专利名称：煤矿多业务无线通信系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种通信系统，具体地说，涉及一种煤矿多业务无线通信系统。
背景技术：
近几年来，随着国家对“数字化矿山”工作的推进，煤矿的通讯条件、自动化水平 得到了很大的提高。煤矿井下的无线通讯系统逐渐兴起，井下的通讯设备由最初的防爆电 话机演变为现在广泛使用的移动通讯系统，用户可携带手机随时随地进行工作的沟通与安 排。最早出现的无线通讯是“漏泄通讯”(见图1)，它是无线通讯的雏形。它的出现让 “移动通话”成为了现实，让更多的煤矿有了较方便的通讯工具。“漏泄通讯”主要由三部分组成①传输媒质(漏泄电缆，双向中继器)；②移动台 (手持机)；③基站台。这种通讯方式主要采用漏泄电缆进行信号覆盖，这种电缆是在稀疏 编织的同轴管外导体上(屏蔽层)开设一系列的槽孔或隙缝(见图2和图3)，基站台发射 的无线电波一边沿电缆向巷道纵深传播，一边"漏泄"到电缆周围的巷道内，使处于巷道 中的移动台可以收到这个信号；同时移动台发出的无线电波也经同一路径反向传输给基站 台，于是实现了基台与巷道中移动台的双向无线通信。电缆每隔一定距离插入一个双向中 继器，以补偿信号在电缆中传播时的损耗。这种系统仅能作为通讯系统，根本无法进行井下 人员定位。这种通讯方式具有如下特点①系统结构简单，设备单一，易于维护；②信号覆盖区易于掌握，漏泄电缆铺设之处即为信号覆盖区；③频带宽，但信号容易受干扰；④信号随巷道的深入急剧衰减，特别不适于在大、中型矿井使用；⑤“总线式”信号覆盖，“下线”用户易受断线、信号衰减等因素影响；⑥功能简单，无法实现井下人员定位等功能。由此可见，“漏泄通讯”虽改变了煤矿的通讯现状，使“有线”变成了“无线”;使“固 定电话”成为了“移动电话”。但因其自身的系统构架、技术水平所限，它不可能成为无线通 讯的主流。但它的出现，为煤矿的无线通信的发展奠定了一定的基础。目前在国内，使用最广泛的是“井下小灵通”系统(见图4)，此系统将地面成熟的 PHS技术加以安全改造应用到煤矿井下。它主要包含有五个部分①信号覆盖设备(基站)； ②区域控制设备(控制箱)；③传输设备(光端机)；④供电设备(电源箱)；⑤移动终端设 备(手机等)。系统采用蜂窝式组网方式，以基站为覆盖点，相邻的很多基站为一个覆盖区 域，在此区域内设置一台控制器来管理基站，并负责给基站进行远端供电；基站将与手机的 通讯数据传输给控制器，控制器以统一的数据格式传输给地面交换机。所有井下设备的供 电统一由一台电源供给，即电源给控制器供电，控制器利用通讯线路给所有基站进行供电。“井下小灵通”系统具有如下特点
①系统庞大，可容纳用户多，但成本相当高，只适于在大、中型矿井使用；②蜂窝式组网，适合煤矿井下复杂的巷道分布；③信号不易受干扰，系统稳定性好；④施工复杂，对维护人员的要求高；⑤仅能用于语音通讯，不适用于井下人员定位等附加功能的扩展。这种系统给煤矿带来了极大的便利，用户无需在井下恶劣的巷道内跑出几公里打 电话了 ；也不会出现找人找不到的情况了 ；更不会出现发生事故都无法通知调度室的情况 了。在国内，“井下小灵通”系统的出现为煤矿的无线通信市场拉开了序幕。但由于它的造 价高、维护复杂、功能面窄，限制了它的大批量应用。另一方面，它使用1.9GHz的频段，与3G 通信的频段重合，会造成频率的干扰，在2011年将清频退网。因此，“井下小灵通”系统的推 广为无线通信技术的发展拉开了序幕。以上两种主要的无线通讯方式，根本无法满足煤矿企业越来越高的技术需求。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种集语音通讯、人员定位于一体的 煤矿多业务无线通信系统。实现上述目的的技术方案是一种煤矿多业务无线通信系统，包括井上设备和井 下设备，所述的井上设备为信息监控中心，由监控主机、IP/PBX语音交换机、无线交换机、交 换机、调度机、公共交换电话网络、手机、笔记本组成，所述的监控主机、IP/PBX语音交换机、 无线交换机、交换机、调度机和公共交换电话网络通过电缆或网线进行连接，采用了标准的 TCP/IP协议进行传输；所述的井下设备包括基站、控制器、电源、手机、标识卡、监控分站、 传感器和防爆摄像仪，井上设备与井下设备通过光缆连接到相应的控制器光口进行连接， 控制器根据距离采用电缆或光缆连接到基站，基站与监控分站或防爆摄像仪采用电缆进行 连接，手机或标识卡与基站的连接采用IEEE802协议族进行无线通讯连接。