。其中信號隔離電路可與圖2中的緩沖放大單元連接，以接收調(diào)制器13輸出的頻率信號，IGBT的輸出端則連接到環(huán)形天線16?！膱D3中可以看出，其中的天線保護(hù)電路中包括對環(huán)形天線16的過流、開路、漏電等故障情況進(jìn)行檢測的多個檢測單元15、根據(jù)各個檢測單元15的輸出信號對電源單元進(jìn)行控制的電源控制單元、以及根據(jù)各個檢測單元15的輸出信號進(jìn)行故障分析的故障邏輯分析單元(未在圖中畫出)；故障邏輯分析單元的輸出信號可經(jīng)圖2中所示的集成調(diào)制解調(diào)器模塊傳送到計算機(jī)11進(jìn)行顯示和記錄。從圖3中還可以看出，整個大功率發(fā)射機(jī)14由市電交流供電，電源內(nèi)設(shè)有抗干擾、全橋整流、工頻濾波、等電路。圖4示出了圖I中所示的接收裝置20的原理圖，如圖4所示，所述接收裝置20包括順次連接的接收電路、連續(xù)相位頻移鍵控式解調(diào)器和無線尋呼系統(tǒng)編碼制式解碼器，其中接收電路由前置放大器、帶通濾波器和限幅放大器組成接收裝置20中還包括微處理器(AR50200TP)、液晶顯示器(IXD)和裝在礦工安全帽上的提示燈(即帽燈)。其中微處理器控制解調(diào)器和解碼器的工作，并向提示燈的繼電器輸出相應(yīng)的驅(qū)動信號，使其閃爍以產(chǎn)生來電提示效果，同時向液晶顯示器輸出相應(yīng)的顯示信號。除上述提示燈之外，還可用振動器或蜂鳴器增加來電提示效果。從圖中可以看出，整個接收裝置20的電源取自礦工安全帽上的提示燈電池。利用本實用新型所述的礦井用無線通信系統(tǒng)，當(dāng)在計算機(jī)11上編輯好需要發(fā)射信息后，通過RS232串行電纜將這些信息從計算機(jī)11傳輸?shù)綀D2所示的集成模塊上；由該模塊先對這些信息進(jìn)行P0CSAG(無線尋呼系統(tǒng)編碼〉編碼，再由2CPFSK調(diào)制器13將‘0’，‘I’分別調(diào)制到兩個超長波，再經(jīng)緩沖放大單元放大后，再通過雙絞線送到超長波大功率發(fā)射機(jī)14上；所述大功率發(fā)射機(jī)14將信號放大至I千瓦左右送到環(huán)型天線，由環(huán)形天線16的電磁輻射傳送至各無線接收裝置20，所述接收裝置20收到信息時，礦工的提示燈會閃爍，蜂鳴器發(fā)出鳴叫，同時接收裝置20的顯示器將顯示出指揮中心所發(fā)出的指令信息。當(dāng)系統(tǒng)運作時，跨接在環(huán)形天線16上的天線保護(hù)電路實時監(jiān)控環(huán)形天線16的工作狀態(tài)當(dāng)環(huán)形天線16出現(xiàn)短路、漏電、斷裂等情況時，這些信息會被天線故障檢測單元15所捕獲，經(jīng)故障邏輯分析單元分析后，相應(yīng)的指示燈會發(fā)出提示；同時迅速切斷環(huán)形天線16的電源并把這些信息經(jīng)調(diào)制器13模塊送至計算機(jī)11進(jìn)行記錄和顯示。綜上所述僅為本實用新型較佳的實施例，并非用來限定本實用新型的實施范圍。 即凡依本實用新型申請專利范圍的內(nèi)容所作的等效變化及修飾，皆應(yīng)屬于本實用新型的技術(shù)范疇。
權(quán)利要求1.一種礦井用無線通信系統(tǒng)，包括發(fā)射裝置以及與該發(fā)射裝置相匹配的至少一個接收裝置，所述發(fā)射裝置包括用于發(fā)射信號的調(diào)制器和大功率發(fā)射機(jī)，所述調(diào)制器將需要發(fā)出的信號調(diào)制為預(yù)定頻率的信號，并輸出到大功率發(fā)射機(jī)中進(jìn)行發(fā)送，其特征在于所述發(fā)射裝置中還包括計算機(jī)和無線尋呼系統(tǒng)編碼制式編碼器，所述計算機(jī)用于編輯處理需要發(fā)出的信息并輸出到所述編碼器，所述編碼器將所述信息處理為二進(jìn)制數(shù)字信號并輸出到所述調(diào)制器；所述調(diào)制器為連續(xù)相位頻移鍵控式調(diào)制器，該調(diào)制器將二進(jìn)制數(shù)的‘0’調(diào)制為第一頻率信號，‘I’調(diào)制為第二頻率信號，再輸出到所述大功率發(fā)射機(jī)進(jìn)行發(fā)射。