CN102868449A - 一种基于可见光通信的井下无线通信系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于可见光通信的井下无线通信系统，包括远程控制中心、多个LED可见光通信控制器、以及多个光通信节点，远程控制中心与LED可见光通信控制器通过电力线载波连接，LED可见光通信控制器和光通信节点通过LED可见光连接，光通信节点设置于井下的移动或固定设备上，用于获取移动或固定设备采集的传感信息，并将传感信息以光信号的方式传送到LED可见光通信控制器，LED可见光通信控制器用于将传感信息传送到远程控制中心，远程控制中心包括控制器、电力线载波通信模块、通用输入输出设备以及上行通信模块。本发明能够解决现有井下通信系统中存在的布设和维护成本高、通信距离短、通信终端设备对功耗要求严格、充电麻烦的问题。

Description

一种基于可见光通信的井下无线通信系统

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，更具体地，涉及一种基于可见光通信的井下无线通信系统。

背景技术

矿井作业中通常要实现矿井内设备、人员之间相互通信，以及与井上控制中心通信，目前主要以有线通信通信和基于无线电磁波的无线通信方式为主。有线通信方式以光缆、电缆为通信介质，其中双绞线电缆较为普及，主要采用的通信技术为CAN总线技术、工业以太网通信技术等；无线通信方式有井下小灵通、GPRS以及ZIGBEE短距离无线网络通信等方式。

采用现有有线通信技术，需要为通信架设专用通信线路，布设和维护成本较高；受矿井地理环境影响，传统无线通信方式存在通信距离不远的缺点，且通信终端设备对功耗要求严格，充电麻烦。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于可见光通信的井下无线通信系统，旨在解决现有井下通信系统中存在的布设和维护成本高、通信距离短、通信终端设备对功耗要求严格、充电麻烦的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于可见光通信的井下无线通信系统，包括远程控制中心、多个LED可见光通信控制器、以及多个光通信节点，远程控制中心与LED可见光通信控制器通过电力线载波连接，LED可见光通信控制器和光通信节点通过LED可见光连接，光通信节点设置于井下的移动或固定设备上，用于获取移动或固定设备采集的传感信息，并将传感信息以光信号的方式传送到LED可见光通信控制器，LED可见光通信控制器用于将传感信息传送到远程控制中心，远程控制中心用于根据传感信息对移动或固定设备进行控制，远程控制中心包括控制器、电力线载波通信模块、通用输入输出设备以及上行通信模块，LED可见光通信控制器包括电力线载波通信调制解调电路、微处理器、载波光源控制电路、光电接收解调电路、PIN光电传感器和LED照明灯，PIN光电传感器用于从光通信节点获取光信号，并将光信号传送到光电接收解调电路，光电接收解调电路用于对光信号进行解调，以获取传感信息，并将传感信息传送到微处理器，微处理器用于对传感信息进行校验处理，并将校验处理后的传感信息传送到电力线载波通信调制解调电路，电力线载波通信调制解调电路用于将校验处理后的传感信息调制为适合在电力线传输的载波信号，并将载波信号传送到电力线载波通信模块，电力线载波通信模块用于将载波信号转换为传感信息，并将传感信息传送到控制器，控制器用于根据传感信息生成控制信息，并将控制信息传送到电力线载波通信模块，电力线载波通信模块还用于将控制信息以电力载波信号的方式传送到电力线载波通信调制解调电路，电力线载波通信调制解调电路还用于对电力载波信号进行解调，以生成控制信息，并将控制信息传送到微处理器，微处理器还用于对控制信息进行校验处理，并将校验处理后的控制信息传送到载波光源控制电路，载波光源控制电路用于将控制信息调制到LED可见光信号上，并将LED可见光信号传送到LED照明灯，LED照明灯还用于将LED可见光信号传送到光通信节点。