进一步，基站内部包括wifi模块、zigbee模块和光电转换模块，基站中采用了 32 位ARM处理器芯片，内部集成了以太网控制器，基站包括基站用壳体、基站用盖和基站用提 手，基站用壳体与基站用盖固定配合，在基站用壳体内部固定安装有基站用机芯，在基站用 盖上固定安装有透明窗，基站用提手固定安装在基站用壳体的正上方。更进一步，控制器内部有光电转换模块和能量隔离模块，控制器包括控制器用壳 体、控制器用盖板组件和控制器用提手，控制器用壳体与控制器用盖板组件固定配合，在控 制器用壳体内部固定安装有控制器用交换机组件和控制器用主板电路板，控制器用提手固 定安装在控制器用壳体的正上方。更进一步，电源包括电源用壳体、电源用盖板组件、电源用主板电路板、干簧管组 件、变压器、电源用电池组件、电源用电路板、电源用提手，电源用壳体与电源用盖板组件固 定配合，在电源用壳体内部固定安装有电池座，电源用电池组件固定在电池座上，变压器固 定安装在电源用壳体的内侧，电源用电路板固定在变压器后侧，电源用主板电路板固定在 电源用壳体内部。更进一步，手机包括电路板和标牌，电路板安装在手机内部，在电路板的前部由上 到下依次安装有边框、听筒压盖、显示窗板、键盘组件和前壳，在电路板的后上部安装有喇叭壳，在喇叭壳后部安装有后壳，在后壳下部安装有电池组件，在后壳和电池组件的后部安 装有电池盖，标牌安装在电池盖下部，电池盖下部与前壳之间安装有塞子。更进一步，标识卡内部包括低功耗单片机和简单的ADC，标识卡主要由数据获取单 元、数据处理单元和数据传输单元组成，数据获取单元由传感器和A/D转换部分组成，数据 处理单元由应用部分、存储器和处理器单元组成，数据传输单元由网络、MAC和无线发射接 收部分组成，传感器将获取的数据传递给A/D转换部分，A/D转换部分再与处理器单元进行 数据传递，处理器单元再分别与存储器和网络进行数据传递，然后存储器与应用部分进行 数据传递，网络与MAC进行数据传递，MAC再与无线发射接收部分进行数据传递。采用上述技术方案后，本系统提高了煤矿企业信息化水平，解决目前煤矿存在的 通讯难、调度不及时、人员信息不了解等影响生产、关乎安危的重大难题。本系统真正实现 了煤矿企业用户所期盼的“多网合一”。这套系统同时具有语音通讯、人员定位、视频监控、 瓦斯监控、数据传输等功能，它完全可替代“井下小灵通”系统、人员定位等系统；并可兼容 矿方已存在的瓦斯监控系统。本系统将彻底的降低系统成本、减少维护量，并避免煤矿井下 复杂的施工、布线问题。它的实施将把煤矿的信息化水平提高到一定的高度，改变了目前的 煤矿生产现状，使高新技术保障煤矿的安全、高效生产。
图1为改进前的“漏泄通讯”的系统框图；图2为改进前的“漏泄通讯”的漏泄电缆的结构示意图；图3为改进前的“漏泄通讯”的漏泄电缆的断面图；图4为改进前的“井下小灵通”的系统框图；图5为本发明的系统框图；图6为本发明的基站框图；图7为本发明的标识卡框图；图8为本发明的电源的总装图；图9为图8的俯视局部剖面结构示意图；图10为图8的右视局部剖面结构示意图；图11为本发明的基站的总装图；图12为图11的俯视局部剖面结构示意图；图13为图11的右视局部剖面结构示意图；图14为本发明的控制器的总装图；图15为图14的俯视局部剖面结构示意图；图16为图14的右视局部剖面结构示意图；图17为本发明的手机的主视图；图18为图17的A-A剖视放大图；图19为图17的后视图；图20为本发明的电源的电路图；图21为本发明的基站的电路图；图22为本发明的控制器的第一部分的电气原理图23为本发明的控制器的第二部分的电气原理图；图24为本发明的控制器的第三部分的电气原理图；图25为本发明的控制器的第四部分的电气原理图；图26为本发明的控制器的第五部分的电气原理图；图27为本发明的控制器的第六部分的电气原理图；图28为本发明的控制器的第七部分的电气原理图；图29为本发明的控制器的第八部分的电气原理图；图30为本发明的手机的第一部分的电气原理图；图31为本发明的手机的第二部分的电气原理图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。