煤礦井下應急救援無線通信設計范文

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一、WiFi技術下的煤礦井下應急救援無線通信系統設計

所謂WiFi，其實就是一種現代化短距離無線網絡傳輸技術，可以在一定范圍內接入互聯網的無線電信號，也屬于一種無線相容認證。WiFi其實是由WECA（無線以太網相容聯盟）宣傳的業界術語。在迅猛發展的無線通信技術中，尤其是相繼出現的IEEE802,11g，IEEE802.11A等標準，WiFi逐漸成為IEEE802.11標準系統稱謂。其應急救援無線通信系統的主要組成部分，也就是其無線通信信道，通過計算機上的WIFI鏈路中心節點FFD1，就可以把救援人員的控制命令進行發送，直接發送到小車上的RFD采集終端。借助于WIFI技術的自組網功能，其新投放的節點會在其2個節點通信距離大于通信范圍之后，直接在WIFI網絡中加入，并成為其中間路由節點，通常對其通信鏈路產生延伸作用，對其正常運行提供有效保證。之后會繼續將一些其他節點進行投放，在對其鏈路進行建立過程中，其救援前端的各種參數也會通過采集終端進行傳送，救援中心就可以依照這些參數，對其具體的救援工作進行合理的安排。

(一)煤礦急救通信結構在煤礦井下發生災害的時候，就需要立即將井下電力供應全部切斷，其災害現場環境具有一定的復雜性，所以，就結構而言，救援通信系統的構建主要包括井下指揮中心、無線救援通信系統以及地面指揮中心3部分。具體救援系統結構見圖1，個人終端、井下指揮中心與中繼臺共同組成煤礦井下無線救援通信系統。就無線網絡通信技術而言，煤礦急救通信結構屬于無線與有線通信共同結合的緊急救援系統。因為煤礦井下有著非常特殊的巷道結構，在具有局限性空間中進行無線信號的傳輸，所傳輸的距離接近地面。所以在進行個人終端設計時，通過功放模塊的增加來加大無線網絡傳輸距離。此外，在井下指揮中心與個人終端間，依照現場需要，添置中繼臺。

(二)井下個人終端設計在煤礦井下，語音模塊、環境參數采集模塊、圖像采集模塊、液晶顯示模塊、WiFi模塊、鍵盤輸入模塊、MCU處理模塊以及無線功放模塊等共同組成個人終端硬件。而且在國際國內市場中圖像采集模塊、語音模塊、液晶顯示模塊以及鍵盤輸入模塊等都部件都比較成熟，無需獨立性研究與開發；我院已研發出環境參數采集模塊，而且在設計時，不必對MCU進行單獨性使用。WIFi模塊以串口方式對煤礦井下環境采集參數信息進行讀取，采用G-SPI，即SPI方式與凸顯采集、語音模塊進行通信。采用GPIO中的IO接口與液晶顯示模塊、鍵盤輸入模塊進行連接，采用RX、TX管腳與無線功放模塊進行連接。具體設計圖如圖2所示。

(三)中繼臺設計在井下指揮中心與個人終端之間進行中繼通道的構建是中繼臺的主要作用，使其通信距離得以延長，中繼臺通過雙WIFI芯片，定向天線與雙功放方案，通過定向天線能夠使其通信距離得以延長。具體中繼臺設計圖如圖3所示。

(四)監測監控系統設計煤礦井下所采用的傳感器，例如CH4、O2、溫度以及CO等，其目前所采用的全部都是頻率信號輸出，通常是在200～1000Hz，其系統均需要先把各種傳感器全部都接入到監控分站，隨后通過監控分站向地面中心站進行傳送，其不但會對設備成本進行增加，同時在其數據傳輸過程中，如果距離超過2KM，就會受到電磁干擾，增加系統的不穩定因素。所以說在其傳感器之中加上WIFI模塊，將之中的數據在WIFI網絡中進行接入，這樣其數據就可以采用WIFI的形式進行發送，同時也能夠通過光纖環網進行發送。

(五)移動數字視頻設計目前在煤礦井下其監控系統即為在特定位置所安裝的攝像儀，那么針對這一情況，如果是采用WIFI方式則可以對其有效性進行切實提高。比如說膠帶巡檢攝像儀的應用，就必須要借助于移動視頻視頻進行實現。其視頻圖像傳輸無線化對傳統同軸電纜、光纖圖像監視受限制等等進行了突破，其靈活性以及便利性更高。其中WIFI寬帶最高能夠達到300Mbit/s，其在高碼流、高寬帶以及高畫質的音視頻中非常適用，同時還具有超強的抗干擾和抗衰落能力，其可以對視頻傳輸鏈路進行有效滿足。

二、結語

在WIFI技術的煤礦井下應急救援無線通信系統中，采用此設計方案，能夠保證通信距離在5KM。而且此系統在目前依舊處于安標送審狀態。基于WIFI技術可用于各類型的煤礦井下災害救援工作。研究與開發煤礦安全監控始終受到國家鼓勵與支持，我國煤礦安全生產標準與規程中明確提出煤礦一定要有充足安全裝備。所以，基于WIFI技術必會得到政府的鼓勵與支持。

作者：姜文峰單位：天地（常州）自動化股份有限公司