CN107864015A - 一种井下对讲系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种井下对讲系统，包括语音输入单元、放大单元、AD转换单元、编码单元、照明调制电路、照明单元、光集中器、光电检测器、放大器、解码单元、DA转换单元、功率放大单元和语音输出单元。发射端将采集到的模拟音频信号送入控制单元进放大、AD转换和曼彻斯特编码，数字信号加载到照明调制驱动电路。光集中器将光信号汇聚到光电检测器的光敏面上，光信号转换为电信号，再生为原始的曼彻斯特编码信号，接着通过控制单元对信号解码和DA转换。最后对信号放大加载到小喇叭上实现语音信号的还原。本发明利用LED响应灵敏度高、调制性能好的突出优点可以实现LED矿工灯可见光无线通信，而井下黑暗和反射强度小的背景条件有利于可见光的传输，可实现照明和通信两用。

Description

一种井下对讲系统

技术领域

本发明涉及通讯技术领域，具体涉及一种井下对讲系统。

背景技术

近年来，已经有采用蓝牙技术进行的井下近距离无线语音通信，但是蓝牙设备具有功耗高、通信距离短、易受干扰等缺点。其它近距离无线通信技术还有UWB(超宽带)技术、ZigBee(无线传感器)技术等。这些技术都属于射频无线通信，具有成本较高、不易安装和高功耗等缺点。且井下通信环境恶劣，空气中含有的大量煤矿粉尘、可燃气体和水汽会吸收无线电波，巷道空间狭小无线电波易受岩石和煤层的吸收反射。除此之外，矿井下还放置有开采设备和排风设施并且巷道顶部和四周分布着大量铁丝网，这些金属物体也会吸收和干扰射频信号，影响通信质量和传输距离。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种井下对讲系统。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种井下对讲系统包括发射端和接收端；

所述发射端包括语音输入单元、放大单元、AD转换单元、编码单元、照明调制电路、照明单元；

所述接收端包括光集中器、光电检测器、放大器、解码单元、DA转换单元、功率放大单元和语音输出单元；

语音输入单元用于收集需要传输的声音信号并将声音信号转换成模拟音频信号，放大单元对模拟音频信号进行放大，放大后的模拟音频信号通过AD转换单元转换为第一数字信号，编码单元对数字信号进行曼彻斯特编码生成第二数字信号，第二数字信号加载到照明调制电路，照明调制电路对发光单元发出的光进行调制使发明单元按要求进行发光；

光集中器将发光单元发出的光信号汇聚到光电检测器上被转换为电信号，该电信号经放大器、判决电路生成原始的曼彻斯特编码信号，解码单元对原始的曼彻斯特编码信号进行解码，解码生成的信号被DA转换单元转换为模拟信号，该模拟信号被功率放大单元放大输出至语音输出单元。

进一步，所述照明单元为LED。

进一步，所述的照明调制电路包括第一电容、第二电容、第一电阻、第二电阻和三极管，所述第二电容与第二电阻串联，第一电阻与第一电容并联后连接至第二电容与第二电阻的公共结点，所述第二电容并联于LED的正极与三极管的基极之间，所述第二电阻并联于三极管的基极与三极管的发射极之间，LED的负极与三极管的集电极连接。

进一步，所述语音输入单元为麦克风。

进一步，所述语音输出单元为喇叭。

进一步，所述光集中器包括第一凸透镜1、第二凸透镜3和光纤4，所述第一凸透镜汇聚照明单元的发出的光，所述第二凸透镜准直所述第一凸透镜汇聚的光线，所述光纤传输第二凸透镜透射的光线。

如上所述，本发明的一种井下对讲系统，具有以下有益效果：

本发明利用LED响应灵敏度高、调制性能好的突出优点可以实现LED矿工灯可见光无线通信，而井下黑暗和反射强度小的背景条件有利于可见光的传输，可实现照明和通信两用。

附图说明

图1显示为本发明一种井下对讲系统的原理框图；

图2显示为本发明一种井下对讲系统的照明调制电路的电路图；

图3显示为本发明一种井下对讲系统的光集中器结构图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图1所示，一种井下对讲系统包括发射端和接收端；

所述发射端包括语音输入单元、放大单元、AD转换单元、编码单元、照明调制电路、照明单元；

所述接收端包括光集中器、光电检测器、放大器、解码单元、DA转换单元、功率放大单元和语音输出单元；

语音输入单元用于收集需要传输的声音信号并将声音信号转换成模拟音频信号，放大单元对模拟音频信号进行放大，放大后的模拟音频信号通过AD转换单元转换为第一数字信号，编码单元对数字信号进行曼彻斯特编码生成第二数字信号，第二数字信号加载到照明调制电路，照明调制电路对发光单元发出的光进行调制使发明单元按要求进行发光；

光集中器将发光单元发出的光信号汇聚到光电检测器上被转换为电信号，该电信号经放大器、判决电路生成原始的曼彻斯特编码信号，解码单元对原始的曼彻斯特编码信号进行解码，解码生成的信号被DA转换单元转换为模拟信号，该模拟信号被功率放大单元放大输出至语音输出单元。

