CN103888160A - 高穿透性无线通信控制装置及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无线通信控制装置及其工作方法，包括：无线发射器和若干无线接收器，所述无线发射器包括：主控模块，该主控模块用于预设并通过一发射模块发射该无线发射器和所要建立通信的无线接收器的地址编码信息；所述无线接收器包括：从控模块，该从控模块通过一接收模块接收所述发射模块发射的地址编码信息，该地址编码信息与预设的该无线接收器和所述无线发射器的地址编码匹配后，建立无线通信。本发明通过主、从控模块通过设定地址编码建立通信连接，相比采用固定地址码的传统方式，本发明不仅大大降低了系统地址的重复性，使得系统的使用和维护更加灵活。

Description

高穿透性无线通信控制装置及其工作方法

技术领域

本发明涉及电子通信领域，特别涉及无线通信领域，具体指一种高穿透性无线通信控制装置及其工作方法。

背景技术

煤炭是我国经济发展的重要能源，在我国，由于受到地质条件的制约，煤矿开采主要以地下矿井为主。矿井深达数百米，作业巷道多，工作环境恶劣，经常发生井下事故。迄今为止，我国煤矿井下主要以有线通信的方式为主，当煤矿井下发生爆炸，坍塌事故，容易造成通信线缆中断。因此，为了矿井的安全生产和事故后有效的救援，解决无线通信是一个关键问题。

目前，矿井无线通信的主要形式有动力线载波通信、漏泄无线通信和感应通信等。动力线载波通信在矿井架线电机车上有所应用。但因传输阻抗匹配困难和抗干扰性能差，至今性能尚未完善。漏泄无线通信是利用漏泄电缆在巷道中起到长天线的作用，实现移动电台之间或与基站之间的可逆耦合，已获得较好的通信质量；其缺点是系统造价昂贵，又需敷设装用传输线，传输线假设和维护需要花费一定的代价，且离开了漏泄电缆的覆盖区域(如作业面)就不起作用了。感应通信是利用电磁感应原理实现的通信，发射机的天线尺寸较大，传输参数不稳定和干扰噪声大，使用率并不高。

由于矿井井下是由岩壁组成的相对封闭的限定空间，电磁波的传播受到岩壁的限制，传输衰减很大，而发射功率又受到易爆环境的制约。因此，煤矿井下选择低功耗的无线通信方式是必然趋势。

发明内容

本发明的目的是提供一种无线通信控制装置，该无线通信控制装置通过设定地址编码信息的方式建立通信，解决了采用固定地址码方式时，系统地址的容易出现重复的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种无线通信控制装置，包括：无线发射器和若干无线接收器，所述无线发射器包括：主控模块，该主控模块用于预设并通过一发射模块发射该无线发射器和所要建立通信的无线接收器的地址编码信息；所述无线接收器包括：从控模块，该从控模块通过一接收模块接收所述发射模块发射的地址编码信息，该地址编码信息与预设的该无线接收器和所述无线发射器的地址编码匹配后，建立无线通信。

进一步，为了根据通信距离调节发射模块的发射功率，所述无线发射器还包括：与所述主控模块相连的第一无线测距模块，所述无线接收器还包括：与所述从控模块相连的第二无线测距模块，所述发射模块包括：功率调节单元，所述主控模块适于通过第一无线测距模块检测与所要建立通信的无线接收器的通信距离，并根据该通信距离控制功率调节单元的发射功率。

进一步，调节发射模块的发射功率的方式可以采用提高甚低频发射天线输入电流的方式，即，所述发射模块还包括：与所述功率调节单元相连的调制单元，该调解单元包括有与甚低频发射天线相连的阻抗匹配电路；所述主控模块根据通信距离控制功率调节单元产生相应的电流流入甚低频发射天线，且通过甚低频发射天线实现了甚低频信号的发送，信号的穿透能力强。

