CN113300726A - 射频信号发送模块、数据传输系统和方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种射频信号发送模块、数据传输系统和方法。该射频信号发送模块设置于盾构机舱内的刀盘上，该射频信号发送模块包括：二进制振幅键控调制单元，用于基于环境参数，以及所述环境参数与数据调制频率的预设对应关系，将待发送数据调制为与所述环境参数对应的频率，并将所述待发送数据输入至与所述频率对应的载波通道上；磁芯天线，用于接收所述载波通道上的所述待发送数据，将所述待发送数据由电信号转换为磁信号，并将所述待发送数据以磁信号的形式辐射出去。采用本申请提供的射频信号发送模块，可以能够实现在不同工况条件下盾构机舱内的可靠通信。

Description

射频信号发送模块、数据传输系统和方法

技术领域

本申请涉及电子通信技术，具体涉及一种射频信号发送模块、数据传输系统和方法。

背景技术

随着无线通信技术的飞速发展，无线通信技术在很多领域都发挥了很重要的作用，尤其是在盾构机舱中发挥了重要作用。

目前，在盾构机舱内设置无线通信方式是：通过在刀盘合适位置放置无线发送终端，在后舱盖设置相应的接收终端，即可实现刀盘向控制室的数据传输。但现有技术中的盾构机在施工的过程中，会遇到各种各样的地质结构，不同的工作环境中，盾构机舱内环境差异巨大，包括高压空气、泥土、碎岩、泥水及其混合物等，这就要求无线通信系统必须要在不同介质环境中，均可进行正常的通信，以保证系统的可靠性。然而，目前并没有这样可适用在不同介质环境中的均可正常通行的无线通信系统。

发明内容

本申请实施例的目的是提供一种射频信号发送模块、数据传输系统和方法，该射频信号发送模块能够实现在不同工况条件下盾构机舱内的可靠通信。

本申请的技术方案如下：

第一方面，提供了一种射频信号发送模块，该射频信号发送模块设置于盾构机舱内的刀盘上，

所述射频信号发送模块包括：

二进制振幅键控调制单元，用于基于环境参数，以及所述环境参数与数据调制频率的预设对应关系，将待发送数据调制为与所述环境参数对应的频率，并将所述待发送数据输入至与所述频率对应的载波通道上；

磁芯天线，用于接收所述载波通道上的所述待发送数据，将所述待发送数据由电信号转换为磁信号，并将所述待发送数据以磁信号的形式辐射出去。

第二方面，提供了一种数据传输系统，所述系统设置于盾构机舱内，该系统包括：如第一方面所述的射频信号发送模块，以及信号接收模块；

所述信号接收模块，用于接收所述射频信号发送模块发送的磁信号；

所述盾构机舱内包括：刀盘和后舱盖，所述射频信号发送模块设置于所述刀盘上，所述信号接收模块设置于所述后舱盖上。

第三方面，本申请实施例提供了一种数据传输方法，该数据传输方法应用于第一方面所述的射频信号发送模块，该方法包括：

二进制振幅键控调制单元基于所述当前环境参数，以及所述当前环境参数与数据调制频率的预设对应关系，将待发送数据调制为与所述当前环境参数对应的频率，并将所述待发送数据输入至与所述频率对应的载波通道上；

磁芯天线接收所述载波通道上的所述待发送数据，将所述待发送数据由电信号转换为磁信号，并将所述待发送数据以磁信号的形式辐射出去。

本申请的实施例提供的技术方案至少带来以下有益效果：

本申请实施例提供的射频信号发送模块，基于该射频信号发送模块中的二进制振幅键控调制单元，基于环境参数，以及环境参数与数据调制频率的预设对应关系，将待发送数据调制为与环境参数对应的频率，并将待发送数据输入至与频率对应的载波通道上，这样根据射频信号发送模块所处的环境参数，对应调整其对应的频率，增加了射频信号发送模块的鲁棒性，使射频信号发送模块更加适应于环境。射频信号发送模块中的天线是磁芯天线，该磁芯天线可将待发送数据由电信号转换为磁信号，很好的用于长波通信，具有很强的透地性，可在泥水等介质中进行远距离传播，很好的应用于复杂的环境，实现了可在不同介质环境中，均可进行正常的通信的效果，保证了通信的可靠性。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理，并不构成对本申请的不当限定。

