CN111432446A - 一种井下无人驾驶无线通讯盲区补偿设备 - Google Patents

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张利
帅根来
刘阳
李业鹏
任莹莹
谭满旭
樵永锋
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Dongfang Measurement & Control Technology Co ltd
Dandong Dongfang Measurement and Control Technology Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种井下无人驾驶无线通讯补偿设备，属于井下有轨运输无人驾驶系统通信领域，是无线通信的一种辅助手段。利用本设备可以解决无人驾驶系统无线通讯覆盖效果不佳或存在盲区的问题。本发明主要由POE接口、供电电源、网络转换、433M通讯单元四部分组成。POE接口完成对供电电源的供给和提供以太网数据的传输链路；供电电源通过反激隔离功能实现对网络转换、433M通讯单元的供电需求；网络转换完成对以太网数据协议解析以及对433M通讯单元的底层驱动；433M通讯单元采用低频段，低功耗、多通道、非透明加密的无线通信模式，实现对无人驾驶系统服务器自动控制信息的下发和电机车自身状态信息的上载。

Description

一种井下无人驾驶无线通讯盲区补偿设备
技术领域
本发明涉及金属矿山井下无线通信领域，尤其涉及一种井下无人驾驶无线通讯盲区补偿技术。
背景技术
目前，金属矿山井下有轨运输无人驾驶系统如雨后春笋般出现，而无线通信技术作为无人驾驶系统中的重中之重，仍存在许多较为复杂的问题。例如，通讯设备布设较远，则表现为信号强度弱、时延长、丢包率高；通讯设备布设较近，则表现为同频干扰、多径效应严重。同时，井下无人驾驶系统无线通信手段较为单一，通讯频段多采用2.4G或5.8G两种模式，通讯信道也多用1、6、11三种信道。此种单一的通信方式，一旦出现故障，会导致无线网络瘫痪，这对井下有轨运输无人驾驶系统的安全性将是存在严重的隐患。
发明内容
一种井下无人驾驶无线通讯盲区补偿设备，是为了解决井下有轨运输无人驾驶系统无线通信网络效果不佳、存在盲区、通信结构及方式单一等问题。本发明作为无人驾驶系统通信辅助手段，具有无线信号覆盖强、多通道选择、低时延漫游切换等功能，其工作采用与现有无人驾驶系统通信基站相冗余的方式。
本发明主要由POE接口、供电电源、网络转换、433M通讯单元四部分组成。当无人驾驶无线通信系统检测出当前2.4G或5.8G通信效果不佳或存在网络盲区时，系统会通过智能冗余切换算法，将通信机制切换为无线通讯盲区补偿设备，切换时延小于100ms，此时无线通讯盲区补偿设备作为无线通信的主体，实现对电机车的自动控制。采用POE接口主要实现两个功能：第一、完成对本设备的供电；第二、提供以太网接口，实现将服务器下发的机车自动控制信息传输至网络转换环节。网络转换采用核心处理器STM32F407VGT6，通过POE解析协议，提取服务器下发的有效信息，并将该有效信息转换至支持433M通讯单元的形式，同时可对433M通讯单元进行底层驱动。433M通讯单元将接收到的服务器下发信息，通过433M通信频段、低功率唤醒、32个信道，非透明加密传输无线形式传输至电机车，从而实现对电机车的自动控制。本发明对于电机车上传机车状态数据的流程如上述一致。
本发明的特点及有益效果：本发明的特点是采用低频段、低功率唤醒、多隔离信道、智能冗余切换算法等通讯技术解决了由于通讯设备布设距离不合理而引起的信号强度弱、时延长、丢包率高、同频干扰和多径效应严重等问题。采用与现有无人驾驶系统通信基站相冗余的工作方式，解决单一通信手段不可靠、通信效果不理想的弊端。本发明的有益效果是保证了“智慧矿山”井下有轨运输无人驾驶系统在安全方面的可靠性，为井下安全生产、安全运行奠定了坚实的基础。
附图说明
图1 为井下无人驾驶无线通讯盲区补偿设备结构框图
图中：1、POE通讯接口，2、供电电源，3、网络转换接口，4、433无线通讯单元，5、433M天线，6、以太网传输线，7、无人驾驶系统通讯基站。
具体实施方式
为了能更清晰的理解本发明，下文将结合所附示意图阐述本发明的具体实施方式。
如图1所示本发明主要由POE接口（1）、供电电源（2）、网络转换（3）、433M通讯单元（4）、433M通讯天线组成，以太网传输线（6）、井下无人驾驶系统通讯基站（7）属于无线通讯盲区补偿设备挂接部分。
井下无人驾驶系统通讯基站（7）多采用2.4G或5.8G通讯通信模式，其往往存在无线信号覆盖不佳或者存在盲区、多径效应严重的情况，以上弊端常常会导致运行的电机车运行至此节点时出现通讯超时，使电机车处于脱网运行情况，存在极大的安全隐患。
本发明通过以太网传输线（6）将设备挂接在类似于此种通讯盲区或者网络故障的节点处。无人驾驶系统出现通讯超时报警后，系统会立即采用智能冗余切换算法，将通讯链路切换为至盲区补偿设备上。本发明POE接口（1）属于受电设备（PD），支持IEEE POE(+13W)协议，当本发明与井下无人驾驶系统通讯基站（7）通过POE接口（1）（供电设备 PSE）接通后，PSE会成为供电电源（2）的输入端。供电电源（2）采用宽压供电方式，输入电压范围 DC9-48V，输出电压 DC 5V,输出功率5W，供电对象主要为网络转换（3）和433M通讯单元（4），电源输入端和电源输出端采用反激隔离模式，对于负载端存在短路保护功能。
POE接口（1）除了供电电源功能外，还具有以太网数据传输功能。在通讯超时节点处，系统服务器下发的自动控制信息和机车上载的状态信息均会通过POE接口（1）发送至网络转换（3）。网络转换（3）核心处理器采用STM32F407VGT6，该核心处理器具有以太网接口和支持433M通讯单元（4）的异步串行接口。网络转换（3）通过POE解析协议，将系统服务器下发的机车自动控制信息和机车上载的状态信息提取出来，并通过对核心处理器的异步串行接口程序化，使其转换为支持433M通讯单元（4）的有效数据，同时，完成对433M通讯单元（4）的底层驱动。
网络转换（3）核心处理器将转换后的服务器下传的自动控制数据或机车上载的状态数据通过过异步串行接口（RS232链路）来唤醒433M通讯单元（4）。433M通讯单元（4）将接收的数据进行加密处理，并将加密之后的数据采用非透明的传输方式缓存至发送区。433M通讯单元（4）采用433M通讯频段，多达32个通讯信道，每个信道之间间隔1MHZ，且具有超低功耗。433M通讯单元（4）通过433M 频段、15 dbi 的全向天线将缓存区的数据发出后，便会再次进入休眠状态。433M通讯单元（4）的最大发射功率为30 dbi，井下巷道最大盲区补偿范围为200米。
当系统检测到井下无人驾驶系统通讯基站（7）信号强度和运行状态恢复正常后，通过智能冗余切换算法将通讯链路转换为2.4G或5.8G通讯模式，进行正常的井下无人驾驶系统通信传输。
本发明能够克服井下无人驾驶系统通讯基站（7）通信网络效果不佳、存在盲区、通信结构及方式单一等弊端，是无线通讯的一种辅助通讯方式。采用低频段、多信道通讯单元，区别于无人驾驶系统通讯基站（7）的通讯方式，来实现双网冗余，同时解决同频干扰、多径效应等问题。本发明为井下无人驾驶系统电机车的安全生产、安全运行奠定了坚实的基础，做出卓越贡献。
本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动和变形不脱离本发明的精髓和范围，仍属于本发明的权利要求和同等技术范围之内，则本发明意图包含这些改动和变型。

