【正文】 GSM 模塊 井上數(shù)據(jù)接收系統(tǒng) 手機模塊采用 TC35,它由射頻天線 ,內(nèi)部閃存 ,GSM 基帶處理器 ,匹配電源和 1個 40 腳的 Zip 插座組成 。 5 年前，國內(nèi)的手機廠家?guī)缀醵际琴徺I國外的成品 GSM模塊進行二次開發(fā)生產(chǎn)手機的，近幾年，隨著國內(nèi)手機設(shè)計公司的逐漸成熟，手機廠家才擺脫對 GSM 模塊的依賴，轉(zhuǎn)為直接從 芯片級入手生產(chǎn)手機。基于 GSM 模塊產(chǎn)品的開發(fā)往往都是基于 ARM 平臺，使用 嵌入式系統(tǒng) 進行開發(fā)。 圖 13 1 近端機、 4 遠端機光纖直放系統(tǒng)組成 基于 GSM 手機模塊的數(shù)據(jù) 接收 系統(tǒng) GSM 模塊簡介 GSM 模 塊， 是 將 GSM 射頻芯片 、基帶處理芯片、存儲器、功放器件等集成在一塊線路板上，具有獨立的 操作系統(tǒng) 、 GSM射頻處理、基帶處理并提供標準接口的功能模塊。在井下終端放大的信號 可由微型定向天線，泄露電纜等發(fā)射給各巷道的服務(wù)區(qū)。它由偶和單元直接耦合陸地蜂窩網(wǎng)BTS的 GSM900 信號， BTS 信號送入帶通濾波器 進行選頻率波后，由低噪聲放大器將電平調(diào)整到光發(fā)送模塊規(guī)定的接口電平，經(jīng)光發(fā)送模塊完成光電轉(zhuǎn)換后送入光纖，通過光路傳輸?shù)骄隆? 3信號傳輸不受地理條件限制，特別適合于深部井下。信號的傳輸方式有多種，如有線傳輸、空間無線直接傳輸、光纖傳輸?shù)?。而井下移動通信頻率的選擇是實現(xiàn)井下移動通信的關(guān)鍵。 圖 8 節(jié)點硬件結(jié)構(gòu)圖 傳感器電路接口設(shè)計 圖 9 傳感器電路接口設(shè)計圖 13 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 在該 系統(tǒng) 中 ,首先無線傳感器網(wǎng)絡(luò)用于檢測和傳輸各種數(shù)據(jù) ,如高濃度甲烷氣體 ,低濃度甲烷氣體 ,微量一氧化碳 (CO),氧氣的濃度 ,風(fēng)速 ,空氣溫度 ,巖煤溫度 ,頂板壓力 ,空氣壓力 ,煙霧和粉塵濃度及工作面的作業(yè)條件 ,然后在地面 GSM 系統(tǒng)信號可以覆蓋的地方設(shè)置一個數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)終端 ,最后由中轉(zhuǎn)終端利用 GSM 網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳到數(shù)據(jù)處理中心和安全責(zé)任人員的手機上 ,以便決策 。 線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖 1所示 (虛線表示無線鏈路 ,實線表示有線鏈路 )。 zigBee技術(shù)的主要特點是功耗低、成本低；網(wǎng)絡(luò)容量大；延時短；有效范圍比較?。皇褂妙l段無須申請。然而， UWB 作為民用還是一項新技術(shù)，還有一些實際問題， UWB系統(tǒng)占用的帶寬很大， UWB 系統(tǒng)可能會干擾其他無線通信系統(tǒng)， UWB 系統(tǒng)的頻率許可問題一直還在爭論中，另外 UWB 的干擾問題等有待解決。對它主要應(yīng)用在小范圍、高分辨率、能夠穿透墻壁、地面和身體的雷達和圖像系統(tǒng)中。 UWB 超寬帶技術(shù) UWB(Ultra wide eBand)是一種新發(fā)展起來的極具潛力的無線通信技術(shù)，出現(xiàn)在 60 年代， uwB 是指信號帶寬大于 500MHZ 或者是信號帶寬與中心頻率 之比大于 25%。它具有數(shù)據(jù)傳輸率較高，適于傳輸大容量的文件和多媒 體數(shù)據(jù)。 IrDA 是一種利用紅外線進行點對點通信的技術(shù)，目前它的軟硬件技術(shù)都很成熟，在小型移動設(shè)備，如 PDA、手機上廣泛使用。雖然在數(shù)據(jù)安全性方面比藍牙技術(shù)要差一些，但在電波的覆蓋范圍方面卻略勝一籌，可達 100 m 左右 ,不用說家庭、辦公室 ,就是小一點的整棟大樓也可使用。藍牙的支持者們預(yù)言說，一旦支持藍牙的芯片變得非常便宜，藍牙將置身于幾乎所有產(chǎn)品之中。這種連接是穩(wěn)定的、無縫的，其程序?qū)懺谝粋€ 9X9mm 的微型芯片上，可以方便地嵌入設(shè)備之中。本設(shè)計就是基于短距離無線通信系統(tǒng)的工作原理研究設(shè)計的，礦井人員配戴該模塊通過數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收，方便井上監(jiān)控系統(tǒng)確定人員的位置。W 到小于100181。本論文設(shè)計思想就是基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的。而傳感器節(jié)點數(shù)目非常龐大，通常采用不能補充的電池提供能量；傳感器節(jié)點的能量一旦耗盡，那么該節(jié)點就不能進行數(shù)據(jù)采集和路由的功能，直接影響整個傳感器網(wǎng)絡(luò)的健壯性和生命周期。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的一個重要優(yōu)勢是擺脫了傳統(tǒng)傳感器網(wǎng)絡(luò)的連線限制，解決了成本問題，通過傳感器技術(shù)、計算機技術(shù)和無線通信技術(shù)的融合，大大縮短了人和自然之間的距離。