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的礦井用無線通信系統(tǒng)，其特征在于所述大功率發(fā)射機(jī)包括用于對所述調(diào)制器輸出的信號進(jìn)行放大的多級放大器，以及與所述多級放大器連接的環(huán)形天線；所述大功率發(fā)射機(jī)還包括天線保護(hù)電路和電源單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的礦井用無線通信系統(tǒng)，其特征在于所述接收裝置包括順次連接的接收電路、連續(xù)相位頻移鍵控式解調(diào)器和無線尋呼系統(tǒng)編碼制式解碼器，所述接收裝置還包括微處理器、顯示器和來電提示器；所述微處理器控制所述解調(diào)器和解碼器的工作，并向所述提示器輸出相應(yīng)的驅(qū)動信號，同時向所述顯示器輸出相應(yīng)的顯示信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的礦井用無線通信系統(tǒng)，其特征在于所述發(fā)射裝置中還包括與所述編碼器通訊連接的緊急信息單元，所述緊急信息單元中存儲有至少一條緊急信息，并配有與各條緊急信息相對應(yīng)的緊急按鈕，按下某一緊急按鈕，所述緊急信息單元將相對應(yīng)的緊急信息傳輸至所述編碼器中。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的礦井用無線通信系統(tǒng)，其特征在于所述天線保護(hù)電路包括用于檢測所述環(huán)形天線故障情況的檢測單元、根據(jù)所述檢測單元的輸出信號對所述電源單元進(jìn)行控制的電源控制單元、以及根據(jù)所述檢測單元的輸出信號進(jìn)行故障分析的故障邏輯分析單元；所述故障邏輯分析單元的輸出信號傳送到所述計算機(jī)進(jìn)行顯示和記錄。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的礦井用無線通信系統(tǒng)，其特征在于所述大功率發(fā)射機(jī)中的多級放大器包括順次連接的信號隔離電路、驅(qū)動放大器以及絕緣柵雙極型晶體三極管，所述信號隔離電路與所述調(diào)制器的輸出端通訊連接，以接收其輸出的頻率信號所述絕緣柵雙極型晶體三極管的輸出端連接到所述環(huán)形天線。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的礦井用無線通信系統(tǒng)，其特征在于所述顯示器為液晶顯示器，所述提示器為發(fā)光燈、振動器及蜂鳴器中的一種或多種。
8.根據(jù)權(quán)利要求I至7中任意一項所述的礦井用無線通信系統(tǒng)，其特征在于所述第一頻率和第二頻率在7 50千赫茲之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的礦井用無線通信系統(tǒng)，其特征在于所述第一頻率為10千赫茲，所述弟·~ 頻率為13千赫茲。
專利摘要本實用新型公開了一種礦井用無線通信系統(tǒng)，包括發(fā)射裝置及一個或多個便攜式接收裝置:發(fā)射裝置中包括連續(xù)相位頻移鍵控式調(diào)制器和大功率發(fā)射機(jī)，還包括計算機(jī)和無線尋呼系統(tǒng)編碼制式編碼器計算機(jī)編輯處理需要發(fā)出的信息并輸出到編碼器，由編碼器將其處理為二進(jìn)制數(shù)字信號并輸出到調(diào)制器；然后由調(diào)制器將二進(jìn)制數(shù)的‘0’調(diào)制為第一頻率信號，‘1’調(diào)制為第二頻率信號，再輸出到大功率發(fā)射機(jī)進(jìn)行發(fā)射。大功率發(fā)射機(jī)中包括多級放大器、環(huán)形天線等:接收裝置中包括順次連接的接收電路、連續(xù)相位頻移鍵控式解調(diào)器和無線尋呼系統(tǒng)編碼制式解碼器，還包括微處理器、顯示器和來電提示器。本專利采用雙頻工作載波模式來發(fā)射信息，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。
文檔編號E21F17/18GK202696584SQ20122037051
公開日2013年1月23日 申請日期2012年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月30日
發(fā)明者高銘, 楊文義, 江俊蒴 申請人:深圳市明生通訊科技有限公司