CN211019250U - 一种多功能多模基站及多功能井下通讯定位系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种多功能多模基站，所述基站包括定位模块、WIFI AP模块、数据采集控制模块、光电转换模块和电源模块为一体的多功能型集成电路板；所述定位模块与井下的定位终端设备采用ZigBee/UWB/VLC连接；所述WIFI AP模块接入井下具有无线WIFI通讯接口的WIFI终端设备；所述数据采集控制模块与井下光源灯座上增加的变频控制器相连；所述光电转换模块与井上光电转换器相连；也公开了一种多功能井下通讯定位系统，包括至少一个所述基站、至少一个WIFI终端设备、至少一个定位终端设备以及至少两个具有唯一信标ID的光源；本方案使得系统的定位和通讯性能更优，且基站设备具有更高的集成度和简便性。
Description
技术领域
本实用新型涉及无线通讯技术领域，尤其涉及一种多功能多模基站及多功能井下通讯定位系统。
背景技术
地下矿山的无线通讯长期以来以RFID射频通讯和Zigbee、WIFI通讯为主，且全部为单一功能产品，往往产品解决了低功耗的问题，反而出现了传输距离短，信号不稳定的问题，解决供电问题之后，又会遇到带宽不足，传输延迟的问题，同时，由于传统设备通讯、定位、交换机等多种设备冗余，单一设备体积大，导致井下恶劣环境下的安装使用和后期维护十分不便。
实用新型内容
(一)要解决的技术问题
基于上述问题，本实用新型提供一种多功能井下通讯系统，使得系统的定位和通讯性能更优，且基站设备具有更高的集成度和简便性。
(二)技术方案
基于上述的技术问题，本实用新型提供一种多功能多模基站，所述基站包括定位模块、WIFI AP模块、数据采集控制模块、光电转换模块和电源模块为一体的多功能型集成电路板；
所述定位模块与井下的定位终端设备采用ZigBee/UWB/VLC连接，用于生成位置信息；所述WIFI AP模块接入井下具有无线WIFI通讯接口的WIFI终端设备；所述数据采集控制模块与井下光源灯座上增加的变频控制器相连，用于对光源对应信标ID的设置与光源频率的调整；所述光电转换模块与井上光电转换器相连。
进一步的，所述基站还包括外壳、备用电源以及配套线缆，所述备用电源与所述多功能型集成电路板连接。
进一步的，所述位置信息为：
当ZigBee/UWB的定位质量参数高于设定阈值时，ZigBee和UWB中定位质量参数较高的定位信息为位置信息；
当ZigBee和UWB的定位质量参数均低于设定阈值且VLC可见光定位数据源的个数大于等于2个时，VLC可见光定位信息为位置信息；
当ZigBee和UWB的定位质量参数均低于设定阈值且VLC可见光定位数据源的个数小于2个时，ZigBee和UWB中定位质量参数较高的定位信息为位置信息。
优选地，所述基站为本安型，其光纤托盘采用嵌入式安装。
本实用新型也公开了一种多功能井下通讯定位系统，包括至少一个所述基站、至少一个WIFI终端设备、至少一个定位终端设备以及至少两个具有唯一信标ID的光源；所述WIFI终端设备为井下矿用WIFI手机；所述具有唯一信标ID的光源为灯座连接变频控制器的照明灯；所述定位终端设备包括相连接的定位标签卡、图像传感器，所述图像传感器正对所述光源所在平面；
所述基站与基站之间通过单模光纤连接，所述WIFI终端设备无线接入所述WIFIAP模块，所述定位标签卡无线连接所述定位模块，所述照明灯与所述图像传感器通过光路连接，所述变频控制器与所述数据采集控制模块连接。
优选地，所述定位终端设备还包括偏振片，偏振片平行置于所述图像传感器和光源所在平面之间，所述图像传感器、偏振片、光源之间没有遮挡物。
优选地，所述定位终端设备安装在安全帽的头戴式矿灯之上，与头戴式矿灯的电源相连。
优选地，所述光源分布越密集，VLC可见光定位的精度越高。
优选地，所述定位标签卡的最大并发识别数量为80张。
(三)有益效果
本实用新型的上述技术方案具有如下优点：
(1)本实用新型的基站与定位终端设备之间采用ZigBee/UWB/VLC连接，将ZigBee、UWB、VLC可见光定位融合，使得具有UWB超带宽技术精度高、穿透能力强、传输速率快，ZigBee低功耗、低成本，VLC对信号强度的依赖相对降低的优点，选择定位质量更高的位置信息，使得系统的定位和通讯性能更强，精度更高、传输速率更快、兼容性更好；
(2)本实用新型将定位、通讯、交换设备一体化，简化了基站设备，减小了设备体积和重量，使得基站设备集成度更高，基站安装施工更简便，生成成本和工序更简单，更加省时省力，节约成本，提升井下作业效率；
(3)本实用新型在现有照明灯和安全帽上进行改造，分别增加频率控制器和图像传感器，操作性、实用性强，节约成本，也解决了后备供电的问题；
