文档介绍：设计与实现
短距离无线通信技术在
煤矿井下的应用探讨*
张文祥马银花黑龙江科技学院计算机与信息工程学院
【摘要】针对煤矿井下无线通信的现状,文章研究了煤矿井下巷道中无线电的传输特性,并对目前使用
较广泛的IrDA、RFID、Bluetooth、UWB、ZigBee等短距离无线通信技术的特点进行了分析,分别阐述
了各种技术及其用于矿井无线通信中的可行性,为矿井无线通信技术的研究和应用打下了一定基础。
【关键词】短距离无线通信矿井传输特性
1 引言同时,井下巷道是由岩壁组成的相对封闭的限定空间,
能源是经济发展、社会进步的主要物质基础,煤炭是我电磁波的传播受到岩壁的限制,传输衰减很大,而发射功率
国的重要能源,是我国经济建设的基础。在我国,由于受地又受到易爆环境的制约。因此,煤矿井下选择低功耗、短距
质条件的制约,煤炭的开采主要以井下为主。矿井深达几百离的无线通信方式是必然趋势。
米,作业地点分散,工作环境恶劣,事故隐患大。为了矿井
的安全生产,解决无线通信是一个关键的问题。 2 短距离无线通信技术
目前,矿井无线通信的主要形式有动力线载波通信、漏一般意义上,只要通信收发双方在几十米以内通过无线
泄无线通信和感应通信等。动力线载波通信在矿井架线电机电波传输信息,就可以称为短距离无线通信。短距离无线通
车上有所应用,但因传输阻抗匹配困难和抗干扰性能差,至信技术通常具有低成本、低功耗、对等性三个共性。
今性能尚未完善。漏泄通信是利用漏泄电缆在巷道中起到长狭义上讲,短距离无线通信技术就是通常意义上的无
天线的作用,实现移动电台之间或与基站之间的可逆耦合, 线个人网络(WPAN)技术,主要标准包IrDA、RFID、
已获得较好的通信质量;其缺点是系统造价昂贵,又需敷设 Bluetooth、UWB、ZigBee等;广义上讲,还包括无线局域
专用传输线,传输线架设和维护需花一定代价,且离开漏泄网WLAN(Wi-Fi)等接入技术。本文仅对狭义上的短距离
电缆的覆盖区域(如采煤工作面)就不起作用了。感应通信无线通信技术在煤矿井下的应用进行分析和研究。
是利用电磁感应原理实现的通信,发话时移动通信机的磁性 IrDA技术
天线十分接近感应线且发射天线尺寸较大,因传输参数不稳 IrDA是一种利用红外线进行点对点的视距传输的技术。
定和干扰噪声大,国内使用率并不高。它利用红外光的通断表示计算机中的0-1逻辑,传输数据时
两个设备之间不能有阻挡物。
*基金项目:黑龙江省自然科学基金项目(编号:TF2005-05) 作为一套标准,IrDA的收/发组件已经有了成熟的标准
收稿日期:2008年12月29日化产品。使用红外线做信号载波的优点很多:成本低,传播
144 责任编辑:左永君 ji768@
2009年2月(上、下)
短距离无线通信技术在煤矿井下的应用探讨设计与实现
范围、方向及距离容易控制,保密性强,不产生电磁辐射干
(1)
扰,不受干扰等;不需要专门申请特定频率,传输速率可达
16Mb/s。但IrDA技术只限于两台设备通讯,无法灵活构成式中,fc为信号的中心频率,fL、fH分别为上、下限频点
网络,无法在移动设备中使用。(按-10dB处增益计算)。
由于UWB信号频带比传统的信号频带宽得多,因而
RFID技术
UWB与现有的其它无线通信技术相比,具有很多不同的特
RFID是一种非接触式的自动识别技术,它通过射频信号
点:(1)传输速率高;(2)功耗低,电路功耗可降低到几
自动识别目标对象并获取相关数据。最基本的RFID系统由标
十毫瓦以下;(3)多径分辨能力强,定位精确;(4)系统
签、阅读器和天线三部分组成;标签进入磁场后,接收阅读
结构简单。
器发出的射频信号,凭借感应电流所获得的能量发送出存储
在芯片中的信息(无源/被动标签),或者主动将信息以某一 ZigBee技术
频率的信号发送出去(有源/主动标签);阅读器读取信息并 ZigBee技术采用IEEE ,依
解码后,送至处理系统进行数据处理。此协调数千个微小的传感器之间的相互通信。这些传感器只
目前,ISO已经有超过140种的RFID标准,工作频率跨需要很少的能量,以接力的方式通过无线电波将数据从一个
越多个频段。一般而言,低频频段能量较低,数据传输率较传感器传到另一个传感器,通信效率高。基于ZigBee技术
小,无线覆盖范围受限,要扩大无线覆盖范围必须扩大标签的无线传感器网络的特点主要是:(1)功耗低。休眠状态
天线尺寸;但低频频段天线的方向性不强,允许一定范围的与工作状态下的耗电量分别为微瓦级和毫瓦级;(2