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一、WiFi技術(shù)下的煤礦井下應(yīng)急救援無(wú)線通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)

所謂WiFi，其實(shí)就是一種現(xiàn)代化短距離無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，可以在一定范圍內(nèi)接入互聯(lián)網(wǎng)的無(wú)線電信號(hào)，也屬于一種無(wú)線相容認(rèn)證。WiFi其實(shí)是由WECA（無(wú)線以太網(wǎng)相容聯(lián)盟）宣傳的業(yè)界術(shù)語(yǔ)。在迅猛發(fā)展的無(wú)線通信技術(shù)中，尤其是相繼出現(xiàn)的IEEE802,11g，IEEE802.11A等標(biāo)準(zhǔn)，WiFi逐漸成為IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)稱(chēng)謂。其應(yīng)急救援無(wú)線通信系統(tǒng)的主要組成部分，也就是其無(wú)線通信信道，通過(guò)計(jì)算機(jī)上的WIFI鏈路中心節(jié)點(diǎn)FFD1，就可以把救援人員的控制命令進(jìn)行發(fā)送，直接發(fā)送到小車(chē)上的RFD采集終端。借助于WIFI技術(shù)的自組網(wǎng)功能，其新投放的節(jié)點(diǎn)會(huì)在其2個(gè)節(jié)點(diǎn)通信距離大于通信范圍之后，直接在WIFI網(wǎng)絡(luò)中加入，并成為其中間路由節(jié)點(diǎn)，通常對(duì)其通信鏈路產(chǎn)生延伸作用，對(duì)其正常運(yùn)行提供有效保證。之后會(huì)繼續(xù)將一些其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行投放，在對(duì)其鏈路進(jìn)行建立過(guò)程中，其救援前端的各種參數(shù)也會(huì)通過(guò)采集終端進(jìn)行傳送，救援中心就可以依照這些參數(shù)，對(duì)其具體的救援工作進(jìn)行合理的安排。

(一)煤礦急救通信結(jié)構(gòu)在煤礦井下發(fā)生災(zāi)害的時(shí)候，就需要立即將井下電力供應(yīng)全部切斷，其災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境具有一定的復(fù)雜性，所以，就結(jié)構(gòu)而言，救援通信系統(tǒng)的構(gòu)建主要包括井下指揮中心、無(wú)線救援通信系統(tǒng)以及地面指揮中心3部分。具體救援系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1，個(gè)人終端、井下指揮中心與中繼臺(tái)共同組成煤礦井下無(wú)線救援通信系統(tǒng)。就無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)而言，煤礦急救通信結(jié)構(gòu)屬于無(wú)線與有線通信共同結(jié)合的緊急救援系統(tǒng)。因?yàn)槊旱V井下有著非常特殊的巷道結(jié)構(gòu)，在具有局限性空間中進(jìn)行無(wú)線信號(hào)的傳輸，所傳輸?shù)木嚯x接近地面。所以在進(jìn)行個(gè)人終端設(shè)計(jì)時(shí)，通過(guò)功放模塊的增加來(lái)加大無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸距離。此外，在井下指揮中心與個(gè)人終端間，依照現(xiàn)場(chǎng)需要，添置中繼臺(tái)。

(二)井下個(gè)人終端設(shè)計(jì)在煤礦井下，語(yǔ)音模塊、環(huán)境參數(shù)采集模塊、圖像采集模塊、液晶顯示模塊、WiFi模塊、鍵盤(pán)輸入模塊、MCU處理模塊以及無(wú)線功放模塊等共同組成個(gè)人終端硬件。而且在國(guó)際國(guó)內(nèi)市場(chǎng)中圖像采集模塊、語(yǔ)音模塊、液晶顯示模塊以及鍵盤(pán)輸入模塊等都部件都比較成熟，無(wú)需獨(dú)立性研究與開(kāi)發(fā)；我院已研發(fā)出環(huán)境參數(shù)采集模塊，而且在設(shè)計(jì)時(shí)，不必對(duì)MCU進(jìn)行單獨(dú)性使用。WIFi模塊以串口方式對(duì)煤礦井下環(huán)境采集參數(shù)信息進(jìn)行讀取，采用G-SPI，即SPI方式與凸顯采集、語(yǔ)音模塊進(jìn)行通信。采用GPIO中的IO接口與液晶顯示模塊、鍵盤(pán)輸入模塊進(jìn)行連接，采用RX、TX管腳與無(wú)線功放模塊進(jìn)行連接。具體設(shè)計(jì)圖如圖2所示。

(三)中繼臺(tái)設(shè)計(jì)在井下指揮中心與個(gè)人終端之間進(jìn)行中繼通道的構(gòu)建是中繼臺(tái)的主要作用，使其通信距離得以延長(zhǎng)，中繼臺(tái)通過(guò)雙WIFI芯片，定向天線與雙功放方案，通過(guò)定向天線能夠使其通信距離得以延長(zhǎng)。具體中繼臺(tái)設(shè)計(jì)圖如圖3所示。

(四)監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(hào)輸出，通常是在200～1000Hz，其系統(tǒng)均需要先把各種傳感器全部都接入到監(jiān)控分站，隨后通過(guò)監(jiān)控分站向地面中心站進(jìn)行傳送，其不但會(huì)對(duì)設(shè)備成本進(jìn)行增加，同時(shí)在其數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，如果距離超過(guò)2KM，就會(huì)受到電磁干擾，增加系統(tǒng)的不穩(wěn)定因素。所以說(shuō)在其傳感器之中加上WIFI模塊，將之中的數(shù)據(jù)在WIFI網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行接入，這樣其數(shù)據(jù)就可以采用WIFI的形式進(jìn)行發(fā)送，同時(shí)也能夠通過(guò)光纖環(huán)網(wǎng)進(jìn)行發(fā)送。

(五)移動(dòng)數(shù)字視頻設(shè)計(jì)目前在煤礦井下其監(jiān)控系統(tǒng)即為在特定位置所安裝的攝像儀，那么針對(duì)這一情況，如果是采用WIFI方式則可以對(duì)其有效性進(jìn)行切實(shí)提高。比如說(shuō)膠帶巡檢攝像儀的應(yīng)用，就必須要借助于移動(dòng)視頻視頻進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。其視頻圖像傳輸無(wú)線化對(duì)傳統(tǒng)同軸電纜、光纖圖像監(jiān)視受限制等等進(jìn)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(dá)到300Mbit/s，其在高碼流、高寬帶以及高畫(huà)質(zhì)的音視頻中非常適用，同時(shí)還具有超強(qiáng)的抗干擾和抗衰落能力，其可以對(duì)視頻傳輸鏈路進(jìn)行有效滿(mǎn)足。

二、結(jié)語(yǔ)

在WIFI技術(shù)的煤礦井下應(yīng)急救援無(wú)線通信系統(tǒng)中，采用此設(shè)計(jì)方案，能夠保證通信距離在5KM。而且此系統(tǒng)在目前依舊處于安標(biāo)送審狀態(tài)。基于WIFI技術(shù)可用于各類(lèi)型的煤礦井下災(zāi)害救援工作。研究與開(kāi)發(fā)煤礦安全監(jiān)控始終受到國(guó)家鼓勵(lì)與支持，我國(guó)煤礦安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)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(shù)必會(huì)得到政府的鼓勵(lì)與支持。

作者：姜文峰單位：天地（常州）自動(dòng)化股份有限公司