进一步，为了提高无线接收器的接收能力，抗干扰，所述无线接收器还包括甚低频接收天线、与该甚低频接收天线相连的抗干扰单元、与该抗干扰单元相连的低噪放大器单元、与该低噪放大器单元相连的多级滤波器单元、与该多级滤波器单元相连的解调单元，与该解调单元相连的多级放大单元，该多级放大单元与所述从控模块相连。

为了解决上述技术问题，本发明在上述技术方案的基础上，还提供了一种无线通信控制装置的工作方法，其中，所述无线通信控制装置包括：无线发射器和若干无线接收器，所述工作方法，包括如下步骤：

步骤S100所述无线发射器预设并通过一发射模块发射该无线发射器和所要建立通信的无线接收器的地址编码信息。

步骤S200所述无线接收器通过一接收模块接收所述发射模块发射的地址编码信息，该地址编码信息与预设的该无线接收器和所述无线发射器的地址编码匹配后，建立无线通信。

进一步，为了根据通信距离调节发射模块的发射功率，所述无线发射器、无线接收器分别通过内设的无线测距模块获得无线通信距离，并通过该距离控制所述无线发射器中主控模块调节该无线发射器中发射模块的功率调节单元的发射功率。

进一步，调节发射模块的发射功率的方式可以采用提高甚低频发射天线输入电流的方式，即。所述发射模块还包括：与所述功率调节单元相连的调制单元，该调解单元包括有与甚低频发射天线相连的阻抗匹配电路；所述发射功率的调节方法包括：所述主控模块根据通信距离控制功率调节单元产生相应的电流流入甚低频发射天线，且通过甚低频发射天线实现了甚低频信号的发送，信号的穿透能力强。

本发明的技术效果：(1)本发明通过主、从控模块通过设定地址编码建立通信连接，相比采用固定地址码的传统方式，本发明不仅大大降低了系统地址的重复性，使得系统的使用和维护更加灵活；(2)通过测距模块进行测距，并根据获得距离调节功率调节单元的发射功率，即实现了功耗与通信距离相匹配，以降低该无线发射器的功耗，提高使用周期；(3)本发明工作在甚低频频段，所述无线发射器的发射信号的穿透能力强，无线接收器将抗干扰单元、低噪放大器单元、多级滤波器单元相结合，该无线接收器具有灵敏度高、抗干扰性好的特点。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1本发明的无线发射器的原理结构示意图；

图2本发明的无线接收器的原理结构示意图；

图3本发明的实施例场景示意图；

图4本发明的无线发射器的主控模块的软件流程图；

图5本发明的无线接收器的从控模块的软件流程图。

其中，甚低频发射天线1、甚低频接收天线2、无线发射器100、无线接收器200、地层300、岩壁301。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

实施例1

图1示出了本发明中所述无线发射器原理结构示意图。

图2示出了本发明中所述无线接收器原理结构示意图。

如图1和图2所示，一种无线通信控制装置，包括：无线发射器100和若干无线接收器200，所述无线发射器100包括：主控模块，该主控模块用于预设并通过一发射模块发射该无线发射器100和所要建立通信的无线接收器200的地址编码信息；所述无线接收器200包括：从控模块，该从控模块通过一接收模块接收所述发射模块发射的地址编码信息，该地址编码信息与预设的该无线接收器200和所述无线发射器100的地址编码匹配后，建立无线通信。图1和图2中，所述主控模块包括：主处理器、存储器；所述从控模块包括：从处理器、存储器。

在实施例1中，所述主控模块、从控模块也可以采用带有存储空间的处理器，例如ARM系列、stc系列的处理器。

所述主控模块可以根据需要设置接收机地址，单个无线发射器100可以控制多个无线接收器200，也可以多个无线发射器100控制单个无线接收器200或多个无线接收器200，真正实现了单对单，多对单，多对多的通信控制；还可以根据需要，发送控制命令码和可显示文本信息，用于远程控制或显示通信。