如果礦井工作面距離較遠，或工作面數(shù)目多，可以在每個工作面專門部署一個能量較強的節(jié)點作為該工作面主節(jié)點的主節(jié)點，完成工作面之間的信息傳輸。 結(jié)合井下環(huán)境的特點，巷道深路窄，在本設(shè)計中采用控制簡單，傳輸方便的 星形拓撲結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，成本比較高，提供上述功能的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議也較為復(fù)雜。星形拓 具有控制簡單、故障診斷和隔離容易的特點。 在無線傳感局域網(wǎng)中通常采用的組網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)一般有三種：星形拓撲、網(wǎng)形拓撲和樹形拓撲。為了保證通信系統(tǒng)的可靠性和準確性，傳 感器節(jié)點的部署密度通常比較大，并且部署在礦井中所有的工作面和巷道中，從而形成多個傳感器網(wǎng)絡(luò)。 根據(jù)上述分析 ,筆者發(fā)現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)十分適合緊急情況下礦井安全的應(yīng)急通信 。 以 ,需要解決如何提高無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的軟 ,硬件健壯性和容錯性 。 SN 是一個動態(tài)的網(wǎng)絡(luò) ,節(jié)點可以隨處移動 。 點可以隨時加入或離開網(wǎng)絡(luò) ,任何節(jié)點的故障不會影響整個網(wǎng)絡(luò)的運行 ,具有很強的抗毀性 。 感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點間距離很短 ,一般采用多跳 (multi2hop)的無線通信方式通信 。 具有體積小，部署方便，低功耗、低成本的優(yōu)點。 本論文的選題意義與工作 由于多種短距離無線傳輸技術(shù)的興起，為解決礦井問題提供了更多的選擇，藍牙、紅 外、以及最新的 ZigBee 技術(shù)都能夠?qū)崿F(xiàn)短距離無線通信，但考慮到滿足生產(chǎn)要求，同時能降低生產(chǎn)成本的情況，利用 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 就突顯了它的作用。該系統(tǒng)的先進技術(shù)工藝和優(yōu)越的性能得到了礦區(qū)領(lǐng)導(dǎo)的一致肯定。國內(nèi)多數(shù)煤礦企業(yè)都已經(jīng)或正在進行生產(chǎn)調(diào)度、監(jiān)測監(jiān)控等信息系統(tǒng)的建設(shè)，這些系統(tǒng)的建立在實現(xiàn)安全生產(chǎn)的過程中起到了重要的作用。 線傳感器技術(shù)是目前無線通信領(lǐng)域內(nèi)研究的一個熱點技術(shù) ,它綜合了傳感器技術(shù) ,嵌入式計算技術(shù) ,現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及無線通信技術(shù) ,分布式信息處理技術(shù)等 ,能夠通過各類集成化的微型傳感器協(xié)作地實時監(jiān)測 ,感知和采集各種環(huán)境或監(jiān)測對象的信息 ,通過嵌入式對信息 系統(tǒng) 進行處理 ,并通過隨機自組織無線通信網(wǎng)絡(luò)以多跳中繼方式將所感知的信息傳送到用戶終端 。近年來，我國煤礦安全狀況形勢非常嚴峻，不斷發(fā)生瓦斯爆炸事故 。GSM。 便于對緊急情況的決策處理 。 該 礦井應(yīng)急 通信 系統(tǒng) 利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進行緊急狀態(tài)下礦井數(shù)據(jù)的采集和收集 ， 利用成熟 、 信號覆蓋面廣的移動通信技術(shù)進行信號的傳輸 ， 將數(shù)據(jù)實時地傳送到處理中心和相關(guān)的責(zé)任人 。手機模塊 。然而，礦井無線通信系統(tǒng)具有許多不同于一般地面的無線通信系統(tǒng)的特點，許多地而上使用的通信設(shè)備和技術(shù)無法直接應(yīng)用到煤礦井下。 但 是這些幾乎 系統(tǒng) 都是基 于有線的 系統(tǒng) ,在緊急狀態(tài)下 (比如電力中斷 ,事故等 )如何將安全生產(chǎn)監(jiān)測監(jiān)控信息及時 、 準確地傳送到各級相關(guān)人員手中 ,缺乏有效的手段 。 2 國內(nèi) 外 煤礦安全監(jiān)測研究狀況 國內(nèi)煤礦安全監(jiān)測研究狀況 目前，我國煤礦井下通信基本使用有線裝置，依靠電纜傳輸信息，由于井下特殊環(huán)境所限，地面潮濕，電纜腐蝕嚴重，一旦發(fā)生事故，通信馬上中斷，指揮端很難與事故地點取得聯(lián)系，成為礦井通信一個至關(guān)重要的盲點，介于有線通信的種種弊端，國內(nèi)外現(xiàn)正積極研究各種井下無線通信系統(tǒng)，這 對煤礦生產(chǎn)管理，特別是礦井救災(zāi)具有重要意義。 1990 年 8 月，美國 安菲斯公司利用超低頻信號的穿透力研制開發(fā)的世界唯一一套可實現(xiàn)超低頻信號穿透巖層進行傳輸?shù)臒o線急救通訊系統(tǒng)投入煤礦使用。可以監(jiān)控多種輸入，警告信息 由礦井人員預(yù)先指定，在緊急情況發(fā)