本發(fā)明屬于礦用安全監(jiān)控通信領(lǐng)域，涉及一種煤礦井下電纜長距離高速總線通信方法。

背景技術(shù)：

1、煤礦井下環(huán)境復(fù)雜，存在著易燃易爆的危險(xiǎn)，對通信技術(shù)提出了特殊的要求。傳統(tǒng)的煤礦井下通信技術(shù)主要采用有線通信方式，包括：

2、電話通信：通過電話線路進(jìn)行語音通信，傳輸距離有限，且無法傳輸數(shù)據(jù)。

3、有線廣播：通過廣播線路進(jìn)行語音廣播，覆蓋范圍有限，且無法實(shí)現(xiàn)雙向通信。

4、工業(yè)以太網(wǎng)：通過光纖或雙絞線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，傳輸速率高，但布線復(fù)雜，成本較高。

5、上述傳統(tǒng)通信技術(shù)存在以下局限性：

6、傳輸距離有限：電話線路和有線廣播的傳輸距離有限，無法滿足煤礦井下大面積覆蓋的需求。

7、傳輸速率低：電話線路和有線廣播無法傳輸數(shù)據(jù)，工業(yè)以太網(wǎng)雖然傳輸速率高，但布線復(fù)雜，成本較高。

8、抗干擾能力差：煤礦井下環(huán)境復(fù)雜，存在著電磁干擾和機(jī)械振動，對通信線路的可靠性提出了挑戰(zhàn)。

9、安全性低：傳統(tǒng)的通信線路存在易燃易爆的風(fēng)險(xiǎn)，安全性較低。

10、為了克服現(xiàn)有技術(shù)的局限性，煤礦井下通信技術(shù)正朝著以下方向發(fā)展：

11、無線通信技術(shù)：無線通信技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸，且無需布線，降低了施工成本。常見的無線通信技術(shù)包括wi-fi、藍(lán)牙、zigbee等。

12、光纖通信技術(shù)：光纖通信技術(shù)具有傳輸速率高、抗干擾能力強(qiáng)、安全性高等優(yōu)點(diǎn)，在煤礦井下通信中具有廣闊的應(yīng)用前景。

13、安全監(jiān)控技術(shù)：煤礦井下安全監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測井下的環(huán)境參數(shù)和安全狀況，并通過通信系統(tǒng)將數(shù)據(jù)傳輸至地面，為安全生產(chǎn)提供保障。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種煤礦井下電纜長距離高速總線通信方法。針rs485總線通信和光纖通信存在的問題，實(shí)現(xiàn)一條礦用電纜可以串聯(lián)32個低功耗傳感器，最遠(yuǎn)距離可達(dá)5km，總線帶寬可達(dá)4mbit/s。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種煤礦井下電纜長距離高速總線通信方法，該方法包括以下步驟：

4、使用兩芯礦用信號電纜進(jìn)行通信，其中一芯作為時(shí)鐘線，另一芯作為數(shù)據(jù)線；

5、采用雙向電平轉(zhuǎn)換技術(shù)，將主處理器端3.3v電平信號轉(zhuǎn)換為傳輸線上的12v電平信號，并實(shí)現(xiàn)信號的接收轉(zhuǎn)換；

6、采用主從通信模式，主設(shè)備負(fù)責(zé)輪詢從設(shè)備，從設(shè)備被動應(yīng)答主設(shè)備；

7、采用監(jiān)聽模式，總線上只允許一個設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)，其他設(shè)備處于監(jiān)聽狀態(tài)；

8、使用起始幀、源設(shè)備地址、目的設(shè)備地址、數(shù)據(jù)長度、數(shù)據(jù)內(nèi)容、數(shù)據(jù)校驗(yàn)碼和結(jié)束幀表示一個完整的數(shù)據(jù)包；

9、使用高速通用輸入輸出接口(general?purpose?input/output,gpio)控制轉(zhuǎn)換電路，實(shí)現(xiàn)一定傳輸速率。

