一種超低頻礦井無(wú)線應(yīng)急通信裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬超低頻信號(hào)通信領(lǐng)域，涉及一種無(wú)線通信裝置，具體是一種應(yīng)用于礦井的超低頻礦井無(wú)線應(yīng)急通信裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]礦難事件發(fā)生時(shí)，井上人員應(yīng)該以最快速度與井下人員取得聯(lián)絡(luò)，準(zhǔn)確了解被困人員的狀況和位置來(lái)進(jìn)行救援部署工作。而我國(guó)礦井通信目前存在以下問(wèn)題:缺乏可靠的，覆蓋面寬的移動(dòng)通信系統(tǒng)；通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化，綜合程度不夠；以及設(shè)備抗災(zāi)難事故能力差，有線通信線路極易損壞，造成通信中斷。因此國(guó)內(nèi)急需能夠穿透巖體應(yīng)用于礦井的無(wú)線通信系統(tǒng)。
[0003]進(jìn)而，以大地為信道的井下無(wú)線應(yīng)急通信系統(tǒng)在此方面有廣闊的應(yīng)用，它可以在其他系統(tǒng)損壞時(shí)保證通訊暢通，相關(guān)人員可在極短的時(shí)間內(nèi)采取應(yīng)急措施，最大程度減少傷亡，同時(shí)系統(tǒng)可以和井下任何人員進(jìn)行通訊，方便了生產(chǎn)調(diào)度和人員部署，從而生產(chǎn)效率得到了極大地提高。
[0004]同時(shí)，目前市場(chǎng)上應(yīng)用的無(wú)線接收裝置采用諧振接收，然而在井下環(huán)境惡劣的情況下難以在復(fù)雜的噪聲中精確有效的提取出有用信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并且抗干擾性和可靠性較差，難以滿足突發(fā)礦難情況下高精度高效率的場(chǎng)合。
[0005]如何對(duì)現(xiàn)有無(wú)線應(yīng)急通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，來(lái)達(dá)到簡(jiǎn)化電路，實(shí)現(xiàn)接收設(shè)備小巧便攜，同時(shí)在井下復(fù)雜環(huán)境中能夠顯著提高低信噪比，高效可靠的實(shí)現(xiàn)無(wú)線應(yīng)急通信就成為本實(shí)用新型要解決的問(wèn)題。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于為了克服現(xiàn)有的缺點(diǎn)，提供一種超低頻礦井無(wú)線應(yīng)急通信裝置。以滿足井上對(duì)井下的無(wú)線預(yù)警功能，以及接收裝置的便攜可靠。
[0007]本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的，
[0008]一種超低頻礦井無(wú)線應(yīng)急通信裝置，該裝置包括發(fā)射機(jī)與接收機(jī):
[0009]所述發(fā)射機(jī)由發(fā)射主控模塊分別連接發(fā)射人機(jī)接口與調(diào)制電路模塊，所述調(diào)制電路模塊經(jīng)一驅(qū)動(dòng)模塊、H橋路與發(fā)射線圈相連，一吸收電路與H橋路相連，發(fā)射線圈與諧振電容相連接構(gòu)成；
[0010]所述接收機(jī)包括傳感器經(jīng)初級(jí)放大器、50Hz陷波器、可控增益放大器、采樣模塊與接收主控模塊相連，接受主控模塊與接收人機(jī)接口和預(yù)警裝置連接；
[0011]所述發(fā)射機(jī)通過(guò)發(fā)射線圈發(fā)射的信號(hào)通過(guò)接受機(jī)的傳感器接受。
[0012]進(jìn)一步地，其中發(fā)射人機(jī)接口由具有觸摸屏功能的液晶TFT屏構(gòu)成。
