CN201585028U - 本质安全型矿用高速综合信道的通信系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及本质安全型矿用高速综合信道的通信系统，主要用于煤矿井下与地面进行实时的信息交换，包括分别由发射端机与接收端机组成的信道地面光端机和井下光端机；所述发射端机包括依次连接的信号输入单元、信号输出处理单元、信号复接单元、并转串数据接口电路和光纤收发模块；所述接收端机包括依次连接的光纤收发模块、串转并数据接口电路、信号的分接单元、信号接受处理单元和信号的输出单元；所述发射端机与接收端机之间通过光纤收发模块实现光纤传输。本实用新型传输成本低，通信效率高，实现煤矿视频、语音、数据信息同时综合传输，信息共享，系统可靠性高，开放性好，抗干扰能力强。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种通信系统，尤其涉及一种本质安全型矿用高速综合信道的通信系统。
背景技术
煤炭是目前人类所能利用的最主要能源之一，关乎整个社会的健康发展。煤矿安全及高效生产无疑已成为社会关注的热点，它不仅对社会经济有影响，更关乎矿业人员的生命安全。目前国家已经非常重视煤炭的安全采掘问题，强制所有的煤矿生产企业要有安全检测系统。煤矿井下的环境是非常复杂和恶劣的，需要控制设备和监测的对象非常之多。目前煤矿的信息化系统主要有三部分组成：①重要煤矿设备及其相关的测量控制系统，如安全环境监测系统、胶带机控制系统、变电所电力采集系统、水泵控制系统、通风控制系统等。目前这些系统一般来自不同的生产厂家，采用不同的通讯网络，信息不能实现共享，给整体的管理带来了极大的不便。②矿用语音调度通信系统，主要用于煤矿上地面和井下调度和通信。目前煤矿上使用的矿用语音调度通信系统都是模拟通信系统，语音信号质量比较差，而且每路语音信号都要一根独立的电缆来传输信号，这样大大的增加了电缆成本和维护成本。而且由于是电缆传输，如果线路较长到3公里以上，则信号的衰减将非常的大，很难保证通话质量。在煤矿上有时还需要广播功能，而现在的通话系统由于技术上的原因很难做好有效的广播功能。③图像监控工业电视系统，主要通过在重要的生产岗位安装摄像头，监视重要地点的工况。这对煤矿安全生产和调度指挥提供了极为直观的辅助手段。目前矿用监控工业电视系统的视频信号主要是采用目前世界上现行的电视PAL制式，是属于模拟黑白电视信号。但由于煤矿上工业电视监控起步比较晚，目前一般均采用每路视频信号用一芯独立的电缆或光纤传输，这样大大的增加了信道的成本，而且给施工和维护带来了极大的困难。
随着国家对煤矿安全生产的管理越来越规范，对煤矿各类监控系统的功能、可靠性、实时性提出了更高的要求。目前煤矿信息化三大类信息都是采用相互独立的信道传输，几乎每路信号的传输都要一组独立的电缆或光纤传输线，而且三类系统都有各自独立的接口标准，互不兼容，这样必然导致煤矿整个信息系统通讯电缆总用量大，系统存在可靠性差、开放性差、抗干扰能力差的缺点。
实用新型内容
为克服上述缺陷，本实用新型的目的在于提供一种本质安全型矿用高速综合信道的通信系统，该系统传输成本低，通信效率高，实现煤矿视频、语音、数据信息同时综合传输，信息共享。
本实用新型是这样实现上述目的的：
本质安全型矿用高速综合信道的通信系统，主要用于煤矿井下与地面进行实时的信息交换，包括分别由发射端机与接收端机组成的信道地面光端机和井下光端机，所述发射端机包括依次连接的信号输入单元、信号输出处理单元、信号复接单元、并转串数据接口电路和光纤收发模块；所述接收端机包括依次连接的光纤收发模块、串转并数据接口电路、信号的分接单元、信号接受处理单元和信号的输出单元；所述发射端机与接收端机之间通过光纤收发模块实现光纤传输。采用光纤为传输媒质，实现了煤矿视频、语音、数据信息同时传输，具有波特率自适应功能，简化系统结构，大大降低传输成本，提高通信效率，并实现信息的共享。