语音输入单元为一种能够对说话进行采集的功能设备，语音输出单元为一种对说话进行输出的设备。

在本实施例中，所述语音输入单元为麦克风，所述语音输出单元为喇叭。所述照明单元为LED。

根据矿井下特殊环境和白光LED可见光通信技术的特点，本发明提供了一种兼具照明和语音通信功能的对讲系统。该系统安装在矿工灯帽上，矿工利用这种帽子进行照明和语音通信。当两位矿工需要通信时，通过麦克风说话，将麦克风的语音信号调制到矿工帽的LED灯发射；照射到对方矿工帽顶的光接收机上，转换为电信号，经过处理还原为语音信号，实现通信。系统工作原理:语音模拟信号转换为数字信号，然后对信号编码以适合系统传输，编码信号调制到LED上，通过可见光(波长为380～780nm)载波发送出去；光信号经空间信道传输，被接收机接收进行光电转换，随后电信号被还原为原始编码数字信号，最后信号经解码和数模转换变为语音模拟信号。系统在通信时，不影响照明；不通信时，通信模块进入休眠状态(降低系统功耗)，不影响LED矿工灯照明。

要实现LED矿灯上实现照明和通信两用，需要对LED矿灯的驱动电路进行改进，以完成照明和调制功能以及切换。当有语音信号时，LED实现照明和通信两用；当无语音信号时，LED尽最大效率照明，具体电路图如图2所示。

如图2所示，所述的照明调制电路包括第一电容、第二电容、第一电阻、第二电阻和三极管，所述第二电容与第二电阻串联，第一电阻与第一电容并联后连接至第二电容与第二电阻的公共结点，所述第二电容并联于LED的正极与三极管的基极之间，所述第二电阻并联于三极管的基极与三极管的发射极之间，LED的负极与三极管的集电极连接。

当信号为1时，LED两端的电压高于Vg，LED发亮；当信号为0时，LED两端的电压低于Vg，LED熄灭。并且当无信号时，照明电路要保证LED正常照明。照明调制电路工作流程为:当无信号时，调制电路断开、照明电路工作；而有信号时，照明电路断开、调制电路工作。

图3为光集中器结构图，如图所示，所述光集中器包括第一凸透镜1、第二凸透镜3和光纤4，所述第一凸透镜汇聚照明单元的发出的光，所述第二凸透镜准直所述第一凸透镜汇聚的光线，所述光纤传输第二凸透镜透射的光线。

自然光2照射到第一凸透镜1上，由于太阳光等自然光距离地球很远，可以把太阳光看成是平行光线，根据光学原理，平行光线经过凸透镜1折射后汇聚到第一凸透镜1的焦点6处，然后再使用一个光学面远小于第一凸透镜1的第二凸透镜3接收汇聚的光，为了使经过第二凸透镜3的光线成为汇聚的平行光7,需要将第二凸透镜3的焦点与第一凸透镜1的凸透镜焦点重合，光学轴线重合，如图中的焦点6处。然后将从第二凸透镜3射出的平行光7导入一束光纤或光缆4中进行传输，由于入射光线为平行光线，直射入光导传输的光纤或光缆4中，可以保证在光纤或光缆4中的管壁上实现完全全反射，提高传输效率，同时从光纤或光缆4射出的光线5就是经过汇聚收集和传输得到的一束高亮度光。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (6)

1.一种井下对讲系统，其特征在于：包括发射端和接收端；

所述发射端包括语音输入单元、放大单元、AD转换单元、编码单元、照明调制电路、照明单元；

所述接收端包括光集中器、光电检测器、放大器、解码单元、DA转换单元、功率放大单元和语音输出单元；

语音输入单元用于收集需要传输的声音信号并将声音信号转换成模拟音频信号，放大单元对模拟音频信号进行放大，放大后的模拟音频信号通过AD转换单元转换为第一数字信号，编码单元对数字信号进行曼彻斯特编码生成第二数字信号，第二数字信号加载到照明调制电路，照明调制电路对发光单元发出的光进行调制使发明单元按要求进行发光；

光集中器将发光单元发出的光信号汇聚到光电检测器上被转换为电信号，该电信号经放大器、判决电路生成原始的曼彻斯特编码信号，解码单元对原始的曼彻斯特编码信号进行解码，解码生成的信号被DA转换单元转换为模拟信号，该模拟信号被功率放大单元放大输出至语音输出单元。

2.根据权利要求1所述的一种井下对讲系统，其特征在于：所述照明单元为LED。

3.根据权利要求1所述的一种井下对讲系统，其特征在于：所述的照明调制电路包括第一电容、第二电容、第一电阻、第二电阻和三极管，所述第二电容与第二电阻串联，第一电阻与第一电容并联后连接至第二电容与第二电阻的公共结点，所述第二电容并联于LED的正极与三极管的基极之间，所述第二电阻并联于三极管的基极与三极管的发射极之间，LED的负极与三极管的集电极连接。

4.根据权利要求1所述的一种井下对讲系统，其特征在于：所述语音输入单元为麦克风。

5.根据权利要求1所述的一种井下对讲系统，其特征在于：所述语音输出单元为喇叭。

6.根据权利要求1所述的一种井下对讲系统，其特征在于：所述光集中器包括第一凸透镜(1)、第二凸透镜(3)和光纤(4)，所述第一凸透镜汇聚照明单元的发出的光，所述第二凸透镜准直所述第一凸透镜汇聚的光线，所述光纤传输第二凸透镜透射的光线。