图1是本申请实施例提供的射频信号发送模块的结构示意图一；

图2是本申请实施例提供的数据传输系统的结构示意图一；

图3是本申请实施例提供的数据传输系统的结构示意图二；

图4是本申请实施例提供的状态控制模块控制射频信号发送模块和信号接收模块的结构示意图；

图5是本申请实施例提供的状态控制模块控制射频信号发送模块和信号接收模块的流程示意图；

图6是本申请实施例提供的射频信号发送模块的结构示意图二；

图7是本申请实施例提供的射频信号发送模块对待处理数据进行发送的处理流程示意图；

图8是本申请实施例提供的射频信号发送模块的结构示意图三；

图9是本申请实施例提供的射频信号发送模块对待发送数据进行处理后得到的数据帧的结构示意图；

图10是本申请实施例提供的信号接收模块的结构示意图；

图11是本申请实施例提供的信号接收模块接收信号的流程示意图；

图12是本申请实施例提供的数据传输方法的流程示意图。

具体实施方式

为了使本领域普通人员更好地理解本申请的技术方案，下面将结合附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅意在解释本申请，而不是限定本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本申请的示例来提供对本申请更好的理解。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的例子。

基于背景技术可知，在现有技术中的盾构机在施工的过程中，会遇到各种各样的地质结构，不同的工作环境中，盾构机舱内环境差异巨大，包括高压空气、泥土、碎岩、泥水及其混合物等，这就要求无线通信系统必须要在不同介质环境中，均可进行正常的通信，以保证系统的可靠性。然而，目前并没有这样可适用在不同介质环境中的均可正常通行的无线通信系统。

为了解决上述问题，本申请提供了一种射频信号发送模块，该射频信号发送模块设置于盾构机舱内的刀盘上。具体的可参见如下实施例。

请参见图1，射频信号发送模块100包括：二进制振幅键控调制单元101和磁芯天线102。

其中，二进制振幅键控调制单元101用于基于环境参数，以及环境参数与数据调制频率的预设对应关系，将待发送数据调制为与环境参数对应的频率，并将待发送数据输入至与频率对应的载波通道上；磁芯天线102，用于接收载波通道上的待发送数据，将待发送数据由电信号转换为磁信号，并将待发送数据以磁信号的形式辐射出去。

其中，环境参数可以是当前盾构机所处的环境的参数，例如，当前盾构机所处的环境是水泥地质。

数据调制频率可以是待发送数据所要调制的频率，该频率可以与环境参数相对应。

在一个示例中，可以预先将环境参数与数据调制频率的对应关系进行存储。

待发送数据可以是需要发送的数据。具体的可以是获取到的刀盘的位置信息等数据。

在一个示例中，磁芯天线为一根低频磁芯天线，在一根磁棒上缠绕两组彼此不相连接的线圈，用于在空间中产生时变磁场，进而在一定方向上激励出电磁波。

在获取到环境参数后，根据环境参数，以及环境参数与数据调制频率的预设对应关系，可以将待发送数据调制为与环境参数对应的频率，然后将待发送数据输入至与频率对应的载波通道上。磁芯天线接收到载波通道上的待发送数据，将待发送数据由电信号转换为磁信号，并将待发送数据以磁信号的形式辐射出去。

这样根据射频信号发送模块所处的环境参数，对应调整待发送数据对应的频率，增加了射频信号发送模块的鲁棒性，使射频信号发送模块更加适应于环境。射频信号发送模块中的天线是磁芯天线，该磁芯天线可将待发送数据由电信号转换为磁信号，很好的用于长波通信，具有很强的透地性，可在泥水等介质中进行远距离传播，很好的应用于复杂的环境，实现了可在不同介质环境中，均可进行正常的通信的效果，保证了通信的可靠性。

本申请实施例提供的射频信号发送模块，基于该射频信号发送模块中的二进制振幅键控调制单元，基于环境参数，以及环境参数与数据调制频率的预设对应关系，将待发送数据调制为与环境参数对应的频率，并将待发送数据输入至与频率对应的载波通道上，这样根据射频信号发送模块所处的环境参数，对应调整其对应的频率，增加了射频信号发送模块的鲁棒性，使射频信号发送模块更加适应于环境。射频信号发送模块中的天线是磁芯天线，该磁芯天线可将待发送数据由电信号转换为磁信号，很好的用于长波通信，具有很强的透地性，可在泥水等介质中进行远距离传播，很好的应用于复杂的环境，实现了可在不同介质环境中，均可进行正常的通信的效果，保证了通信的可靠性。

根据背景知识可知，目前还没有可适用在不同介质环境中的均可正常通行的无线通信系统。故本申请在现有技术的基础上，提供了一种数据传输系统，该系统可适用在不同介质环境中正常通行，具体的可参见如下实施例。