如图5所示，一种煤矿多业务无线通信系统，包括井上设备和井下设备，所述的井 上设备为信息监控中心，由监控主机、IP/PBX语音交换机、无线交换机、交换机、调度机、公 共交换电话网络、手机、笔记本组成，所述的监控主机、IP/PBX语音交换机、无线交换机、交 换机、调度机和公共交换电话网络通过电缆或网线进行连接，采用了标准的TCP/IP协议进 行传输；所述的井下设备包括基站、控制器、电源、手机、标识卡、监控分站、传感器和防爆摄 像仪，井上设备与井下设备通过光缆连接到相应的控制器光口进行连接，控制器根据距离 采用电缆或光缆连接到基站，基站与监控分站或防爆摄像仪采用电缆进行连接，手机或标 识卡与基站的连接采用IEEE802协议族进行无线通讯连接。如图6、11、12、13所示，基站内部包括wif i模块、zigbee模块和光电转换模块， 基站中采用了 32位ARM处理器芯片，内部集成了以太网控制器，基站包括基站用壳体5-1、 基站用盖5-2和基站用提手5-9，基站用壳体5-1与基站用盖5-2固定配合，在基站用壳体 5-1内部固定安装有基站用机芯5-3，在基站用盖5-2上固定安装有透明窗5-20，基站用提 手5-9固定安装在基站用壳体5-1的正上方。如图14 16所示，控制器内部有光电转换模块和能量隔离模块，控制器包括控制 器用壳体6-1、控制器用盖板组件6-2和控制器用提手6-17，控制器用壳体6-1与控制器用 盖板组件6-2固定配合，在控制器用壳体6-1内部固定安装有控制器用交换机组件6-3和 控制器用主板电路板6-4，控制器用提手6-17固定安装在控制器用壳体6-1的正上方。如图8 10所示，电源包括电源用壳体7-1、电源用盖板组件7-2、电源用主板电 路板7-3、干簧管组件7-4、变压器7-5、电源用电池组件7-6、电源用电路板7-7、电源用提手 7-14,电源用壳体7-1与电源用盖板组件7-2固定配合，在电源用壳体7-1内部固定安装有 电池座7-13，电源用电池组件7-6固定在电池座7-13上，变压器7-5固定安装在电源用壳 体7-1的内侧，电源用电路板7-7固定在变压器7-5后侧，电源用主板电路板7-3固定在电 源用壳体7-1内部。如图17 19所示，手机包括电路板8-1和标牌8-12，电路板8_1安装在手机内 部，在电路板8-1的前部由上到下依次安装有边框8-6、听筒压盖8-9、显示窗板8-7、键盘 组件8-11和前壳8-3，在电路板8-1的后上部安装有喇叭壳8-8，在喇叭壳8-8后部安装有 后壳8-4，在后壳8-4下部安装有电池组件8-2，在后壳8-4和电池组件8_2的后部安装有
7电池盖8-5，标牌8-12安装在电池盖8-5下部，电池盖8-5下部与前壳8_3之间安装有塞子 8-10。如图7所示，标识卡内部包括低功耗单片机和简单的ADC，标识卡主要由数据获取 单元、数据处理单元和数据传输单元组成，数据获取单元由传感器和A/D转换部分组成，数 据处理单元由应用部分、存储器和处理器单元组成，数据传输单元由网络、MAC和无线发射 接收部分组成，传感器将获取的数据传递给A/D转换部分，A/D转换部分再与处理器单元进 行数据传递，处理器单元再分别与存储器和网络进行数据传递，然后存储器与应用部分进 行数据传递，网络与MAC进行数据传递，MAC再与无线发射接收部分进行数据传递。电源的电路图如图20所示；基站的电路图如图21所示；控制器的电路图如图 22 29所示；手机的电路图如图30、31所示。
权利要求
一种煤矿多业务无线通信系统，包括井上设备和井下设备，其特征在于所述的井上设备为信息监控中心，由监控主机、IP/PBX语音交换机、无线交换机、交换机、调度机、公共交换电话网络、手机、笔记本组成，所述的监控主机、IP/PBX语音交换机、无线交换机、交换机、调度机和公共交换电话网络通过电缆或网线进行连接，采用了标准的TCP/IP协议进行传输；所述的井下设备包括基站、控制器、电源、手机、标识卡、监控分站、传感器和防爆摄像仪，井上设备与井下设备通过光缆连接到相应的控制器光口进行连接，控制器根据距离采用电缆或光缆连接到基站，基站与监控分站或防爆摄像仪采用电缆进行连接，手机或标识卡与基站的连接采用IEEE802协议族进行无线通讯连接。