10、進(jìn)一步，所述雙向電平轉(zhuǎn)換技術(shù)包括：

11、使用快速mos管實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換；

12、主處理器端使用3.3v電平信號；

13、傳輸線上使用12v電平信號。

14、進(jìn)一步，所述總線通信協(xié)議包括：

15、數(shù)據(jù)起始幀；

16、源設(shè)備地址；

17、目的設(shè)備地址；

18、數(shù)據(jù)長度；

19、數(shù)據(jù)內(nèi)容；

20、數(shù)據(jù)校驗(yàn)碼；

21、結(jié)束幀。

22、進(jìn)一步，所述主從設(shè)備編碼采用：

23、主設(shè)備地址編碼為0；

24、從設(shè)備依次從1到32編號。

25、進(jìn)一步，所述主設(shè)備主動發(fā)送數(shù)據(jù)的過程包括：

26、主設(shè)備產(chǎn)生周期性時(shí)鐘信號；

27、主設(shè)備產(chǎn)生對應(yīng)的數(shù)據(jù)信號；

28、從設(shè)備接收到時(shí)鐘信號和數(shù)據(jù)信號；

29、從設(shè)備根據(jù)地址匹配情況判斷數(shù)據(jù)有效性；

30、地址匹配的從設(shè)備處理數(shù)據(jù)，地址不匹配的從設(shè)備丟棄數(shù)據(jù)。

31、進(jìn)一步，所述從設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)的過程包括：

32、從設(shè)備匹配地址后，開始發(fā)送數(shù)據(jù)；

33、主設(shè)備產(chǎn)生周期性時(shí)鐘信號；

34、從設(shè)備在時(shí)鐘的下降沿產(chǎn)生數(shù)據(jù)信號；

35、數(shù)據(jù)信號經(jīng)過線纜傳輸?shù)竭_(dá)主設(shè)備。

36、進(jìn)一步，所述通信方法采用全本安設(shè)計(jì)，適用于煤礦井下環(huán)境。

37、一種煤礦井下電纜長距離高速總線通信系統(tǒng)，包括：

38、轉(zhuǎn)換電路，與主設(shè)備和從設(shè)備連接，用于實(shí)現(xiàn)3.3v電平信號與12v電平信號的轉(zhuǎn)換；

39、礦用兩芯電纜，與轉(zhuǎn)換電路連接，作為通信介質(zhì)，其中一芯作為時(shí)鐘線，另一芯作為數(shù)據(jù)線；

40、主設(shè)備，與轉(zhuǎn)換電路連接，負(fù)責(zé)輪詢從設(shè)備，發(fā)送數(shù)據(jù)，并接收從設(shè)備的數(shù)據(jù)；

41、從設(shè)備，與轉(zhuǎn)換電路連接，被動應(yīng)答主設(shè)備，并根據(jù)需要發(fā)送數(shù)據(jù)；

42、數(shù)據(jù)協(xié)議，用于規(guī)范數(shù)據(jù)的傳輸格式和通信規(guī)則。

43、進(jìn)一步，所述轉(zhuǎn)換電路包括：

44、快速mos管，與主設(shè)備和從設(shè)備連接，用于實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換；

45、上拉電阻，與mos管連接，用于將mos管截止時(shí)的高電平拉高至12v。

46、進(jìn)一步，所述系統(tǒng)采用全本安設(shè)計(jì)，適用于煤礦井下環(huán)境。

47、本發(fā)明的有益效果在于：

48、(1)本發(fā)明采用兩芯電纜通信技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)5km以上的傳輸距離，滿足煤礦井下大面積覆蓋的需求，克服了現(xiàn)有通信技術(shù)傳輸距離短的局限性。

49、(2)本發(fā)明采用雙向電平轉(zhuǎn)換技術(shù)和高速gpio控制技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)4mbit/s的傳輸速率，滿足數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨螅朔爽F(xiàn)有通信技術(shù)傳輸速率低的局限性。