传感信息包括井下的环境信息、移动或固定设备的工况信息，移动或固定设备包括采煤机、液压支架、刮板机、掘进机。

校验处理包括循环冗余校验、前向纠错处理、Haming码校验。

上行通信模块包括GPRS通信模块、通信模块以及以太网通信模块。

载波光源控制电路包括编码电路、LED光源调制驱动电路、功率驱动电路，编码电路用于将控制信息编码成适合在可见光信道传输的数据流，LED光源调制驱动电路用于将编码的数据流调制到控制LED照明灯闪烁的载波上，功率驱动电路用于对调制后的载波信号进行功率放大，以保证输出的信号能驱动LED照明灯正常照明。

光电接收解调电路包括解调电路、自增益放大电路、滤波器、前置放大器、PIN光电传感器、以及光滤波器，光滤波器用于滤除光信号中干扰较强的波段，PIN光电传感器用于将滤除后的光信号转换为电信号，前置放大器用于对电信号执行阻抗匹配和预防大，滤波器用于滤除电信号中的干扰，自增益放大电路用于将电信号放大到适宜检测的范围，解调电路用于对电信号进行解调，并将解调后的电信号传输到微处理器进行控制和处理。

一种基于可见光通信的井下无线通信系统，包括远程控制中心、多个LED可见光通信控制器、以及多个光通信节点，远程控制中心与LED可见光通信控制器通过电力线载波连接，LED可见光通信控制器和光通信节点通过LED可见光连接，光通信节点设置于井下的移动或固定设备上，用于获取移动或固定设备采集的传感信息，并将传感信息以光信号的方式传送到LED可见光通信控制器，LED可见光通信控制器用于将传感信息传送到远程控制中心，远程控制中心用于根据传感信息对移动或固定设备进行控制，远程控制中心包括控制器、电力线载波通信模块、通用输入输出设备以及上行通信模块，LED可见光通信控制器包括电力线载波通信调制解调电路、微处理器、载波光源控制电路、光电接收解调电路、PIN光电传感器和LED照明灯，PIN光电传感器用于从光通信节点获取光信号，并将光信号传送到光电接收解调电路，光电接收解调电路用于对光信号进行解调，以获取传感信息，并将传感信息传送到微处理器，微处理器用于对传感信息进行校验处理，并将校验处理后的传感信息传送到电力线载波通信调制解调电路，电力线载波通信调制解调电路用于将校验处理后的传感信息调制为适合在电力线传输的载波信号，并将载波信号传送到电力线载波通信模块，电力线载波通信模块用于将载波信号转换为传感信息，并将传感信息传送到控制器，控制器还用于将传感信息传送到上行通信模块，上行通信模块用于将传感信息传送到业务处理系统进行处理，业务处理系统用于根据传感信息生成相应的控制信息后传送到控制器，控制器还用于将控制信息传送到电力线载波通信模块，电力线载波通信模块还用于将控制信息以电力载波信号的方式传送到电力线载波通信调制解调电路，电力线载波通信调制解调电路还用于对电力载波信号进行解调，以生成控制信息，并将控制信息传送到微处理器，微处理器还用于对控制信息进行校验处理，并将校验处理后的控制信息传送到载波光源控制电路，载波光源控制电路用于将控制信息调制到LED可见光信号上，并将LED可见光信号传送到LED照明灯，LED照明灯还用于将LED可见光信号传送到光通信节点。

通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，本发明具有以下的有益效果：

1、布设和维护成本较低：由于采用了现成的照明电力线载波通信模块和LED可见光通信模块，所以无需布线，相对于传统通信方案，布设快捷，维护方便；

2、对功耗要求低并且移动方便：由于采用了LED可见光作为终端通信载体，加之LED自身的节能性，以及通信方式是无线方式，所以功耗低，移动方便。

附图说明

图1是本发明基于可见光通信的井下无线通信系统的总体架构图。

图2是远程控制中心的结构框图。

图3是LED可见光通信控制器的结构框图。

图4是载波光源控制电路的结构框图。

图5是光信号解调电路的结构框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明基于可见光通信的井下无线通信系统包括远程控制中心1、多个LED可见光通信控制器2、以及多个光通信节点3。远程控制中心1与LED可见光通信控制器2通过电力线载波连接，LED可见光通信控制器2和光通信节点3通过LED可见光连接。