请参见图2，本申请提供的数据传输系统1000包括：射频信号发送模块100和信号接收模块200。

其中，射频信号发送模块100为上述实施例中射频信号发送模块。

信号接收模块，用于接收射频信号模块100发送的磁信号。

在一个示例中，本申请提供的数据传输系统设置于盾构机舱内，盾构机舱的内部包括：刀盘和后舱盖。具体的可以是射频信号发送模块设置于刀盘上，信号接收模块设置于后舱盖上。

在一个示例中，磁芯天线包括磁棒，以及缠绕在所述磁棒上两组彼此不相连接对的线圈。

该磁芯天线可将待发送数据由电信号转换为磁信号，很好的用于长波通信，具有很强的透地性，可在泥水等介质中进行远距离传播，很好的应用于复杂的环境。

本申请实施例的技术方案，通过提供一种数据传输系统，基于数据传输系统中的射频信号发送模块中的二进制振幅键控调制单元根据环境参数，对应调整待发送数据对应的频率，增加了数据传输系统的鲁棒性，使数据传输系统更加适应于环境。射频信号发送模块中磁芯天线可将待发送数据由电信号转换为磁信号，很好的用于长波通信，具有很强的透地性，可在泥水等介质中进行远距离传播，很好的应用于复杂的环境，实现了可在不同介质环境中，均可进行正常的通信的效果，保证了通信的可靠性。

为了更好的阐述本申请提供的数据传输系统是如何将数据进行传输的，本申请还提供了数据传输系统的另一可实现方式，具体的可参见如下实施例。

请参见图3，本申请提供的数据传输系统还可以包括：上位机300、通信接口模块400和状态控制模块500。

其中，上位机300，用于响应于用户执行的数据处理操作，生成数据处理指令，并将所述数据处理指令发送至通信接口模块400。

通信接口模块400，与上位机通信连接，用于接收所述数据处理指令，并将所述数据处理指令发送至状态控制模块500。

状态控制模块500，分别与射频信号发送模块100、信号接收模块200和上位机300通信连接；用于基于所述数据处理指令，控制第一开关的开启，以使射频信号发送模块100处于工作模式；或者，用于基于所述数据处理指令，控制第二开关的开启，以使信号接收模块200处于工作模式。

其中，数据处理操作可以是用户在上位机上执行的对数据进行处理的操作，例如可以是用户在上位机上点击了对数据进行处理的控件。

数据处理指令可以是上位机响应于上述用户执行的数据处理操作，而生成的指令。

第一开关可以是一个开关，具体的可以是一个用于供电的开关，该开关可以用于控制是否给射频信号发送模块供电。

第二开关可以是一个开关，具体的可以是一个用于供电的开关，该开关可以用于控制是否给信号接收模块供电。

在一个示例中，通信接口模块可以有通用异步收发传输器(UniversalAsynchronous Receiver/Transmitter，UART)接口组成，用于传输数据及接收上位机指令(即数据处理指令)。

在一个示例中，通信接口模块可以具体用于：读取寄存器配置内容、修改寄存器配置、写入传输数据并发送和读取接收到的数据。

其中，寄存器配置内容可以为系统工作参数的配置信息，具体可以包括载波频率、同步段长度、识别段内容、比特率、符号速率、天线灵敏度等参数。

写入传输数据并发送指令可以包含发送指令(即发送数据处理指令)及待发送数据，系统在收到指令后，从上位机中读取待发送数据，并直接将读取的数据经过射频信号发送模块发送出去。

读取接收数据指令可以为读取当前在接收缓存区中的接收数据，如果有新数据接收则更新接收缓存区，否则读取上次接收的数据内容。

在一个示例中，状态控制模块由一块单片机芯片实现，其为控制整个数据传输系统的控制单元。

用户可在上位机上进行数据处理的操作，上位机响应于用户执行的数据处理操作，可生成数据处理指令，并将该数据处理指令发送至通信接口模块，通信接口模块接收到该数据处理指令后，将该数据处理指令发送至状态控制模块，状态控制模块可根据该数据处理指令，决定是控制开启第一开关还是第二开关，以使射频信号发送模块处于工作状态，或者以使信号接收模块处于工作状态。

本申请实施例的技术方案，通过上位机响应于用户执行的数据处理操作，可生成数据处理指令，并将该数据处理指令发送至通信接口模块，通信接口模块接收到该数据处理指令后，将该数据处理指令发送至状态控制模块，状态控制模块可根据该数据处理指令，决定是控制开启第一开关还是第二开关，以使射频信号发送模块处于工作状态，或者以使信号接收模块处于工作状态。这样通过上位机、通信接口模块、状态控制模块、射频信号发送模块和信号接收模块的相互作用，完成数据传输系统在不同介质环境下的正常通信。