[0013]進(jìn)一步地，所述發(fā)射主控模塊和接受主控模塊均選用32位控制器stm32。
[0014]進(jìn)一步地，所述驅(qū)動(dòng)模塊由帶隔離作用的IR2110驅(qū)動(dòng)芯片產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
[0015]進(jìn)一步地，所述H橋路由IRFP250構(gòu)成橋式逆變電路。
[0016]進(jìn)一步地，所述發(fā)射線圈采用100m*100m單膽大線圈、50m*50m多膽線圈，或25m*25m多匝線圈，并且串聯(lián)諧振電容和阻尼吸收電阻。
[0017]進(jìn)一步地，所述傳感器選用感應(yīng)式磁傳感器。
[0018]進(jìn)一步地，初級(jí)放大器選用超低噪聲運(yùn)算放大器AD797。
[0019]進(jìn)一步地，在初級(jí)放大器和50Hz陷波器之間設(shè)置低通濾波器模塊，選用5階巴特沃茲低通濾波器。
[0020]進(jìn)一步地，采樣模塊需用24位高精度AD轉(zhuǎn)換芯片ADS1256。
[0021]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，有益效果在于:采用超低頻作為信號(hào)發(fā)射頻率，具有能夠穿透巖層的能力。發(fā)射線圈減小負(fù)載的電感性，能有效提高發(fā)射功率。接受采用模擬帶通濾波與數(shù)字帶通濾波相結(jié)合，能更好的提高信噪比。采用數(shù)字濾波能，增加系統(tǒng)穩(wěn)定性，有效減小模塊體積，提高便攜性。
【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1是本實(shí)用新型的發(fā)射機(jī)的結(jié)構(gòu)模塊框圖；
[0023]圖2是本實(shí)用新型的接收機(jī)的結(jié)構(gòu)模塊框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。
[0025]一種超低頻礦井無(wú)線應(yīng)急通信裝置，該裝置包括發(fā)射機(jī)與接收機(jī):
[0026]如圖1所示，發(fā)射機(jī)由發(fā)射主控模塊分別連接發(fā)射人機(jī)接口與調(diào)制電路模塊，所述調(diào)制電路模塊經(jīng)一驅(qū)動(dòng)模塊、H橋路與發(fā)射線圈相連，一吸收電路與H橋路相連，發(fā)射線圈與諧振電容相連接構(gòu)成；
[0027]參見(jiàn)圖2，接收機(jī)包括傳感器經(jīng)初級(jí)放大器、50Hz陷波器、可控增益放大器、采樣模塊與接收主控模塊相連，接受主控模塊與接收人機(jī)接口和預(yù)警裝置連接；發(fā)射機(jī)通過(guò)發(fā)射線圈發(fā)射的信號(hào)通過(guò)接受機(jī)的傳感器接受。其中發(fā)射人機(jī)接口由具有觸摸屏功能的液晶TFT屏構(gòu)成。發(fā)射主控模塊和接受主控模塊均選用32位控制器stm32。驅(qū)動(dòng)模塊由帶隔離作用的IR2110驅(qū)動(dòng)芯片產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)。H橋路由IRFP250構(gòu)成橋式逆變電路。發(fā)射線圈采用100m*100m單匝大線圈、50m*50m多匝線圈，或25m*25m多匝線圈，并且串聯(lián)諧振電容和阻尼吸收電阻。傳感器選用感應(yīng)式磁傳感器。初級(jí)放大器選用超低噪聲運(yùn)算放大器AD797。在初級(jí)放大器和50Hz陷波器之間設(shè)置低通濾波器模塊，選用5階巴特沃茲低通濾波器。采樣模塊需用24位高精度AD轉(zhuǎn)換芯片ADS1256。