所述信号输入单元包括语音信号采集、数据信号和/或视频信号采集；所述视频信号对应的信号输出处理单元包括依次串联的滤波电路、放大电路和A/D转换芯片为后续单元提供数据信号；所述语音信号对应的信号输出处理单元包括音频编解码芯片和信道复接模块；所述数据信号对应的信号输出处理单元包括接口转换电路提供TTL信号，并通过所述的信道复接单元与视频信号及语音信号进行信道复接。因视频信号是井下向地面单向传输的，因此井下光端机的信号输入单元除语音信号采集和数据信号的采集发送外，还包含视频信号的采集，而井下光端机的信号接受处理单元只包含语音信号和数据信号的接收；井上光端机信号输入单元只包含数据信号和语音信号的发送，而信号接受处理单元除语音信号和数据信号的接收，还包括视频信号的接收。
所述视频信号对应的信号接受处理单元包括D/A转换芯片提供模拟视频信号和视频运放芯片；所述语音信号对应的信号接受处理单元包括信道分接模块和音频编解码芯片；所述数据信号对应的信号接受处理单元包括接口转换电路，将通过所述的信道分接单元分解后的TTL信号转换为实时信号。井下复合视频信号一般是PAL制式的模拟信号，前面提到的视频信号对应的信号输出处理单元、信号接受处理单元采用相应的电路或芯片能够实现无压缩实时传输，减少信道成本，提高实时性。
所述语音信号对应的信号输出处理单元和信号接受处理单元中的信道复接、分接模块和音频编解码芯片之间通过I2S总线传输，采用I2S总线传输，减少了硬件资源，降低成本。
所述视频信号对应的信号输出处理单元采用具有三级滤波和放大功能的视频运放9110芯片串联TLC5510A/D转换芯片。
所述视频信号对应的信号接受处理单元中采用TLC5602芯片进行D/A转换串联视频运放9110芯片。
为了达到语音信号以全双工的方式传输，所述音频编解码芯片采用TLV320AIC23B芯片。TLV320AIC23B芯片为专用的音频编解码芯片，通过该芯片完成对语音信号的采集编码和译码输出。
所述信号复接单元、信号的分接单元中均采用EPM2210/G芯片进行复接和分接。
所述信道分接模块和信道复接模块均采EPM2210/G芯片进行复接和分接。
所述并转串数据接口电路和串转并数据接口电路分别采用LV1023A和LV1224B芯片。
本实用新型采用光纤为传输媒质，利用数字通信技术和光纤通信技术，实现视频单向、双向语音、全双工数据信号的综合传输。
采用上述技术方案后，本实用新型具有以下优点：
(1).使用光纤代替电缆作为传输媒质，不受电磁干扰，无电磁辐射；光信号在光纤中传输不容易发生畸变和衰减，光纤数据传输速率高、误码率低、延迟短，为煤矿信息通讯提供新途径。
(2).为煤矿不同监控系统提供了各种标准的通信接口，采用光纤传输，按统一的协议进行统一化传输，节省电缆，简化系统结构。
(3).实现矿用调度通信系统数字化传输，本系统对多路语音模拟信号进行数字化采样，并进行无损压缩，最后采用分时复用技术来实现多路语音在同一根光纤中传输，由于采用了数字技术很容易现实广播功能而不需要另外的广播系统，从而大大的节省了成本。
(4).实现矿用监控工业电视监控系统数字化传输，在一芯光纤中传输多路视频信号，这样大大的节省了电缆成本和后期服务成本，同时提高了抗干扰能力，改善了图象质量。
本实用新型采用光纤高速信道，实现煤矿视频、语音、数据信息同时综合传输，传输成本低，通信效率高，实现信息共享；系统可靠性高，开放性好，抗干扰能力强，为现代化矿井的信息化提供了一个基础。
附图说明