上述实施例介绍了状态控制模块可控制射频信号发送模块和信号接收模块的工作状态，为了详细的介绍状态控制模块是如何控制射频信号发送模块和信号接收模块的工作状态的，本申请实施例还提供了数据传输系统的另一可实现方式，具体可参见如下实施例。

参见图4，第一开关可以设置在射频信号发送模块和电源之间中，第二开关可以设置在信号接收模块和电源之间。

请参见图5，当在接收到数据处理指令之前，射频信号发送模块和信号接收模块均处于低功耗模式下，即第一开关和第二个开关处于闭合的状态。当接收到数据处理指令后，状态控制模块判断数据处理指令是数据发送指令还是数据接收指令。

在确定数据处理指令为数据发送指令的情况下，状态控制模块开启第一开关，基于通信接口模块从上位机中获取待发送数据，并将待发送数据发送至射频信号发送模块，以使射频信号发送模块将待发送数据进行发送。状态控制模块，还用于在确定待发送数据发送完成的情况下，闭合第一开关，以使射频信号发送模块处于低功耗模式。

在确定数据处理指令为数据发送指令的情况下，状态控制模块控制开启第一开关，此时，射频信号发送模块处于工作状态下，从上位机中获取待发送数据，并将该待发送数据至射频信号发送模块，以使射频信号发送模块将待发送数据进行发送。

在确定待发送数据发送完成后，状态控制模块控制第一开关闭合，以使射频信号发送模块处于低功耗模式。

这样通过状态控制模块控制第一开关的开启和闭合，以此来控制当射频信号发送模块需要发送数据时，使其处于工作状态，当射频信号发送模块不工作时，使其处于低功耗模式下，这样可节省数据传输系统的电量，保证盾构机在隧道中的长时间施工，保证了数据传输系统的长时间续航能力。

在一个示例中，在状态控制模块从上位机中获取到待发送数据后，可将待发送数据暂存储在缓存区，具体的可以是暂存储在发送缓存区Tx_Buffer中，这样可从缓存区内获取待发送数据，然后将待发送数据发送至射频信号发送模块，以使射频信号发送模块将待发送数据进行发送，这样将数据暂存在发送缓存区可避免在数据传输过程中，由于通信连接断开而导致的数据丢失。

在确定数据处理指令为数据接收指令时，状态控制模块开启第二开关，基于信号接收模块接收待发送数据；状态控制模块，还用于在确定待发送数据接收完成的情况下，闭合第二开关，以使信号接收模块处于低功耗模式。

在确定数据处理指令为数据接收指令的情况下，状态控制模块控制开启第二开关，此时信号接收模块处于工作状态下，信号接收模块接收待发送数据。

在确定待发送数据接收完成后，状态控制模块控制第二开关闭合，以使信号接收模块处于低功耗模式。

这样通过状态控制模块控制第二开关的开启和闭合，以此来控制当信号接收模块需要接收数据时，使其处于工作状态，当信号接收模块不工作时，使其处于低功耗模式下，这样可节省数据传输系统的电量，保证盾构机在隧道中的长时间施工，保证了数据传输系统的长时间续航能力。

在一个示例中，在信号接收模块接收到待发送数据后，可将待发送数据暂存在缓存区，具体的可以是暂存在接收缓存区Rx_Buffer中，这样可从缓存区中获取接收的数据，并将接收的数据发送至上位机，以供上位机读取。

在一个示例中，由于被断开了电源，射频信号发送模块和信号接收模块被唤醒后需要重新对其进行配置，射频信号发送模块从低功耗模式唤醒的时间约为5.4us，唤醒后还需要重新配置时钟信息，因此规定从唤醒信号触发到上位机发送数据的时间不得短于10ms。

在一个示例中，信号接收模块同样需要重新配置，因此必须预留出足够的时间，以保证数据的正确接收，为了确保配置成功，规定至少预留出50ms的配置窗口，即从接收使能触发到接收数据到达的时间不少于50ms。

本申请实施例的技术方案，在接收到数据处理指令之前，射频信号发送模块和信号接收模块均处于低功耗模式下，当接收到数据处理指令后，判断数据处理指令的类型，根据数据处理指令的类型，对应开启射频信号发送模块或信号接收模块，使其处于工作状态，这样在射频信号发送模块和信号接收模块不工作时，使其处于低功耗模式，可以节省数据传输系统的电量，保证盾构机在隧道中的长时间施工，保证了数据传输系统的长时间续航能力。

在上述实施例中介绍了射频信号发送模块可用于发送待发送数据，为了详细介绍射频信号发送模块在接收到待发送数据后是如何处理的，本申请提供了数据传输系统的另一实现方式，具体可参见如下实施例。