Claims (4)

1.一种井下无人驾驶无线通讯盲区补偿设备，其特征主要由POE接口（1）、供电电源（2）、网络转换（3）、433M通讯单元（4）四部分组成，安装方式采用挂接于井下无人驾驶系统现有通讯基站上（7）；所述的POE接口（1）和供电电源（2）是采用POE模式给无线通讯盲区补偿设备供电，供电电源（2）采用宽压输入，电源输入、电源输出采用反激隔离方式实现负载短路保护；所述的网络转换（3）是采用STM32F407VGT6为核心处理器，其具有以太网通讯与异步串行通讯接口，可实现对以太网通信协议解析和433M通讯单元（4）底层驱动；433M通讯单元（4）采用低频段，低功耗唤醒、多信道、非透明加密传输的无线通信模式，实现对无人驾驶系统服务器自动控制信息的下发和电机车自身状态信息的上载。
2.根据权利1所述的一种井下无人驾驶无线通讯盲区补偿设备，其特征在于所述的POE接口（1）和供电电源（2）是采用POE模式给无线通讯盲区补偿设备供电，供电电源（2）采用宽压输入，电源输入、电源输出采用反激隔离方式实现负载短路保护。
3.根据权利1所述的一种井下无人驾驶无线通讯盲区补偿设备，其特征在于所述的网络转换（3）是采用STM32F407VGT6为核心处理器，其具有以太网通讯与异步串行通讯接口，可实现对以太网通信协议解析和433M通讯单元（4）底层驱动。
4.根据权利1所述的一种井下无人驾驶无线通讯盲区补偿设备，其特征在于所述的433M通讯单元（4）采用低频段，低功耗唤醒、多信道、非透明加密传输的无线通信模式，实现对无人驾驶系统服务器自动控制信息的下发和电机车自身状态信息的上载。
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