所述无线通信控制装置工作时，有以下三种工作状态：(1)未使用状态：无线发射器100未对无线接收器200进行地址编码。

(2)地址编码状态：利用无线发射器100对无线接收器200进行地址编码，设置无线接收器200地址并告知无线发射器100地址。

(3)通信控制状态：地址编码完成后，无线发射器100通过用户接口模块接收用户的输入信息，并对用户输入信息进行纠错编码、加密加扰等相关处理后向无线接收器200发送。

对该实施例1进行拓展，根据通信距离以调节功率调节单元的发射功率，以实现最大限度节约电能，提高移动性；其具体方案包括：所述无线发射器100还包括：与所述主控模块相连的第一无线测距模块，所述无线接收器200还包括：与所述从控模块相连的第二无线测距模块；即第一、第二无线测距模块遵循IEEE802.15.4a协议标准、采用SDS-TWR定位算法，实现计算无线发射器100与无线接收器200之间的通信距离；所述发射模块包括：功率调节单元，所述主控模块适于通过第一无线测距模块检测与所要建立通信的无线接收器200的通信距离，并根据该通信距离控制功率调节单元的发射功率。

进一步，根据通信距离以调节功率调节单元的发射功率的技术方案还可以采用：所述发射模块还包括：与所述功率调节单元相连的调制单元，该调解单元包括有与甚低频发射天线1相连的阻抗匹配电路；所述主控模块根据通信距离控制功率调节单元产生相应的电流流入甚低频发射天线1；所述甚低频发射天线1采用直径3m，16匝的环形天线。

如图2所示，所述无线接收器200还包括甚低频接收天线2、与该甚低频接收天线2相连的抗干扰单元、与该抗干扰单元相连的低噪放大器单元、与该低噪放大器单元相连的多级滤波器单元、与该多级滤波器单元相连的解调单元，与该解调单元相连的多级放大单元，该多级放大单元与所述从控模块相连。所述低噪放大器单元可以采用武斌等发表于电子工程师2006年1月第32卷第1期的《超低频放大器的低噪声和抗干扰设计与实现》中的超低频低噪声放大器设计电路。所述多级放大单元可以采用由集成运放构成的多级放大单元。

所述无线发射器100和接收器均采用9V小电池组成的电池组供电，无线接收机采用单节9V电池功能，装置所有器件都采用低功耗器件，耗电小。

对于无线发射器100中的存储器，该存储器保存无线发射器100自身地址信息、无线接收器200的地址信息以及用户输入信息，提供给主处理器使用。

对于无线接收器200中的存储器，该存储器用于保存无线接收器200自身地址信息、无线发射器100的地址信息以及接收到的数据，提供给从处理器使用。

实施例2

在上述实施例1的基础上的一种无线通信控制装置的工作方法，其中，所述无线通信控制装置包括：无线发射器100和若干无线接收器200。

所述工作方法包括建立无线通信的方法，该建立无线通信的方法包括如下步骤：

步骤S100所述无线发射器100预设并通过一发射模块发射该无线发射器100和所要建立通信的无线接收器200的地址编码信息；

步骤S200所述无线接收器200通过一接收模块接收所述发射模块发射的地址编码信息，该地址编码信息与预设的该无线接收器200和所述无线发射器100的地址编码匹配后，建立无线通信。

所述建立无线通信的方法的具体的实施步骤如下：

在无线发射器100和无线接收器200之间通信之前，必须建立起二者之间的关联，该关联即通过地址编码功能实现，具体实现操作过程如下：

将无线接收器200摆放在无线发射器100附近1m范围内，打开无线发射器100和无线接收器200，将二者都设置为地址编码模式。在无线发射器100端，通过用户输入接口模块向无线发射器100输入所要设置的无线发射器100和无线接收器200地址，无线发射器100将用户输入的地址放入存储器中，按下发射按钮。在无线接收器200端，设置完地址编码模式后，会进入接收信号等待状态，当接收到正确的地址编码信息后，将地址放入存储器中，同时地址编码成功指示灯变亮，表示地址编码成功。

