CN207585664U - 抗井下电磁噪声干扰的多功能矿用移动生产环境监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种环境监测装置，具体涉及一种抗井下电磁噪声干扰的多功能矿用移动生产环境监测装置，该监测装置包括监测信息采集模块、监测数据传输模块和中央控制模块；监测信息采集模块包括瓦斯传感器、一氧化碳传感器及粉尘浓度传感器；监测数据传输模块包括无线射频数据传输子模块和无线信道可用性检测子模块；中央控制模块包括中央微处理器、液晶显示器和寄存器。监测装置利用认知无线电技术调整发射功率、载波频率、编码方式传输参数的特性，根据分布在作业区域内各监测装置外部电磁噪声环境的实时变化情况，将当前时刻系统内所有未受到干扰的信道作为开放共享资源进行集中调配，实现动态调整传输参数有效提高装置抗干扰性能的目标。

Description

抗井下电磁噪声干扰的多功能矿用移动生产环境监测装置

技术领域：

本实用新型涉及一种环境监测装置，具体涉及一种抗井下电磁噪声干扰的多功能矿用移动生产环境监测装置。

背景技术：

基于不同频率和功率的载波信号在矿井内传输时受巷道的长度、形状、金属支护以及大型机电设备电磁干扰等因素的影响程度不同这一特性，利用煤矿井下频谱属于开放资源可以充分利的优势，设计了一种抗电磁噪声干扰的多功能矿用移动生产环境监测装置。

实用新型内容：

本实用新型弥补和改善了上述现有技术的不足之处，该监测装置利用认知无线电技术调整发射功率、载波频率、编码方式传输参数的特性，根据分布在作业区域内各监测装置外部电磁噪声环境的实时变化情况，将当前时刻系统内所有未受到干扰的信道作为开放共享资源进行集中调配，实现动态调整传输参数有效提高装置抗干扰性能的目标。

本实用新型采用的技术方案为：一种抗井下电磁噪声干扰的多功能矿用移动生产环境监测装置，该监测装置包括监测信息采集模块、监测数据传输模块和中央控制模块；所述监测信息采集模块包括瓦斯传感器、一氧化碳传感器及粉尘浓度传感器；所述监测数据传输模块包括无线射频数据传输子模块和无线信道可用性检测子模块；所述中央控制模块包括中央微处理器、液晶显示器和寄存器；所述监测信息采集模块通过数据线与监测数据传输模块连接，监测数据传输模块通过数据线与中央控制模块连接。

进一步地，所述瓦斯传感器、一氧化碳传感器和粉尘浓度传感器采集到的监测数据被暂存到寄存器内，待发送时再读取，整个采集存取过程由中央控制模块控制完成。

进一步地，所述无线信道可用性检测子模块包括检测信号感知前端、自干扰消除子模块、放大电路、数字下变频电路、带通滤波器组及阈值比较器。

进一步地，所述自干扰消除子模块包括耦合电路、放大电路、相位功率调整电路及合功电路。

进一步地，所述无线射频数据传输子模块将采集到的各种监测数据上传到监测中心，进行进一步融合处理，以判断各个作业区域的工作环境是否达标，该子模块包括可调载波频率射频子模块和功率控制子模块，通过载波检测和算法控制实现载波频率和发射功率实时调整功能，从而有效避开受干扰信道；无线信道可用性检测子模块监测装置周围的电磁噪声环境变化，判断是否存在可用信道，并根据噪声大小选择优化传输功率。

进一步地，所述中央微处理器为型号为STM32 L1低功率 ARM芯片。

本实用新型的有益效果：设计合理，安全可靠，经济适用，易于大规模地推广和使用。该监测装置利用认知无线电技术调整发射功率、载波频率、编码方式传输参数的特性，根据分布在作业区域内各监测装置外部电磁噪声环境的实时变化情况，利用果蝇优化算法将当前时刻系统内所有未受到干扰的信道作为开放共享资源进行集中调配，实现动态调整传输参数有效提高装置抗干扰性能的目标。