图1是本实用新型的总体结构示意框图。
图2是本实用新型的视频信道原理框图。
图3是本实用新型的语音信道的原理框图。
图4是本实用新型的信道复接、分接与一路信道收发原理框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例来进一步说明本实用新型的技术方案。
如图1所示：本质安全型矿用高速综合信道的通信系统，主要用于煤矿井下与地面进行实时的信息交换，包括分别由发射端机与接收端机组成的信道地面光端机和井下光端机。
发射端机包括依次连接的信号输入单元、信号输出处理单元、信号复接单元、并转串数据接口电路和光纤收发模块1。井下光端机的信号输入单元除语音信号采集和数据信号的采集发送外，还包含视频信号的采集，井上光端机信号输入单元只包含数据信号和语音信号的发送。
接收端机包括依次连接的光纤收发模块1、串转并数据接口电路、信号的分接单元、信号接受处理单元和信号的输出单元。井下光端机的信号接受处理单元只包含语音信号和数据信号的接收；井上光端机的信号接受处理单元除语音信号和数据信号的接收，还包括视频信号的接收。
发射端机与接收端机之间通过光纤收发模块1实现光纤传输，本实施例的光纤传输采用单芯光纤传输。
本实施例信号复接单元、信号的分接单元中均采用EPM2210/G芯片2进行复接和分接；信道分接模块和信道复接模块均采EPM2210/G芯片2进行复接和分接。
如图2所示，对于一般是PAL制试的模拟信号的井下复合视频信号，井下光端机采用视频运放9110芯片3对视频信号进行三级滤波并放大后由高速A/D转换TLC5510芯片4采样转换为数据信号，直接进入EPM2210/G芯片2和语音、数据信号进行信道时分复接。地面光端机接收的视频信号经信道分接后，采用TLC5602芯片5进行D/A转换并通过视频运放9110芯片3输出到监视器。
如图3所示，地面和井下光端机的语音信号均采用音频编解码TLV320AIC23B芯片6处理。EPM2210/G芯片2通过I2C总线对TLV320AIC23B芯片6配置，即I2C模块的初始化和工作模式的设定。该EPM2210/G芯片2还完成语音信号的一次复接与二次分接，输入的语音信号经滤波编码后通过I2S总线进入EPM2210/G芯片2进行一次复接；经过EPM2210/G芯片2二次分接的语音信号通过I2S总线进入音频编解码TLV320AIC23B芯片6，完成对语音信号的D/A输出。
如图4所示，在发送端，信号复接单元采用EPM2210/G芯片2把视频模块7、语音模块8、自定义数据模块9的视频、语音、自定义数据按时分原则复接，并以并行的方式发送给并转串数据接口电路LV1023A芯片10。LV1023A芯片10将并行数据转换为高速低压差分比特流发送给光纤收发模块1，完成电光转换并耦合进入单模光纤；在接收端，光纤收发模块1把从光纤上接收来的数据转换为高速低压差分对发送给串转并数据接口电路LV1224B芯片11，LV1224B芯片11将串行数据转换为并行数据并传输给信号分接单元EPM2210/G芯片2，信号分接单元EPM2210/G芯片2把数据拆分，分别传输给视频模块7、语音模块8、自定义数据模块9。为提高信道的效率，有效利用光纤带宽，本实用新型还可以采用稀疏波分复用(CWDM)技术，每个信道间隔为20nm，共计8个信道，每个信道都用一片LV1023A芯片10和一片LV1224B芯片11完成并串和串并转换，则每个信道实现3路单向井下视频、8路双向语音及1路全双工数据信号的综合传输，而整个系统则实现32路视频单向、64路双向语音、4路全双工数据信号的综合传输。