(2)在无线发射器100端，用户通过用户输入接口输入控制命令或文本信息，无线发射器100端的主处理器根据用户输入信息，从存储器中获得先前地址编码阶段所存储的地址码，产生相应的信息，然后主处理器对信息进行纠错编码，并根据保密需要进行加密、扰乱处理，得到加密加扰后的信号；

(3)将加密加扰后的信号进行信号放大处理，然后调制，最后通过环形天线发射出去。

(4)在无线接收器200端，当接收器天线感应到无线发射器100发射的射频信号后，经过抗干扰单元进行干扰噪声的预滤除处理，然后经过低噪放大器进行信号放大，接着经过多级滤波陷波单元处理，经过解调放大到达控制单元进行后续处理；

(5)在无线接收器200端，处理单元对经过接收模块后的信号进行去扰解密处理，并进行校验纠错处理。随后处理单元对处理后的信息进行分析，与先前地址编码阶段存储器中存储的地址信息进行对比，判断信息中是否存在与存储器中相同的地址信息，若存在，表示该无线接收器200即为无线发射器100所要发送信息的目的接收器；若不存在对应关系，则不进行后续处理；

(6)当信息中的地址信息与存储器中的一致，处理单元剥除信息中的地址部分，得到原始信息，处理单元根据原始信息进行后续操作，当原始信息为命令控制信息，则输出到其它外接设备，如机器人控制命令、电雷管点火命令等；当原始信息为文本信息时，则输出到显示单元。

上述步骤为该高穿透性无线通信控制装置的正常使用流程。步骤(1)对无线发射器100和无线接收器200的地址进行设置，而不是固定地址，使得地址的使用和维护更加灵活。无线发射器100的主处理器对信息信号进行纠错编码、加密、加扰，不依赖于无线发射器100发射模块的通用编码，通信安全性进一步增加。

为了更加清楚的描述所述无线通信控制装置的从建立通信到进行控制的工作方法，现对该工作方法进行详细描述，其包括以下步骤：

步骤一：无线发射器100在向无线接收器200发起通信之前，使用地址编码操作来设定无线接收器200的地址。所述的地址编码操作包括以下步骤：

(1)将无线发射器100和无线接收器200都设定到地址编码模式，用户根据需要设定无线接收器200的地址。

(2)触发无线发射器100发射开关，无线发射器100上的指示灯开始闪烁，指示正在对无线接收器200进行地址编码。

(3)无线接收器200收到地址编码后，地址编码完成指示灯将会点亮，指示地址编码完成；可以同时对多个无线接收器200进行地址编码。

步骤二：无线发射器100通过用户接口模块接收用户的输入信息，其中的主处理器根据用户的输入信息，进行发射信息的编译转换操作。

步骤三：无线发射器100将主处理器编译转换好的发射信息经过信号放大，调制后通过天线以无线射频的方式发出。

步骤四：无线发射器100发送的射频信号经过通信链路到达无线接收器200天线端，天线接收下的信号经过干扰控制、低噪放大器放大，滤波器滤波陷波，选频解调，二级放大后，恢复出信息信号。