[0028]發(fā)射主控模塊的作用是產(chǎn)生具有編碼意義的300Hz-500Hz的方波，其中一組為連續(xù)的方波，另一組為用于作為調(diào)制信號(hào)的方波。因此編碼方式采用的是ASK編碼方式，有方波信號(hào)代表I，無(wú)信號(hào)代表O。同時(shí)stm32單片機(jī)通過(guò)解讀人機(jī)接口即TFT屏所傳遞的信息，來(lái)產(chǎn)生不同的信號(hào)波。stm32單片機(jī)產(chǎn)生的兩組方波通過(guò)調(diào)制電路模塊的乘法器相乘從而產(chǎn)生被調(diào)制的信號(hào)。此時(shí)輸出的信號(hào)為間斷性的方波。
[0029]從調(diào)制電路模塊出來(lái)的方波進(jìn)入驅(qū)動(dòng)模塊。驅(qū)動(dòng)模塊采用IR2110驅(qū)動(dòng)芯片，將乘法器輸出的5V信號(hào)轉(zhuǎn)換為12V信號(hào)，最為驅(qū)動(dòng)MOS管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。H橋開(kāi)關(guān)芯片采用IRFP250M0S 管。
[0030]發(fā)射機(jī)為磁性源發(fā)射機(jī)，信號(hào)通過(guò)大面積發(fā)射線圈發(fā)射出去，穿過(guò)巖層。接受傳感器采用感應(yīng)式磁傳感器即磁棒。將傳感器與配諧電容相并聯(lián)，以發(fā)射頻率為諧振頻率。諧振接收濾除了發(fā)射方波信號(hào)中的諧波分量，只有基波正弦波信號(hào)噪聲進(jìn)入接收系統(tǒng)。為盡可能的降低信號(hào)中的噪聲，初級(jí)放大器選用超低噪聲芯片AD797作為放大器。放大倍數(shù)控制在10-20倍。由于噪聲信號(hào)中50Hz工頻干擾信號(hào)尤為嚴(yán)重，諧振帶通濾波器難以將工頻干擾濾除，因此將50Hz工頻干擾特別處理。50Hz陷波器是利用模擬電感法設(shè)計(jì)的50Hz陷波器。
[0031]為了保證不論輸入到AD芯片的模擬信號(hào)幅度差異不大，利用可控增益放大器設(shè)計(jì)了自動(dòng)增益控制電路，可控增益放大器中選用的是AD630。同時(shí)由于AD芯片無(wú)法轉(zhuǎn)換負(fù)值電壓，在采樣模塊部分設(shè)計(jì)了模擬加法器，將輸入信號(hào)與固定穩(wěn)定直流電壓相加，從而形成直流耦合?？朔嗀D轉(zhuǎn)換器無(wú)法轉(zhuǎn)換負(fù)值電壓的缺陷。模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量存入到接收主控模塊內(nèi)，接收主控模塊同樣采用stm32作為主控芯片。接收主控模塊將采集的信號(hào)利用數(shù)字相敏檢波器的方法完成數(shù)字濾波。同時(shí)進(jìn)行信號(hào)的解碼工作。解讀出不同的信息之后將相關(guān)信息通過(guò)接收人機(jī)接口即指示燈和顯示屏表達(dá)出來(lái)，完成預(yù)警指示功能。同時(shí)接收到信息的人也可以通過(guò)人機(jī)TFT取消預(yù)警。
[0032]接收機(jī)需要接收者隨身攜帶，因此具備小巧方便的特點(diǎn)。
[0033]整個(gè)接收系統(tǒng)除了傳感器部分與人機(jī)接口部分均被裝入20cm*15cm*5cm的盒內(nèi)，顯示燈鑲嵌在盒頂部，當(dāng)預(yù)警信息到時(shí)，指示燈閃爍，提醒使用者查看信息，同時(shí)盒上設(shè)計(jì)有接收裝置開(kāi)關(guān)，開(kāi)啟或關(guān)閉接收系統(tǒng)；信息確認(rèn)開(kāi)關(guān)確認(rèn)收到信息，指示燈停止閃爍。傳感器盒與裝置盒相互獨(dú)立避免電磁干擾。
[0034]以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種超低頻礦井無(wú)線應(yīng)急通信裝置，其特征在于，該裝置包括發(fā)射機(jī)與接收機(jī): 所述發(fā)射機(jī)由發(fā)射主控模塊分別連接發(fā)射人機(jī)接口與調(diào)制電路模塊，所述調(diào)制電路模塊經(jīng)一驅(qū)動(dòng)模塊、H橋路與發(fā)射線圈相連，一吸收電路與H橋路相連，發(fā)射線圈與諧振電容相連接構(gòu)成橋路連接有直流電源供電； 所述接收機(jī)包括傳感器經(jīng)初級(jí)放大器、50Hz陷波器、可控增益放大器、采樣模塊與接收主控模塊相連，接受主控模塊與接收人機(jī)接口和預(yù)警裝置連接； 所述發(fā)射機(jī)通過(guò)發(fā)射線圈發(fā)射的信號(hào)通過(guò)接受機(jī)的傳感器接受。