请参见图6，射频信号发送模块还可以包括：数据加扰单元103、校验单元104、组帧单元105和场效应管106。

其中，数据加扰单元103，用于将上位机中的待发送数据进行随机化，得到随机化待发送数据；

校验单元104，与数据加扰单元电连接，用于对随机化待发送数据生成第一校验位；

组帧单元105，与校验单元电连接，用于将随机化待发送数据和第一校验位按预设格式进行组合，形成数据帧，并将数据帧发送至二进制振幅键控调制单元；

二进制振幅键控调制单元101，具体用于基于环境参数，以及环境参数与数据调制频率的预设对应关系，将数据帧调制为与环境参数对应的频率，并将数据帧输入至与频率对应的载波通道上；

场效应管106，与二进制振幅键控调制单元电连接，用于将载波通道中的数据帧放大，得到目标数据帧，并将目标数据帧发送至磁芯天线；

磁芯天线102，与场效应管106电连接，具体用于将目标数据帧由电信号转换为磁信号，并将目标数据帧以磁信号的形式辐射出去。

其中，随机化待发送数据可以是对待发送数据进行随机化后形成的数据。

第一校验位可以是校验单元针对随机化待发送数据生成的与随机化待发送数据对应的校验位。

数据帧可以是将随机化待发送数据和第一校验器以预设格式进行组合后所形成的数据。

目标数据帧可以是将载波通道中的数据帧进行放大后所形成的数据。

在一个示例中，场效应管可以是一个，也可以是多个。场效应管的输入为调制后的信号，输出为经过电流放大后的信号，可用于激励磁芯天线产生磁场，多个场效应管可以通过并联的方式进一步提高电流放大系数。

信号在发送过程中，首先由微控制单元产生对应频率的载波，然后将待发射信号作为开关输入，通过控制载波的通断来产生调制后的发射信号，并通过磁芯天线激励出时变磁场，从而产生电磁波发送出去。

在射频信号发送模块接收到待发送数据后，可参照图7中的流程进行处理，最后将待发送数据发射出去。

S710、从上位机中获取到待发送数据。

S720、数据加扰单元对待发送数据进行随机化。

数据加扰单元对待发送数据进行随机化，从而避免了出现连续的0或连续的1，可以优化发射信号的功率谱密度，方便接收端(即信号接收模块)进行解调。

S730、校验单元对随机化的待发送数据进行校验。

校验单元对随机化的待发送数据进行校验，具体的可以是进行循环冗余校验(Cyclic Redundancy Check，CRC)，其可以对待发送数据产生一组校验位，以便后续接收端可根据接收到的数据与校验位来判断接收的数据是否出错。

需要说明的是，CRC校验是本领域的现有技术，在此不做详细阐述。

S740、组帧单元对随机化待发送数据和第一校验位按预设格式进行组合，形成数据帧。

S750、二进制振幅键控调制单元将数据帧调制为与环境参数对应的频率，并将数据帧输入至与频率对应的载波通道上。

S760、场效应管将载波通道中的数据帧放大，得到目标数据帧。

S770、磁芯天线将目标数据帧由电信号转换为磁信号，并将目标数据帧以磁信号的形式辐射出去。

本申请实施例的技术方案，通过射频信号发送模块中各单元的配合工作，实现对待发送数据的发送。

在一个示例中，由于射频信号发送模块在发送待发送数据时，是基于时钟进行发送的，因此，当信号接收模块接收待发送数据时，信号接收模块要可准确恢复出射频信号发送模块所对应的时钟。因此，为了保证接收端(即信号接收模块)可以准确恢复出时钟，需要对信号(数据帧)进行编码，具体的可以是对其进行曼彻斯特编码。具体的编码方式可参见如下实施例。

请参见图8，为了实现对信号(数据帧)的编码，射频信号发送模块还可以包括：编码单元107。

编码单元107，与分别组帧单元105和二进制振幅键控调制单元101电连接，用于基于预设编码码率，对载波通道上的数据帧进行编码，将编码后的数据帧发送至二进制振幅键控调制单元。

其中，预设编码码率可以是预先设置的编码码率。该编码码率与系统的时钟周期有关。

在一个示例中，编码方式可以是：如果要发送的符号为1，则实际发送的比特为若干个10，如果要发送的符号为0，则实际发送的比特为若干个01，具体发送数量根据预设编码码率确定。

在一个示例中，预设编码码率越高则系统抗干扰能力越强，但传输时间也会变长，反之亦然，这样可以保证每个符号均发生至少一次电平翻转，从而接收端可以根据翻转频率恢复出对应的时钟信号。

在一个示例中，为了降低传输过程中的误码率，可对每个符号进行重复编码，预设编码码率越高，重复次数越多，传输越可靠，相应的传输时间也会变长，可利用上位机通过系统的接口模块对传输的预设编码码率进行修改。