步骤五：无线接收器200从处理器将接收模块接收到的信息信号进行反编译转换操作，还原出原始信息信号。

步骤六：无线接收器200从处理器根据原始信息信号完成相关操作或输出到显示单元，显示接收信息。

上述无线通信控制的方法，步骤二对用户输入信息进行编译转换操作包括以下步骤：

(1)无线发射器100上的主处理器根据用户的输入信息，从存储器模块中取得先前地址编码阶段设定的无线接收器200的地址，产生发送信息。

(2)上述发送信息内容包括无线发射器100地址、无线接收器200地址和用户输入信息，主处理器根据发送信息产生相应的纠错编码。

(3)发送信息中有标识是否加密的指示位，可以根据发送信息的保密要求，对发送信息进行加密、扰乱处理，完成发送信息的编译转换操作。

上述无线通信控制的方法，步骤五对无线接收器200接收模块接收到的信息进行反编译转换操作包括以下步骤：

(1)根据接收到的信息加密指示位，判断信息是否加密加扰，若加密加扰，则进行信号的解扰，解密操作；若没有加密加扰，执行下一操作；

(2)无线接收器200上的从处理器对步骤(五)中得到的信息进行校验纠错处理，还原得到原始信息，包括无线发射器100地址、无线接收器200地址和用户发送信息。完成信息的反编译转换操作。

上述无线通信控制的方法，所述步骤六中的无线接收器200的从处理器根据原始信息信号完成相关操作或输出到显示单元，包括以下步骤：

(1)若用于远程无线控制，原始信息信号可以是控制指令，如控制水下机器人作业，远程控制爆破装置等；

(2)若用于通信，如煤矿井下，原始信息信号可以是文本，接收器显示单元显示文本信息，用于向煤矿井下人员播发通知、应急通信等任务。

所述工作方法还包括适于根据距离功率调节单元的发射功率的方法，该方法包括：所述无线发射器100、无线接收器200分别通过内设的无线测距模块获得无线通信距离，并通过该距离控制所述无线发射器100中主控模块调节该无线发射器100中发射模块的功率调节单元的发射功率。

具体的，所述发射模块还包括：与所述功率调节单元相连的调制单元，该调解单元包括有与甚低频发射天线1相连的阻抗匹配电路；所述发射功率的调节方法包括：所述主控模块根据通信距离控制功率调节单元产生相应的电流流入甚低频发射天线1。

实施例3

图3示出了一种地层中使用该无线通信控制装置进行爆破控制的示意图。

如图3所示，一个无线发射器100控制两个无线接收器200，一个用于通信，一个用于爆破控制。

本实施例中，所述主处理器采用高效率、精简指令集结构的微处理器。存储器采用芯片AT2401，AT2401是一种EEPROM，具有掉电数据不丢失功能，用于存储无线发射器100地址、无线接收器200地址以及用户输入信息等数据。用于接口模块利用串口连接移动笔记本电脑和无线发射器100，用户利用移动笔记本电脑上的用户控制程序向主处理器发送数据，主处理器对数据进行纠错编码、加密、加扰等处理，然后发送到发射模块发射出去。

本实施例中，从处理器同样采用高效率、精简指令集结构的微处理器。存储器同样采用芯片AT2401，用于存储无线发射器100地址码、无线接收器200自身地址码以及接收数据等。当无线接收器200接收到正确的信号时，信号经过解调处理后，从处理器进行校验纠错、解密去扰等处理，随后根据使用实际情况，当用于通信时，输出为显示信号；当用于远程控制时，输出为控制命令、点火命令等，用于远程控制引机器人作业、引爆炸药等。