2.如權(quán)利要求1所述的超低頻礦井無(wú)線應(yīng)急通信裝置，其特征在于， 其中發(fā)射人機(jī)接口由具有觸摸屏功能的液晶TFT屏構(gòu)成。
3.如權(quán)利要求1所述的超低頻礦井無(wú)線應(yīng)急通信裝置，其特征在于， 所述發(fā)射主控模塊和接受主控模塊均選用32位控制器stm32。
4.如權(quán)利要求1所述的超低頻礦井無(wú)線應(yīng)急通信裝置，其特征在于， 所述驅(qū)動(dòng)模塊由帶隔離作用的IR2110驅(qū)動(dòng)芯片產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
5.如權(quán)利要求1所述的超低頻礦井無(wú)線應(yīng)急通信裝置，其特征在于， 所述H橋路由IRFP250構(gòu)成橋式逆變電路。
6.如權(quán)利要求1所述的超低頻礦井無(wú)線應(yīng)急通信裝置，其特征在于，所述發(fā)射線圈采用100m*100m單匝大線圈、50m*50m多匝線圈，或25m*25m多匝線圈，并且串聯(lián)諧振電容和阻尼吸收電阻。
7.如權(quán)利要求1所述的超低頻礦井無(wú)線應(yīng)急通信裝置，其特征在于， 所述傳感器選用感應(yīng)式磁傳感器。
8.如權(quán)利要求1所述的超低頻礦井無(wú)線應(yīng)急通信裝置，其特征在于，初級(jí)放大器選用超低噪聲運(yùn)算放大器AD797。
9.如權(quán)利要求1所述的超低頻礦井無(wú)線應(yīng)急通信裝置，其特征在于，在初級(jí)放大器和50Hz陷波器之間設(shè)置低通濾波器模塊，選用5階巴特沃茲低通濾波器。
10.如權(quán)利要求1所述的超低頻礦井無(wú)線應(yīng)急通信裝置，其特征在于，采樣模塊需用24位高精度AD轉(zhuǎn)換芯片ADS1256。
【專利摘要】本實(shí)用新型是一種超低頻礦井無(wú)線應(yīng)急通信裝置。該裝置包括發(fā)射機(jī)與接收機(jī)：發(fā)射機(jī)由發(fā)射主控模塊分別連接發(fā)射人機(jī)接口與調(diào)制電路模塊，調(diào)制電路模塊經(jīng)一驅(qū)動(dòng)模塊、H橋路與發(fā)射線圈相連，一吸收電路與H橋路相連，發(fā)射線圈與諧振電容相連接構(gòu)成；H橋路連接有直流電源供電。接收機(jī)包括傳感器經(jīng)初級(jí)放大器、50Hz陷波器、可控增益放大器、采樣模塊與接收主控模塊相連，接受主控模塊與接收人機(jī)接口和預(yù)警裝置連接；發(fā)射機(jī)通過(guò)發(fā)射線圈發(fā)射的信號(hào)通過(guò)接受機(jī)的傳感器接受。本新型發(fā)射線圈采用電容電感串聯(lián)，減小負(fù)載的電感性，能有效提高發(fā)射功率。本新型采用超低頻作為信號(hào)發(fā)射頻率，具有能夠穿透巖層的能力。具有模塊體積小，提高便攜性的優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】H04B1-04, E21F17-18, H04B1-16
【公開(kāi)號(hào)】CN204539125
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520240746
【發(fā)明人】程德福, 楊巍, 蔡珊珊, 陳嘉儀
【申請(qǐng)人】吉林大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年8月5日
【申請(qǐng)日】2015年4月21日