在一个示例中，预设编码码率基于如下公式确定：

其中，v为预设的所述系统传输数据的传输速率，单位为bit/s，T_clk为系统的工作时钟周期，单位为s，

表示向下取整。

本申请实施例的技术方案，通过设置编码单元，可对组帧后的信号进行编码，以保证信号接收模块要可准确恢复出射频信号发送模块所对应的时钟，保证传输的数据的准确性。

在上述实施例中，介绍了组帧单元对随机化待发送数据和第一校验位按预设格式进行组合，形成数据帧，为了详细的介绍数据帧的形式，本申请实施例提供了数据传输系统的另一实现方式，具体可参见如下实施例。

请参见图9，数据帧可以包含同步段、识别段和数据段三个部分。

在一个示例中，识别段中具有数据帧所要发送至的接收机的目标标识。

其中，目标标识可以是用于表征接收机的标识，例如可以是接收机的编码等，其对应于盾构机的身份码，用于判断该数据是否为发送给该盾构机的数据。接收机可以是配置有信号接收模块的盾构机。

在一个示例中，同步段为持续预设时间段的载波信号，其中，所述预设时间段基于系统工作时钟周期确定。同步段用于信号接收模块进行信号检测，并进行载波同步，其持续时间与系统工作时钟周期、载波周期有关，若载波突发短于表中指定的时间，则不能保证频率检测成功。

在一个示例中，数据段包括帧号、长度、正文和校验码(即第一校验码)四个部分。

在一个示例中，帧号为1字节，由发射端(射频信号发送模块)产生，从0x01到0xFF循环发送，用于指示当前发送的帧序号，避免发生丢帧。

长度为1字节，用于指示当前帧发送的正文数据的长度，范围为0x01到0x48，单位为字节，最大可发送75字节。

正文为经过编码调制后待发送的数据(即经过二进制振幅键控调制单元调制后的待发送数据)，长度为上述指定字节数；

校验码为2字节，采用CRC16校验，用于对发送的正文数据的CRC校验，判断是否发生了传输错误。

在一个示例中，在对待发送数据进行编码时，可以根据要发送的字节数来调整曼彻斯特编码的预设编码码率。

本申请实施例的技术方案，数据帧可以包括同步段、识别段和数据段三个部分，以便后续信号接收模块可基于这三个部分来对数据进行识别。

在上述实施例中介绍了数据帧具有同步段、识别段和数据段三个部分，后续信号接收模块可依据这三个部分来对数据帧进行识别。为了详细介绍信号接收模块是如何对接收到的数据进行识别的，本申请提供了数据传输系统的另一实现方式，具体的可参见如下实施例。

请参见图10，本申请提供的数据传输系统中的信号接收模块具体可以包括如下单元：

身份码识别单元201，用于识别目标标识，在识别段中的目标标识为与配置系统的盾构机对应的标识的情况下，接收并存储目标数据帧。

信号检测单元202，与身份码识别单元电连接，用于检测目标数据帧的同步段，在同步段检测通过的情况下，将目标数据帧发送至身份码识别单元，以使身份码识别单元对识别段进行识别。

信号解调单元203，与身份码识别单元电连接，用于接收属于配置系统的盾构机的目标数据帧，将数据帧由载波信号转换为数字信号，对转换为数字信号的目标数据帧生成第二校验位，在第一校验位与第二校验位比对正确的情况下，对转换为数字信号的目标数据帧进行解扰，将转换为数字信号的目标数据帧恢复成待发送数据，并得到待发送数据所对应的系统工作时钟，存储待发送数据，完成通信。

其中，第二校验位可以是对转换为数字信号的目标数据帧进行校验，生成的校验位。具体的校验方式可以是与射频信号发送模块中的CRC校验一致。

请参见图11，当信号接收模块被状态控制模块唤醒后，默认是在监听模式(即工作状态)下，信号接收模块中的信号检测单元对要接收到数据进行检测，具体的可以是进行同步段的检测，在同步段检测通过的情况下，可将要接收到数据发送至身份码识别单元，身份码识别单元识别数据中的目标标识，在判断数据的识别段中的目标标识与配置该数据传输系统的盾构机的标识对应的情况下，接收该数据，并将其进行存储，并在接收完成后回到监听模式下，接收下一数据帧；若数据的识别段中的目标标识与配置该数据传输系统的盾构机的标识不对应，则重新返回监听其他的数据，检测其同步段。信号解调单元从接收缓存区获取数据，对该数据进行解调，具体的可以是将该数据由载波信号转换为数字信号，然后对转换为数字信号的数据进行CRC校验，具体的可以是根据转换为数字信号的数据，生成与其对应的第二校验位，将第一校验位和第二校验位进行比对，在第一校验位和第二校验位比对正确的情况下，说明接收的数据无误，然后对转换为数字信号的数据进行解扰，这样就将数据恢复成了原始的待发送数据，并得到了待发送数据所对应的系统的工作时钟，将恢复后的待发送数据进行存储，发送至上位机，以供上位机读取，完成了通信。