2.根据权利要求1所述的煤矿多业务无线通信系统，其特征在于所述的基站内部包 括wifi模块、zigbee模块和光电转换模块，基站中采用了 32位ARM处理器芯片，内部集成 了以太网控制器，基站包括基站用壳体(5-1)、基站用盖(5-2)和基站用提手(5-9)，基站用 壳体(5-1)与基站用盖(5-2)固定配合，在基站用壳体(5-1)内部固定安装有基站用机芯 (5-3)，在基站用盖(5-2)上固定安装有透明窗(5-20)，基站用提手(5-9)固定安装在基站 用壳体(5-1)的正上方。
3.根据权利要求1所述的煤矿多业务无线通信系统，其特征在于所述的控制器内 部有光电转换模块和能量隔离模块，控制器包括控制器用壳体(6-1)、控制器用盖板组件 (6-2)和控制器用提手(6-17)，控制器用壳体(6-1)与控制器用盖板组件(6-2)固定配合， 在控制器用壳体(6-1)内部固定安装有控制器用交换机组件(6-3)和控制器用主板电路板 (6-4)，控制器用提手(6-17)固定安装在控制器用壳体(6-1)的正上方。
4.根据权利要求1所述的煤矿多业务无线通信系统，其特征在于所述的电源包括电 源用壳体(7-1)、电源用盖板组件(7-2)、电源用主板电路板(7-3)、干簧管组件(7-4)、变 压器(7-5)、电源用电池组件(7-6)、电源用电路板(7-7)、电源用提手(7-14)，电源用壳 体(7-1)与电源用盖板组件(7-2)固定配合，在电源用壳体(7-1)内部固定安装有电池 座(7-13)，电源用电池组件(7-6)固定在电池座(7-13)上，变压器(7_5)固定安装在电源 用壳体(7-1)的内侧，电源用电路板(7-7)固定在变压器(7-5)后侧，电源用主板电路板 (7-3)固定在电源用壳体(7-1)内部。
5.根据权利要求1所述的煤矿多业务无线通信系统，其特征在于所述的手机包括电 路板(8-1)和标牌(8-12)，电路板(8-1)安装在手机内部，在电路板(8-1)的前部由上到下 依次安装有边框(8-6)、听筒压盖(8-9)、显示窗板(8-7)、键盘组件(8-11)和前壳(8_3)， 在电路板(8-1)的后上部安装有喇叭壳(8-8)，在喇叭壳(8-8)后部安装有后壳(8-4)，在 后壳(8-4)下部安装有电池组件(8-2)，在后壳(8-4)和电池组件(8-2)的后部安装有电池 盖(8-5)，标牌(8-12)安装在电池盖(8-5)下部，电池盖(8-5)下部与前壳(8_3)之间安装 有塞子(8-10)。
6.根据权利要求1所述的煤矿多业务无线通信系统，其特征在于所述的标识卡内部 包括低功耗单片机和简单的ADC，标识卡主要由数据获取单元、数据处理单元和数据传输单 元组成，数据获取单元由传感器和A/D转换部分组成，数据处理单元由应用部分、存储器和 处理器单元组成，数据传输单元由网络、MAC和无线发射接收部分组成，传感器将获取的数 据传递给A/D转换部分，A/D转换部分再与处理器单元进行数据传递，处理器单元再分别与 存储器和网络进行数据传递，然后存储器与应用部分进行数据传递，网络与MAC进行数据传递，MAC再与无线发射接收部分进行数据传递 。
全文摘要
一种煤矿多业务无线通信系统，包括井上设备和井下设备，所述的井上设备为信息监控中心，由监控主机、IP/PBX语音交换机、无线交换机、交换机、调度机、公共交换电话网络、手机、笔记本组成，所述的监控主机、IP/PBX语音交换机、无线交换机、交换机、调度机和公共交换电话网络通过电缆或网线进行连接，采用了标准的TCP/IP协议进行传输；所述的井下设备包括基站、控制器、电源、手机、标识卡、监控分站、传感器和防爆摄像仪，井上设备与井下设备通过光缆连接到相应的控制器光口进行连接，控制器根据距离采用电缆或光缆连接到基站，基站与监控分站或防爆摄像仪采用电缆进行连接，手机或标识卡与基站的连接采用IEEE802协议族进行无线通讯连接。本发明同时具有语音通讯、人员定位、视频监控、瓦斯监控、数据传输等功能。
文档编号H04L12/56GK101854389SQ20101017887
公开日2010年10月6日 申请日期2010年5月21日 优先权日2010年5月21日
发明者严春, 刘斌, 朱尚嵩, 杨诚, 董建平, 袁少博 申请人:江苏三恒科技集团有限公司;宜兴市三恒自动化仪表有限公司