附图说明：

图1是本实用新型的结构框图。

图2是具体实施方式中调配可用信道实现抗电磁噪声干扰的流程图。

图3是具体实施方式中抗电磁干扰的工作原理示意图。

图4是具体实施方式中井下抗电磁噪声干扰无线通信系统模型示意图。

图5是具体实施方式中无线信道可用性检测子模块的结构框图。

图6是具体实施方式中自干扰消除子模块的结构框图。

具体实施方式：

如图1和图2所示，一种抗井下电磁噪声干扰的多功能矿用移动生产环境监测装置，该监测装置包括监测信息采集模块、监测数据传输模块和中央控制模块；所述监测信息采集模块包括瓦斯传感器、一氧化碳传感器及粉尘浓度传感器；由传感器采集到的监测数据会被暂存到装置的寄存器内待发送时再从片内读取，整个采集存取过程由中央控制模块控制完成；所述监测数据传输模块包括无线射频数据传输子模块和无线信道可用性检测子模块；无线射频数据传输子模块将采集到的各种监测数据上传到监测中心，进行进一步融合处理，以判断各个作业区域的工作环境是否达标，该子模块包括可调载波频率射频子模块和功率控制子模块，通过载波检测和算法控制实现载波频率和发射功率实时调整功能，从而有效避开受干扰信道；无线信道可用性检测子模块监测装置周围的电磁噪声环境变化，判断是否存在可用信道，并根据噪声大小选择优化传输功率；所述中央控制模块包括中央微处理器、液晶显示器和寄存器；中央微处理器处理和控制监测信息数据采集、从寄存器中存取采集数据、智能接入可用信道并完成数据传输及发射频率调整，为了降低监测装置的能耗选择具有超低功耗且内存大的所述中央微处理器为ARM处理器芯片，型号为 STM32L1 ，32-bit 低功耗MCU。

为了优化监测装置的工作性能，中央控制模块添加了液晶显示器和按键相结合的人机交互界面，该界面可以显示当前用户所在位置的电磁噪声等级、可用信道频段及数量，方便作业人员对其进行操作。

图3所示，该抗井下电磁噪声干扰的多功能矿用移动生产环境监测装置（用户）针对不同机电设备电磁干扰发生的随机性以及干扰频段多样性这一特点，通过检测外部电磁环境、建立干扰模型、无干扰信道调配，从而实现避免电磁噪声的干扰。图3其中★表示干扰源，表示感知节点。各个干扰源所覆盖的干扰范围正比于其电磁辐射场强。从图中可以看到各干扰源、节点（用户）随机的分布在井下一段巷道的工作区域内，而各个干扰源对通信干扰发生时间和持续时间以及干扰频段都是随机的，所以每个用户在当前时刻受到的电磁干扰各不相同。

如图4所示，一种煤矿井下无线通信系统模型。从图中可以看到，每个通信节点（用户）都配有两个天线。在一个时隙内，A1天线用来感知节点外部通信环境A2天线用来发送数据。这种采用全双工独立天线实时感知技术的特点是不存在检测盲区。在节点使用某信道进行数据传输同时，信道检测仍然同步进行，一旦信道SINR低于规定的容限门限值，则该节点能够立即退出选择其它可用信道，避免受到电磁噪声的干扰。利用能量检测法检测用户外部电磁环境，然后将所有检测结果上传到数据融合中心进行融合处理得到最终的检测结果。而后数据融合中心对系统内所有未受干扰的信道作为开放共享资源进行集中调配。各用户根据分配到的信道调整传输参数，有效地提高了用户的抗干扰能力。

如图5 和图6所示，所述无线信道可用性检测子模块首先通过模拟前端天线接收检测信号；对感知到的检测信号进行自干扰消除处理，由于感知信号比较微弱，因此先利用放大器适当放大，再进行AD转换得到数字信号；对数字信号进行下变频得到基带感知信号；利用带通滤波器组将检测信号划分为不同频段的窄带子信号；对各个频段的信号进行FFT变换而后计算其能量以判断信道是否可用。由于采用全双工技术，该多功能矿用移动生产环境监测装置设有自干扰消除部件，其包括：耦合电路，用来耦合发射信号；放大电路，对耦合信号进行放大；相位及功率调节电路，调整耦合信号的相位和功率使其与自干扰信号匹配；合功电路，将耦合信号与天线接收到的自干扰信号进行叠加以消除干扰信号。

Claims (4)

1.一种抗井下电磁噪声干扰的多功能矿用移动生产环境监测装置，其特征在于：该监测装置包括监测信息采集模块、监测数据传输模块和中央控制模块；所述监测信息采集模块包括瓦斯传感器、一氧化碳传感器及粉尘浓度传感器；所述监测数据传输模块包括无线射频数据传输子模块和无线信道可用性检测子模块；所述中央控制模块包括中央微处理器、液晶显示器和寄存器；所述监测信息采集模块通过数据线与监测数据传输模块连接，监测数据传输模块通过数据线与中央控制模块连接。

2.根据权利要求1所述的一种抗井下电磁噪声干扰的多功能矿用移动生产环境监测装置，其特征在于：所述无线信道可用性检测子模块包括检测信号感知前端、自干扰消除子模块、放大电路、数字下变频电路、带通滤波器组及阈值比较器。

3.根据权利要求2所述的一种抗井下电磁噪声干扰的多功能矿用移动生产环境监测装置，其特征在于：所述自干扰消除子模块包括耦合电路、放大电路、相位功率调整电路及合功电路。

4.根据权利要求1所述的一种抗井下电磁噪声干扰的多功能矿用移动生产环境监测装置，其特征在于：所述中央微处理器为型号为STM32 L1低功率 ARM芯片。