在一个示例中，如图10所示，信号接收模块还可以包括接收天线204，接收天线与信号检测单元电连接，用于接收空间中的三维方向的信号，并将三个方向的信号通过三个通道分别输入到信号检测单元中，用于进一步的信号检测。

在一个示例中，接收天线可以是一个三维低频接收天线。

在一个示例中，当信号检测单元中的三个通道中任一通道检测到对应频率范围内的载波后，则进一步进行身份码的识别。

在一个示例中，在对数据进行监听时，可以是在三个通道中扫描对应的载波，采用通道轮询的方式进行扫描，以降低功耗，每个时隙只有一个通道被激活，当该时隙扫描结束时，当前激活通道被关闭，下一个通道变为激活通道，如此往复，如果检测到载波，则同时激活三个通道，比较通道中的接收信号强度，选择接收信号强度最高的通道进行接收。

在一个示例中，在进行识别段匹配时，可以在识别段与同步段之间插入持续时间为一个符号周期的0，以将其区分开，并指示识别段的起始位置，如果接收到的识别码与本机身份码匹配成功，则产生一个接收使能信号，表明有数据到达，准备进行接收，如果匹配失败，则终止数据接收，不产生接收使能信号，重新回到监听模式中。

身份匹配成功后，系统进入数据接收模式，将接收到的数据通过曼彻斯特译码器，根据时钟周期、编码码率等配置信息，进行后续信号解调相关处理，恢复出原始发送数据及对应的时钟。

本申请实施例的技术方案，通过设置身份码识别单元、信号检测单元和信号解调单元来对监听到的数据进行检测，在检测通过的情况下，对数据的身份进行识别，在确定数据为本机数据的情况下，开始接收该数据，避免接收到不是本机的数据，然后对接收到的数据进行解调，恢复出原始发送数据以及对应的时钟，完成通信，保证了通信的正常进行。

基于上述实施例提供的数据传输系统，相对应的，本申请还提供了数据传输方法的具体实现方式，本申请提供的数据传输方法具体可应用于上述实施例中的射频信号发送模块，具体可参见如下实施例。

请参见图12，本申请提供的数据传输方法具体可以包括如下步骤：

S1210、二进制振幅键控调制单元基于环境参数，以及环境参数与数据调制频率的预设对应关系，将待发送数据调制为与环境参数对应的频率，并将待发送数据输入至与频率对应的载波通道上。

S1220、磁芯天线接收载波通道上的待发送数据，将待发送数据由电信号转换为磁信号，并将待发送数据以磁信号的形式辐射出去。

上述步骤中与上述各实施例中的相同的名词，在此不做解释。

本申请实施例提供的数据传输方法，可以基于上述各实施例提供的射频信号发送模块来实现，其实现原理和技术效果类似，为简介起见，在此不再赘述。

还需要说明的是，本发明中提及的示例性实施例，基于一系列的步骤或者装置描述一些方法或系统。但是，本发明不局限于上述步骤的顺序，也就是说，可以按照实施例中提及的顺序执行步骤，也可以不同于实施例中的顺序，或者若干步骤同时执行。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、模块和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。应理解，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种射频信号发送模块，其特征在于，所述射频信号发送模块设置于盾构机舱内的刀盘上，

所述射频信号发送模块包括：

二进制振幅键控调制单元，用于基于环境参数，以及所述环境参数与数据调制频率的预设对应关系，将待发送数据调制为与所述环境参数对应的频率，并将所述待发送数据输入至与所述频率对应的载波通道上；

磁芯天线，用于接收所述载波通道上的所述待发送数据，将所述待发送数据由电信号转换为磁信号，并将所述待发送数据以磁信号的形式辐射出去。

2.一种数据传输系统，其特征在于，所述系统设置于盾构机舱内，所述盾构机舱的内部包括：刀盘和后舱盖，所述系统包括：如权利要求1所述的射频信号发送模块，以及信号接收模块；

所述信号接收模块，用于接收所述射频信号发送模块发送的磁信号。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述磁芯天线包括磁棒，以及缠绕在所述磁棒上两组彼此不相连接的线圈。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