实施例4

图4示出了本发明的无线发射器的主控模块的软件流程图。

所述主控模块的控制包括如下步骤：

(1)系统初始化

完成程序变量初始化和CPU各资源初始化；

(2)判断是否有中断到达

将各任务划分为三种中断，用户输入中断、地址编码中断和通信控制中断。根据实际判断那种中断到达；

(3)用户输入中断

当进入用户输入中断，从串口接收用户输入信息，并存入存储器中；

(4)地址编码中断

当无线发射器100设置为地址编码时，从存储器中取出编码地址，进行纠错编码，然后发送出去；

(5)通信控制中断

当无线发射器100设置为通信控制时，从存储器中取出地址和待发送数据，根据保密要求进行纠错编码加密加扰处理，然后发送出去；

(6)休眠模式

所有中断结束，主处理器进入休眠模式，直到下一次中断到达。

图5示出了本发明的无线接收器200的从控模块的软件流程图。

所述从控模块的控制包括如下步骤：

(1)系统初始化

完成程序变量初始化和CPU各资源初始化；

(2)判断是否按键

判断无线接收器200上是否有按键操作，当有按键操作时，根据当前设置的模式，进行相关设置，设置完毕，进入休眠模式；当没有按键操作时，判断是否有数据到达；

(3)判断是否有数据到达

当没有按键操作时，判断是否有数据到达，当没有数据到达时，系统进入休眠模式；当有数据到达时，进入下一步；

(4)模式判断

当有数据到达时，判断无线接收机模式；

(5)地址编码模式

当无线接收器200设置为地址编码模式时，判断接收到的数据是否为地址编码，是，则将编码地址存入存储器中，否则，系统进入休眠模式；

(6)通信控制模式

当无线接收器200设置为通信控制模式时，判断接收到的数据的地址是否与无线接收器200存储器中的地址一致，如果一致，则进行数据校验纠错，解密去扰以及分析处理；判断数据为控制命令还是通信数据，然后输出；当接收到的地址信息与存储器中存储地址不一致时，系统进入休民模式；

(7)休眠模式

系统进入低功耗状态，当无线接收器200上有按键操作或者有数据到达时，系统跳出休眠模式。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (7)

1.一种无线通信控制装置，其特征在于，包括：无线发射器和若干无线接收器，

所述无线发射器包括：主控模块，该主控模块用于预设并通过一发射模块发射该无线发射器和所要建立通信的无线接收器的地址编码信息；

所述无线接收器包括：从控模块，该从控模块通过一接收模块接收所述发射模块发射的地址编码信息，该地址编码信息与预设的该无线接收器和所述无线发射器的地址编码匹配后，建立无线通信。

2.根据权利要求1所述的无线通信控制装置，其特征在于，

所述无线发射器还包括：与所述主控模块相连的第一无线测距模块，

所述无线接收器还包括：与所述从控模块相连的第二无线测距模块，

所述发射模块包括：功率调节单元，所述主控模块适于通过第一无线测距模块检测与所要建立通信的无线接收器的通信距离，并根据该通信距离控制功率调节单元的发射功率。

3.根据权利要求2所述的无线通信控制装置，其特征在于，所述发射模块还包括：与所述功率调节单元相连的调制单元，该调解单元包括有与甚低频发射天线相连的阻抗匹配电路；

所述主控模块根据通信距离控制功率调节单元产生相应的电流流入甚低频发射天线。

4.根据权利要求3所述的无线通信控制装置，其特征在于，所述无线接收器还包括甚低频接收天线、与该甚低频接收天线相连的抗干扰单元、与该抗干扰单元相连的低噪放大器单元、与该低噪放大器单元相连的多级滤波器单元、与该多级滤波器单元相连的解调单元，与该解调单元相连的多级放大单元，该多级放大单元与所述从控模块相连。

5.一种无线通信控制装置的工作方法，

所述无线通信控制装置包括：无线发射器和若干无线接收器，

所述工作方法，包括如下步骤：

步骤S100所述无线发射器预设并通过一发射模块发射该无线发射器和所要建立通信的无线接收器的地址编码信息；

步骤S200所述无线接收器通过一接收模块接收所述发射模块发射的地址编码信息，该地址编码信息与预设的该无线接收器和所述无线发射器的地址编码匹配后，建立无线通信。

6.根据权利要求5所述的无线通信控制装置的工作方法，其特征在于，

所述无线发射器、无线接收器分别通过内设的无线测距模块获得无线通信距离，并通过该距离控制所述无线发射器中主控模块调节该无线发射器中发射模块的功率调节单元的发射功率。

7.根据权利要求6所述的无线通信控制装置的工作方法，其特征在于，

所述发射模块还包括：与所述功率调节单元相连的调制单元，该调解单元包括有与甚低频发射天线相连的阻抗匹配电路；

所述发射功率的调节方法包括：所述主控模块根据通信距离控制功率调节单元产生相应的电流流入甚低频发射天线。

Images