光纤收发模块1的接口是按正电源射极耦合逻辑(PECL)标准电平设计，光纤收发模块1每路信道的串行传输速度达到655MBIT/S，高频传输线的特性阻抗选用50殴姆。本系统可以实时传输四路数据信号(CAN，RS485、RS422、Ethernet)，在数据发送端通过不同的专用数据接口转换电路，将地面或井下的数据信号转换成统一的TTL电平信号，直接进入EPM2210G芯片2和视频信号及语音信号进行信道复接；在数据接收端，经EPM2210G芯片2分接后的TTL电平数据信号，通过不同的专用的数据接口转换电路，将数据信号转换为不同标准的数据信号(CAN，RS485、RS422、Ethernet)。
本实用新型实现了煤矿视频、语音、数据信息的同时综合传输和信息共享，传输成本低，通信效率高，系统可靠性高，开放性好，抗干扰能力强，为现代化矿井的信息化提供了一个基础。
Claims (10)
1.本质安全型矿用高速综合信道的通信系统，主要用于煤矿井下与地面进行实时的信息交换，包括分别由发射端机与接收端机组成的信道地面光端机和井下光端机，其特征在于：所述发射端机包括依次连接的信号输入单元、信号输出处理单元、信号复接单元、并转串数据接口电路和光纤收发模块；所述接收端机包括依次连接的光纤收发模块、串转并数据接口电路、信号的分接单元、信号接受处理单元和信号的输出单元；所述发射端机与接收端机之间通过光纤收发模块实现光纤传输。
2.根据权利要求1所述的本质安全型矿用高速综合信道的通信系统，其特征在于：所述信号输入单元包括语音信号采集、数据信号和/或视频信号采集；所述视频信号对应的信号输出处理单元包括依次串联的滤波电路、放大电路和A/D转换芯片为后续单元提供数据信号；所述语音信号对应的信号输出处理单元包括音频编解码芯片和信道复接模块；所述数据信号对应的信号输出处理单元包括接口转换电路提供TTL信号，并通过所述的信道复接单元与视频信号及语音信号进行信道复接。
3.根据权利要求2所述的本质安全型矿用高速综合信道的通信系统，其特征在于：所述视频信号对应的信号接受处理单元包括D/A转换芯片提供模拟视频信号和视频运放芯片；所述语音信号对应的信号接受处理单元包括信道分接模块和音频编解码芯片；所述数据信号对应的信号接受处理单元包括接口转换电路，将通过所述的信道分接单元分解后的TTL信号转换为实时信号。
4.根据权利要求3所述的本质安全型矿用高速综合信道的通信系统，其特征在于：所述语音信号对应的信号输出处理单元和信号接受处理单元中的信道复接、分接模块和音频编解码芯片之间通过I2S总线传输。
5.根据权利要求1或2所述的本质安全型矿用高速综合信道的通信系统，其特征在于：所述视频信号对应的信号输出处理单元采用具有三级滤波和放大功能的视频运放9110芯片串联TLC5510A/D转换芯片。
6.根据权利要求1或3所述的本质安全型矿用高速综合信道的通信系统，其特征在于：所述视频信号对应的信号接受处理单元中采用TLC5602芯片进行D/A转换串联视频运放9110芯片。
7.根据权利要求2或3所述的本质安全型矿用高速综合信道的通信系统，其特征在于：所述音频编解码芯片采用TLV320AIC23B芯片。
8.根据权利要求1或2或3所述的本质安全型矿用高速综合信道的通信系统，其特征在于：所述信号复接单元、信号的分接单元中均采用EPM2210/G芯片进行复接和分接。
9.根据权利要求2或3或4所述的本质安全型矿用高速综合信道的通信系统，其特征在于：所述信道分接模块和信道复接模块均采用EPM2210/G芯片进行复接和分接。
10.根据权利要求1所述的本质安全型矿用高速综合信道的通信系统，其特征在于：所述并转串数据接口电路和串转并数据接口电路分别采用LV1023A和LV1224B芯片。
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