上位机，用于响应于用户执行的数据处理操作，生成数据处理指令，并将所述数据处理指令发送至通信接口模块；

所述通信接口模块，与所述上位机通信连接，用于接收所述数据处理指令，并将所述数据处理指令发送至状态控制模块；

所述状态控制模块，分别与所述射频信号发送模块、所述信号接收模块和所述上位机通信连接；用于基于所述数据处理指令，控制第一开关的开启，以使所述射频信号发送模块处于工作模式；或者，用于基于所述数据处理指令，控制第二开关的开启，以使所述信号接收模块处于工作模式。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述数据处理指令包括：数据发送指令；

所述状态控制模块，具体用于接收所述数据发送指令，开启所述第一开关，基于所述通信接口模块从上位机中获取所述待发送数据，并将所述待发送数据发送至所述射频信号发送模块，以使所述射频信号发送模块将所述待发送数据进行发送；

所述状态控制模块，还用于在确定所述待发送数据发送完成的情况下，闭合所述第一开关，以使所述射频信号发送模块处于低功耗模式。

6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述数据处理指令包括：数据接收指令；

所述状态控制模块，还用于接收所述数据接收指令，开启所述第二开关，基于所述信号接收模块接收所述待发送数据；

所述状态控制模块，还用于在确定所述待发送数据接收完成的情况下，闭合所述第二开关，以使所述信号接收模块处于低功耗模式。

7.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述射频信号发送模块还包括：

数据加扰单元，用于将所述上位机中的所述待发送数据进行随机化，得到随机化待发送数据；

校验单元，与所述数据加扰单元电连接，用于对所述随机化待发送数据生成第一校验位；

组帧单元，与所述校验单元电连接，用于将所述随机化待发送数据和所述第一校验位按预设格式进行组合，形成数据帧，并将所述数据帧发送至所述二进制振幅键控调制单元；

所述二进制振幅键控调制单元，具体用于基于环境参数，以及所述环境参数与数据调制频率的预设对应关系，将所述数据帧调制为与所述环境参数对应的频率，并将所述数据帧输入至与所述频率对应的载波通道上；

场效应管，与所述二进制振幅键控调制单元电连接，用于将载波通道中的所述数据帧放大，得到目标数据帧，并将所述目标数据帧发送至所述磁芯天线；

所述磁芯天线，与所述场效应管电连接，具体用于将所述目标数据帧由电信号转换为磁信号，并将所述目标数据帧以磁信号的形式辐射出去至所述信号接收模块。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述射频信号发送模块还包括：编码单元；

所述编码单元，分别与所述组帧单元和所述二进制振幅键控调制单元电连接，用于基于预设编码码率，对载波通道上的所述数据帧进行编码，将编码后的所述数据帧发送至所述二进制振幅键控调制单元。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述预设编码码率基于如下公式确定：

其中，v为预设的所述系统传输数据的传输速率，单位为bit/s，T_clk为系统的工作时钟周期，单位为s，

表示向下取整。

10.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述目标数据帧包括：识别段，所述识别段中具有所述目标数据帧所要发送至的接收机的目标标识；

所述信号接收模块包括身份码识别单元，所述身份码识别单元用于：

识别所述识别段中的目标标识，在所述识别段中的所述目标标识为与配置所述系统的盾构机对应的标识的情况下，接收并存储所述目标数据帧。

11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述目标数据帧还包括：同步段，所述同步段为持续预设时间段的载波信号，所述预设时间段基于系统工作时钟周期确定；

所述信号接收模块还包括：

信号检测单元，与所述身份码识别单元电连接，用于检测所述目标数据帧的同步段，在所述同步段检测通过的情况下，将所述目标数据帧发送至所述身份码识别单元，以使所述身份码识别单元对所述识别段进行识别；

信号解调单元，与所述身份码识别单元电连接，用于接收属于配置所述系统的盾构机的所述目标数据帧，将所述目标数据帧由载波信号转换为数字信号，对转换为数字信号的所述目标数据帧生成第二校验位，在所述第一校验位与所述第二校验位比对正确的情况下，对转换为数字信号的所述目标数据帧进行解扰，将转换为数字信号的所述目标数据帧恢复成所述待发送数据，并得到所述待发送数据所对应的系统工作时钟，存储所述待发送数据，完成通信。

12.一种数据传输方法，其特征在于，应用于权利要求1所述的射频信号发送模块，所述方法包括：

二进制振幅键控调制单元基于当前环境参数，以及所述当前环境参数与数据调制频率的预设对应关系，将待发送数据调制为与所述当前环境参数对应的频率，并将所述待发送数据输入至与所述频率对应的载波通道上；

磁芯天线接收所述载波通道上的所述待发送数据，将所述待发送数据由电信号转换为磁信号，并将所述待发送数据以磁信号的形式辐射出去。

Images