光通信节点3设置于井下的移动或固定设备上，用于获取移动或固定设备采集的传感信息，并将传感信息以光信号的方式传送到LED可见光通信控制器2。传感信息包括井下的环境信息、移动或固定设备的工况信息等，移动或固定设备包括综采系统（诸如采煤机、液压支架、刮板机等）、掘进机等。

LED可见光通信控制器2用于将传感信息传送到远程控制中心1。

远程控制中心1用于根据传感信息对移动或固定设备进行控制。

如图2所示，远程控制中心1包括控制器11、电力线载波通信模块12、通用输入输出设备13以及上行通信模块14。

如图3所示，LED可见光通信控制器2包括电力线载波通信调制解调电路21、微处理器22、载波光源控制电路23、光电接收解调电路24、PIN光电传感器25和LED照明灯26。

PIN光电传感器25用于从光通信节点3获取光信号，并将光信号传送到光电接收解调电路24。

光电接收解调电路24用于对光信号进行解调，以获取传感信息，并将传感信息传送到微处理器22。

微处理器22用于对传感信息进行校验处理，并将校验处理后的传感信息传送到电力线载波通信调制解调电路21。在本实施方式中，校验处理包括循环冗余校验、前向纠错处理、Haming码校验等。

电力线载波通信调制解调电路21用于将校验处理后的传感信息调制为适合在电力线传输的载波信号，并将载波信号传送到电力线载波通信模块12。

电力线载波通信模块12用于将载波信号转换为传感信息，并将传感信息传送到控制器11。

控制器11用于根据传感信息生成控制信息，并将控制信息传送到电力线载波通信模块12。

在本发明另一个实施方式中，控制器11还用于将传感信息传送到上行通信模块14，上行通信模块14用于将传感信息传送到业务处理系统进行处理，业务处理系统根据传感信息生成相应的控制信息后传送到控制器11，控制器11还用于将控制信息传送到电力线载波通信模块12。在本实施方式中，上行通信模块14包括GPRS通信模块、通信模块以及以太网通信模块。

电力线载波通信模块12还用于将控制信息以电力载波信号的方式传送到电力线载波通信调制解调电路21。

电力线载波通信调制解调电路21还用于对电力载波信号进行解调，以生成控制信息，并将控制信息传送到微处理器31。

微处理器22还用于对控制信息进行校验处理，并将校验处理后的控制信息传送到载波光源控制电路23。

载波光源控制电路23用于将控制信息调制到LED可见光信号上，并将LED可见光信号传送到LED照明灯26。

LED照明灯26还用于将LED可见光信号传送到光通信节点3。

如图4所示，载波光源控制电路23包括编码电路231、LED光源调制驱动电路232、功率驱动电路233。编码电路231将控制信息编码成适合在可见光信道传输的数据流，LED光源调制驱动电路232将编码的数据流调制到控制LED照明灯26闪烁的载波上，功率驱动电路233对调制后的载波信号进行功率放大，以保证输出的信号能驱动LED照明灯26正常照明。