50、(3)本發(fā)明采用12v電平信號傳輸，具有較強(qiáng)的抗干擾能力，確保通信的可靠性，克服了現(xiàn)有通信技術(shù)抗干擾能力差的局限性。

51、(4)本發(fā)明采用全本安設(shè)計(jì)，適用于煤礦井下易燃易爆的環(huán)境，提高了通信的安全性，克服了現(xiàn)有通信技術(shù)安全性低的局限性。

52、(5)本發(fā)明采用電纜總線傳輸，部署簡單，安裝維護(hù)方便，降低了施工成本和維護(hù)成本，提高了通信的部署和維護(hù)效率。

53、(6)本發(fā)明采用主從通信模式和監(jiān)聽模式，防止數(shù)據(jù)沖突，提高了通信系統(tǒng)的可靠性。

54、(7)本發(fā)明可以應(yīng)用于煤礦井下的安全監(jiān)控、設(shè)備控制、數(shù)據(jù)采集等多種應(yīng)用場景，具有廣闊的應(yīng)用前景。

55、本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進(jìn)行闡述，并且在某種程度上，基于對下文的考察研究對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的，或者可以從本發(fā)明的實(shí)踐中得到教導(dǎo)。本發(fā)明的目標(biāo)和其他優(yōu)點(diǎn)可以通過下面的說明書來實(shí)現(xiàn)和獲得。

技術(shù)特征：

1.一種煤礦井下電纜長距離高速總線通信方法，其特征在于：該方法包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦井下電纜長距離高速總線通信方法，其特征在于：所述雙向電平轉(zhuǎn)換技術(shù)包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦井下電纜長距離高速總線通信方法，其特征在于：所述總線通信協(xié)議包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦井下電纜長距離高速總線通信方法，其特征在于：所述主從設(shè)備編碼采用：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦井下電纜長距離高速總線通信方法，其特征在于：所述主設(shè)備主動發(fā)送數(shù)據(jù)的過程包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦井下電纜長距離高速總線通信方法，其特征在于：所述從設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)的過程包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦井下電纜長距離高速總線通信方法，其特征在于：所述通信方法采用全本安設(shè)計(jì)，適用于煤礦井下環(huán)境。

8.一種煤礦井下電纜長距離高速總線通信系統(tǒng)，其特征在于：包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的煤礦井下電纜長距離高速總線通信系統(tǒng)，其特征在于：所述轉(zhuǎn)換電路包括：

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的煤礦井下電纜長距離高速總線通信系統(tǒng)，其特征在于：所述系統(tǒng)采用全本安設(shè)計(jì)，適用于煤礦井下環(huán)境。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種煤礦井下電纜長距離高速總線通信方法，屬于礦用安全監(jiān)控通信領(lǐng)域。該方法采用兩芯礦用信號電纜進(jìn)行通信，通過雙向電平轉(zhuǎn)換技術(shù)將3.3V電平信號轉(zhuǎn)換為12V電平信號，并采用主從通信模式和監(jiān)聽模式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)了4Mbit/s的高速傳輸速率和5km以上的傳輸距離。同時(shí)，系統(tǒng)采用全本安設(shè)計(jì)，適用于煤礦井下易燃易爆的環(huán)境，提高了通信的安全性。本發(fā)明具有傳輸距離遠(yuǎn)、傳輸速率高、抗干擾能力強(qiáng)、安全性高、部署維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于煤礦井下的安全監(jiān)控、設(shè)備控制、數(shù)據(jù)采集等多種場景，為煤礦安全生產(chǎn)提供可靠的通信保障。

技術(shù)研發(fā)人員：黃友勝,劉亞輝,張金豪,槐利,黃倩,周代勇,邵嚴(yán),戴劍波,林引,王飛,胡亮,張鵬,胡宇,溫賢培,胡英杰,任高建,趙光緒,路萍,何青松,唐興春,鄭芳菲,張加易,賀奎,田軍,馬書敏,王斌,段明
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9