(4)本实用新型提高单板集成度和易维护性，设备将多模定位、无线通讯、光电转换功能融为一体，同时保持模块化，且基站光纤托盘的嵌入式安装，既能确保前期安装便捷，又可以便于后期检修和维护。
附图说明
通过参考附图会更加清楚的理解本实用新型的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本实用新型进行任何限制，在附图中：
图1为本实用新型实施例多功能多模基站的结构示意图；
图2为本实用新型实施例多功能井下通讯定位系统示意图；
图3为本实用新型实施例VLC可见光定位示意图；
图中：1：多功能型集成电路板；2：备用电源。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
本实用新型公开了一种多功能多模基站，设置在井下，用于与井上的控制中心相互通信，如图1所示，包括定位模块、WIFI AP模块、数据采集控制模块、光电转换模块和电源模块为一体的多功能型集成电路板1，以及与多功能型集成电路板1相连的备用电源2、外壳以及配套电缆，将定位、通讯、交换集成在一个多功能型集成电路板1，所述基站为本安型，光纤托盘采用嵌入式安装，整体尺寸较小，如图1所示的基站的外壳尺寸为338mm×240mm×87.8mm。
具体地，WIFI AP模块用于接入井下具有无线WIFI通讯接口的WIFI终端设备，在无线接入点覆盖范围内的所有WIFI终端设备可以通过它进行相互通信。
定位模块与井下的定位终端设备相连，用于以ZigBee/UWB/VLC无线连接定位终端设备，即定位终端设备接收来自定位终端设备的无线ZigBee/UWB/VLC可见光信号，也可以发送ZigBee/UWB/VLC可见光无线信号至定位终端设备，并生成位置信号。
数据采集控制模块与井下光源灯座上增加的变频控制器相连，用于对光源对应信标ID的设置与光源频率的调整。
光电转换模块与井上光电转换器相连，对外提供光电网络接口，用于将井下的通讯数据发送至井上的控制中心，并接收井上的调度信息。
电源模块用于为多功能型集成电路板1中各模块提供电源。
本实用新型也公开了一种包含上述多功能多模基站的多功能井下通讯定位系统，包括至少一个所述基站、至少一个WIFI终端设备、至少一个定位终端设备以及至少两个具有唯一信标ID的光源。
WIFI终端设备为数据传输量大、传输速率快、传输质量要求高、功耗要求不高的井下设备，在本实用新型的一个实施例中，WIFI终端设备为但不限于井下矿用WIFI手机，WIFI终端设备与WIFI AP模块采用的通信协议为IEEE 802.11b/g，信号覆盖频率为2.4±0.1GHz的频段，无线通信距离不小于100m，信道数有13个，根据系统选择其中一个。
具有唯一信标ID的光源为灯座连接变频控制器的灯，变频控制器与基站的数据采集控制模块相连，控制每个光源的闪烁频率对应不同且唯一的信标ID，闪烁频率极高，肉眼无法看到该闪烁，在本实用新型的一个实施例中，光源为布设在井下的灯座连接变频控制器的LED照明灯。
定位终端设备为数据传输量小、传输速率低、功耗低的设备，与所述基站的定位模块相连，在本实用新型的一个实施例中，定位终端设备为但不限于包括相连接的定位标签卡、图像传感器，所述图像传感器与所述照明灯通过光路连接，由于该定位标签卡与基站的定位模块传输ZigBee/UWB/VLC可见光信号，有遮挡物的情况下无法实现VLC可见光定位，图像传感器正对所述光源所在平面，定位标签卡和图像传感器置于每个井下人员必须携带的安全帽的头戴式矿灯之上，与头戴式矿灯融为一体，与头戴式矿灯的电源相连，解决后备供电的问题，所述图像传感器接收LED照明灯的可见光，再由定位标签卡向所述定位模块传输定位标签获取到的可见光定位信标ID及角度信息，为滤除接收的可见光中的不相干频率光波，可以在图像传感器与所述光源所在平面之间平行增加偏振片滤波。由于ZigBee/UWB无线通讯的限制，该定位标签的最大并发识别数量为80张，最大位移速度为5m/s，无线通信距离不小于10m，其中ZigBee/UWB无线通讯的工作频率为2.4±0.1GHz；可见光波长为400-700nm，可见光的定位精度与光源分布有关，光源分布越密集，可见光定位精度越高，标准精度为±50cm。
所述基站覆盖范围较广，各基站间通过单模光纤传输，在本实用新型的一个实施例中，光纤为MGXTW-48B1四芯光纤，波长为1310nm，最大传输距离不小于10km，传输速率为10M/100Mbps自适应。
整个通讯系统的工作流程如下：
定位终端设备以ZigBee/UWB/VLC可见光无线信号的形式发送数据至定位模块，定位模块根据ZigBee/UWB/VLC可见光无线信号生成位置信息，再将位置信息通过WIFI AP模块发送至WIFI终端设备，同时通过光电转换模块依次发送至井上光电转换器、井上控制中心；