如图5所示，光电接收解调电路24包括解调电路242、自增益放大电路243、滤波器244、前置放大器245、PIN光电传感器246、以及光滤波器247。

光滤波器247用于滤除光信号中干扰较强的波段；

PIN光电传感器246用于将滤除后的光信号转换为电信号；

前置放大器245用于对电信号执行阻抗匹配和预防大；

滤波器244用于滤除电信号中的干扰；

自增益放大电路243用于将电信号放大到适宜检测的范围；

解调电路242用于对电信号进行解调，并将解调后的电信号传输到微处理器31进行控制和处理。

本发明的工作原理如下：

首先，PIN光电传感器25从光通信节点3获取光信号，并将光信号传送到光电接收解调电路24，然后光电接收解调电路24对光信号进行解调，以获取传感信息，并将传感信息传送到微处理器22，然后微处理器22对传感信息进行校验处理，并将校验处理后的传感信息传送到电力线载波通信调制解调电路21，然后电力线载波通信调制解调电路21将校验处理后的传感信息调制为适合在电力线传输的载波信号，并将载波信号传送到电力线载波通信模块12，然后电力线载波通信模块12将载波信号转换为传感信息，并将传感信息传送到控制器11，其后控制器11根据传感信息生成控制信息，并将控制信息传送到电力线载波通信模块12，然后电力线载波通信模块12将控制信息以电力载波信号的方式传送到电力线载波通信调制解调电路21，接着电力线载波通信调制解调电路21对电力载波信号进行解调，以生成控制信息，并将控制信息传送到微处理器31，然后微处理器22对控制信息进行校验处理，并将校验处理后的控制信息传送到载波光源控制电路23，其后载波光源控制电路23将控制信息调制到LED可见光信号上，并将LED可见光信号传送到LED照明灯26，最后，LED照明灯26将LED可见光信号传送到光通信节点3。

在以上的过程中，控制器11还可将传感信息传送到上行通信模块14，然后上行通信模块14将传感信息传送到业务处理系统进行处理，其后业务处理系统根据传感信息生成相应的控制信息后传送到控制器11，最后控制器11将控制信息传送到电力线载波通信模块12。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于可见光通信的井下无线通信系统，包括远程控制中心、多个LED可见光通信控制器、以及多个光通信节点，其特征在于，

所述远程控制中心与所述LED可见光通信控制器通过电力线载波连接；

所述LED可见光通信控制器和所述光通信节点通过LED可见光连接，

所述光通信节点设置于井下的移动或固定设备上，用于获取所述移动或固定设备采集的传感信息，并将所述传感信息以光信号的方式传送到所述LED可见光通信控制器；

所述LED可见光通信控制器用于将所述传感信息传送到所述远程控制中心；

所述远程控制中心用于根据所述传感信息对所述移动或固定设备进行控制；

所述远程控制中心包括控制器、电力线载波通信模块、通用输入输出设备以及上行通信模块；

所述LED可见光通信控制器包括电力线载波通信调制解调电路、微处理器、载波光源控制电路、光电接收解调电路、PIN光电传感器和LED照明灯；

所述PIN光电传感器用于从所述光通信节点获取光信号，并将所述光信号传送到所述光电接收解调电路；

所述光电接收解调电路用于对所述光信号进行解调，以获取传感信息，并将所述传感信息传送到所述微处理器；

所述微处理器用于对所述传感信息进行校验处理，并将校验处理后的传感信息传送到所述电力线载波通信调制解调电路；

所述电力线载波通信调制解调电路用于将校验处理后的传感信息调制为适合在电力线传输的载波信号，并将所述载波信号传送到所述电力线载波通信模块；

所述电力线载波通信模块用于将所述载波信号转换为传感信息，并将所述传感信息传送到控制器；

所述控制器用于根据所述传感信息生成控制信息，并将所述控制信息传送到所述电力线载波通信模块；

所述电力线载波通信模块还用于将所述控制信息以电力载波信号的方式传送到所述电力线载波通信调制解调电路；

所述电力线载波通信调制解调电路还用于对所述电力载波信号进行解调，以生成控制信息，并将所述控制信息传送到所述微处理器；

所述微处理器还用于对所述控制信息进行校验处理，并将校验处理后的控制信息传送到所述载波光源控制电路；

所述载波光源控制电路用于将控制信息调制到所述LED可见光信号上，并将所述LED可见光信号传送到所述LED照明灯；

所述LED照明灯还用于将所述LED可见光信号传送到所述光通信节点。

2.根据权利要求1所述的井下无线通信系统，其特征在于，

所述传感信息包括井下的环境信息、所述移动或固定设备的工况信息；

所述移动或固定设备包括采煤机、液压支架、刮板机、掘进机。

3.根据权利要求1所述的井下无线通信系统，其特征在于，所述校验处理包括循环冗余校验、前向纠错处理、Haming码校验。

4.根据权利要求1所述的井下无线通信系统，其特征在于，所述上行通信模块包括GPRS通信模块、通信模块以及以太网通信模块。

5.根据权利要求1所述的井下无线通信系统，其特征在于，

所述载波光源控制电路包括编码电路、LED光源调制驱动电路、功率驱动电路；

所述编码电路用于将所述控制信息编码成适合在可见光信道传输的数据流；

所述LED光源调制驱动电路用于将编码的数据流调制到控制所述LED照明灯闪烁的载波上；

所述功率驱动电路用于对调制后的载波信号进行功率放大，以保证输出的信号能驱动所述LED照明灯正常照明。

6.根据权利要求1所述的井下无线通信系统，其特征在于，

所述光电接收解调电路包括解调电路、自增益放大电路、滤波器、前置放大器、PIN光电传感器、以及光滤波器；

所述光滤波器用于滤除所述光信号中干扰较强的波段；

所述PIN光电传感器用于将滤除后的光信号转换为电信号；

前置放大器用于对所述电信号执行阻抗匹配和预防大；

所述滤波器用于滤除所述电信号中的干扰；

所述自增益放大电路用于将所述电信号放大到适宜检测的范围；

所述解调电路用于对所述电信号进行解调，并将解调后的电信号传输到所述微处理器进行控制和处理。

7.一种基于可见光通信的井下无线通信系统，包括远程控制中心、多个LED可见光通信控制器、以及多个光通信节点，其特征在于，

所述远程控制中心与所述LED可见光通信控制器通过电力线载波连接；

所述LED可见光通信控制器和所述光通信节点通过LED可见光连接，

所述光通信节点设置于井下的移动或固定设备上，用于获取所述移动或固定设备采集的传感信息，并将所述传感信息以光信号的方式传送到所述LED可见光通信控制器；

所述LED可见光通信控制器用于将所述传感信息传送到所述远程控制中心；

所述远程控制中心用于根据所述传感信息对所述移动或固定设备进行控制；

所述远程控制中心包括控制器、电力线载波通信模块、通用输入输出设备以及上行通信模块；

所述LED可见光通信控制器包括电力线载波通信调制解调电路、微处理器、载波光源控制电路、光电接收解调电路、PIN光电传感器和LED照明灯；

所述PIN光电传感器用于从所述光通信节点获取光信号，并将所述光信号传送到所述光电接收解调电路；

所述光电接收解调电路用于对所述光信号进行解调，以获取传感信息，并将所述传感信息传送到所述微处理器；

所述微处理器用于对所述传感信息进行校验处理，并将校验处理后的传感信息传送到所述电力线载波通信调制解调电路；

所述电力线载波通信调制解调电路用于将校验处理后的传感信息调制为适合在电力线传输的载波信号，并将所述载波信号传送到所述电力线载波通信模块；

所述电力线载波通信模块用于将所述载波信号转换为传感信息，并将所述传感信息传送到控制器；

所述控制器还用于将所述传感信息传送到所述上行通信模块；

所述上行通信模块用于将所述传感信息传送到业务处理系统进行处理；

所述业务处理系统用于根据所述传感信息生成相应的控制信息后传送到所述控制器；

所述控制器还用于将所述控制信息传送到所述电力线载波通信模块；

所述电力线载波通信模块还用于将所述控制信息以电力载波信号的方式传送到所述电力线载波通信调制解调电路；

所述电力线载波通信调制解调电路还用于对所述电力载波信号进行解调，以生成控制信息，并将所述控制信息传送到所述微处理器；

所述微处理器还用于对所述控制信息进行校验处理，并将校验处理后的控制信息传送到所述载波光源控制电路；

所述载波光源控制电路用于将控制信息调制到所述LED可见光信号上，并将所述LED可见光信号传送到所述LED照明灯；

所述LED照明灯还用于将所述LED可见光信号传送到所述光通信节点。

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