井上控制中心根据上传的位置信息做出相应的调度，并将调度信息依次通过井上光电转换器、光电转换模块传输至WIFI AP模块，WIFI AP模块将该调度信息发送至WIFI终端设备，以实现控制中心对ZigBee终端设备的监控和调度。
其中，定位模块根据ZigBee/UWB/VLC可见光无线信号生成位置信息的根据是定位质量：当ZigBee/UWB的定位质量参数高于设定阈值时，选取ZigBee和UWB中定位质量参数较高的定位信息为传送的位置信息；当ZigBee和UWB的定位质量参数均低于设定阈值且可见光定位数据源的个数大于等于2个时，选取可见光定位信息为传送的位置信息；当ZigBee和UWB的定位质量参数均低于设定阈值且可见光定位数据源的个数小于2个时，选取ZigBee和UWB中定位质量参数较高的定位信息为位置信息。
VLC可见光定位数据源的个数大于等于2个是为了防止单个光源故障而导致定位数据源不准确。如图3所示，照明灯作为VLC发射端，生成信标ID对应频率的光波，经偏振片滤波后，由VLC接收端即图像传感器接收，定位标签卡将可见光定位信标ID及角度信息发送给基站的定位模块，定位模块根据AOA定位算法得到可见光定位信息。VLC可见光定位与光照强度有一定关系，光照强度应当满足可被VLC接收端识别到的要求。
综上可知，通过上述的一种多功能多模基站及多功能井下通讯定位系统，具有以下优点：
(1)本实用新型的基站与定位终端设备之间采用ZigBee/UWB/VLC连接，将ZigBee、UWB、VLC可见光定位融合，使得具有UWB超带宽技术精度高、穿透能力强、传输速率快，ZigBee低功耗、低成本，VLC对信号强度的依赖相对降低的优点，选择定位质量更高的位置信息，使得系统的定位和通讯性能更强，精度更高、传输速率更快、兼容性更好；
(2)本实用新型将定位、通讯、交换设备一体化，简化了基站设备，减小了设备体积和重量，使得基站设备集成度更高，基站安装施工更简便，生成成本和工序更简单，更加省时省力，节约成本，提升井下作业效率；
(3)本实用新型在现有照明灯和安全帽上进行改造，分别增加频率控制器和图像传感器，操作性、实用性强，节约成本，也解决了后备供电的问题；
(4)本实用新型提高单板集成度和易维护性，设备将多模定位、无线通讯、光电转换功能融为一体，同时保持模块化，且基站光纤托盘的嵌入式安装，既能确保前期安装便捷，又可以便于后期检修和维护。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；虽然结合附图描述了本实用新型的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。
Claims (7)
1.一种多功能多模基站，其特征在于，所述基站包括定位模块、WIFI AP模块、数据采集控制模块、光电转换模块和电源模块为一体的多功能型集成电路板；
所述定位模块与井下的定位终端设备采用ZigBee/UWB/VLC连接，用于生成位置信息；所述WIFI AP模块接入井下具有无线WIFI通讯接口的WIFI终端设备；所述数据采集控制模块与井下光源灯座上增加的变频控制器相连，用于对光源对应信标ID的设置与光源频率的调整；所述光电转换模块与井上光电转换器相连。
2.根据权利要求1所述的一种多功能多模基站，其特征在于，所述基站还包括外壳、备用电源以及配套线缆，所述备用电源与所述多功能型集成电路板连接。
3.根据权利要求1所述的一种多功能多模基站，其特征在于，所述基站为本安型，其光纤托盘采用嵌入式安装。
4.一种多功能井下通讯定位系统，其特征在于，包括至少一个如权利要求1-3中任一项所述的多功能多模基站、至少一个WIFI终端设备、至少一个定位终端设备以及至少两个具有唯一信标ID的光源；所述WIFI终端设备为井下矿用WIFI手机；所述具有唯一信标ID的光源为灯座连接变频控制器的照明灯；所述定位终端设备包括相连接的定位标签卡、图像传感器，所述图像传感器正对所述光源所在平面；
所述基站与基站之间通过单模光纤连接，所述WIFI终端设备无线接入所述WIFI AP模块，所述定位标签卡无线连接所述定位模块，所述照明灯与所述图像传感器通过光路连接，所述变频控制器与所述数据采集控制模块连接。
5.根据权利要求4所述的多功能井下通讯定位系统，其特征在于，所述定位终端设备还包括偏振片，偏振片平行置于所述图像传感器和光源所在平面之间，所述图像传感器、偏振片、光源之间没有遮挡物。
6.根据权利要求4所述的多功能井下通讯定位系统，其特征在于，所述定位终端设备安装在安全帽的头戴式矿灯之上，与头戴式矿灯的电源相连。
7.根据权利要求4所述的多功能井下通讯定位系统，其特征在于，所述定位标签卡的最大并发识别数量为80张。
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