礦用無線視頻發(fā)射器的設(shè)計及應(yīng)用研究

長沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院　劉高山

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礦用無線視頻發(fā)射器的設(shè)計及應(yīng)用研究

長沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院劉高山

【摘要】隨著國內(nèi)外自動化監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展，給予PLC的控制系統(tǒng)在工業(yè)領(lǐng)域、民用領(lǐng)域當(dāng)中，獲得了非常廣泛的應(yīng)用，并且創(chuàng)造了較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。從客觀的角度來分析，在當(dāng)前的礦產(chǎn)開采當(dāng)中，礦用性質(zhì)的無線視頻發(fā)射器獲得了業(yè)內(nèi)的高度重視，并且在很大程度上關(guān)系到礦產(chǎn)的工作進(jìn)展。未來，應(yīng)針對礦用無線視頻發(fā)射器的具體要求，在設(shè)計方面、應(yīng)用方面不斷的創(chuàng)新，從客觀上和主觀上，完成工作水平的進(jìn)步，提高設(shè)備的性能。

【關(guān)鍵詞】礦用；無線視頻；發(fā)射器；設(shè)計；應(yīng)用

在煤礦的日常工作中，無論是在生產(chǎn)方面還是在運(yùn)輸方面，都具有較高的特殊性。目前，僅僅依靠傳統(tǒng)的工業(yè)控制系統(tǒng)，并不能滿足礦產(chǎn)工作的需求，應(yīng)針對無線方面的設(shè)備開展深入的探究。礦用無線視頻發(fā)射器的提出，為礦下的工作提供了更多的幫助，能夠提供最中肯的建議和指導(dǎo)，提高安全水平，避免造成工作上的惡性循環(huán)。在此，本文主要對礦用無線視頻發(fā)射器的設(shè)計、應(yīng)用展開討論。

1　無線視頻信號采集

礦用無線視頻發(fā)射器的使用，在很多領(lǐng)域都獲得了較大的突破。從理論上來分析，該類型的儀器設(shè)備，必須在無線視頻信號的采集方面做出足夠的努力，搜集較多的準(zhǔn)確信號，為數(shù)據(jù)的分析和應(yīng)用，提供堅定的基礎(chǔ)保障，避免造成機(jī)械設(shè)備的故障和性能沖突。

圖1　礦用無線視頻發(fā)射器電氣原理圖

如圖1所示，由于現(xiàn)場相鄰兩條皮帶相互搭接，因此，安裝攝像儀應(yīng)當(dāng)盡量使之能同時兼顧兩條膠帶機(jī)及周邊環(huán)境。中控室設(shè)置電視墻，操作人員通過電視墻可以很清楚的看到現(xiàn)場膠帶機(jī)運(yùn)行情況及周邊環(huán)境，在配合 DCS 系統(tǒng)在現(xiàn)場采集到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，可以對整個系統(tǒng)進(jìn)行綜合判斷和處理，確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

1.1無線視頻信號采集簡述

礦用無線視頻發(fā)射器在設(shè)計的過程中，無線視頻信號的采集應(yīng)從客觀的角度出發(fā)，并且符合絕大多數(shù)的礦井應(yīng)用條件，應(yīng)充分避免應(yīng)用過程的各種阻礙問題。本文認(rèn)為，以當(dāng)前的情況來看，無線視頻信號的采集工作，需從以下幾個方面來努力：

第一，在遠(yuǎn)程視頻的調(diào)度系統(tǒng)方面，需依靠較多的設(shè)備共同協(xié)調(diào)作用，減少單一設(shè)備的局限性。無線視頻信號的采集工作，可嘗試?yán)貌擅簷C(jī)攝像無線發(fā)射機(jī)、輸送機(jī)機(jī)頭基站、移動泵站基站來組成。第二，考慮到無線視頻信號采集過程中，必須確保信號的長久穩(wěn)定，因此各個機(jī)械設(shè)備的性能，也必須獲得較大的提升，否則無法與現(xiàn)實的生產(chǎn)條件相互匹配。例如，在采煤機(jī)械設(shè)備上，安裝礦用無線圖像傳送監(jiān)視裝置發(fā)射器的過程中，應(yīng)從發(fā)射器本身來分析。建議發(fā)射器的組成方面，可利用工業(yè)低照度攝像機(jī)、利用無線圖像發(fā)射裝置共同組成。該方法的優(yōu)勢在于，能夠有效的隨著采煤機(jī)械的移動而移動，工作面的視頻圖像信息，同樣可以利用無線的方式進(jìn)行發(fā)射，充分滿足實際應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)。

1.2無線視頻信號系統(tǒng)組成

對于礦用無線視頻發(fā)射器而言，無論是設(shè)計層面還是應(yīng)用層面，都必須在信號系統(tǒng)的組成方面做出足夠的努力，否則在實際的運(yùn)行過程中，勢必會受到外界因素的較多干擾，屆時所產(chǎn)生的不利影響將會是非常嚴(yán)重的，甚至有可能導(dǎo)致設(shè)備的損壞，針對煤礦的生產(chǎn)、加工等工作造成嚴(yán)重的負(fù)面影響。在無線視頻信號系統(tǒng)的組成方面，可嘗試從以下幾個方面出發(fā)：

第一，無線發(fā)射器。無線發(fā)射器的系統(tǒng)，主要通過視頻采集、視頻編碼、PA放大發(fā)射、無線發(fā)射四個部分共同組成。該系統(tǒng)的特點(diǎn)在于，表現(xiàn)為客觀上的便攜式裝置，針對現(xiàn)場的實時信息可完成有效的提取。從圖1來看，無線發(fā)射器是一種比較便攜的裝置，攝像機(jī)在工作的過程中，能夠針對現(xiàn)場的實時信息進(jìn)行有效的提取，內(nèi)部所裝置的射線機(jī)，可以較好的完成視頻采樣工作。該儀器的運(yùn)作，可以將視頻信號轉(zhuǎn)換為電信號，利用PA放大發(fā)射模塊，針對信息進(jìn)行放大處理、調(diào)制處理、混頻處理等等，之后會向巷道空間發(fā)射頻率為2.4GHz的分米波。

圖2　無線發(fā)射機(jī)原理圖

第二，無線視頻接收基站。該部分是系統(tǒng)的核心內(nèi)容，基本上是通過接收器、光載波發(fā)射機(jī)等共同組成的。接收器在運(yùn)行的過程中，通過利用無線天線的作用，有效的接收到發(fā)射器所產(chǎn)生的微波信號，同時會將這些信號轉(zhuǎn)換為圖像的信號，之后發(fā)送到光載波發(fā)射機(jī)上面。在運(yùn)行的過程中，會經(jīng)過光電管，將電信號調(diào)制到光載波的具體波長上面，局部利用光纜將信號有效的傳送到接收的主站上面。

第三，地面控制顯示。該部分在組成方面，是通過光接收機(jī)、光電轉(zhuǎn)換架、計算機(jī)等設(shè)備共同組成的。從圖2來看，地面接收機(jī)的設(shè)定，包括較多的設(shè)備，比較重要的設(shè)備為光接收機(jī)（GS）、光電轉(zhuǎn)化架以及計算機(jī)設(shè)備等等。該設(shè)備在運(yùn)行過程中，光接收機(jī)GS會將收集到的光信號，有效的轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，同時輸入多路視頻轉(zhuǎn)換卡，也就圖2中的ZH模塊，最后會通過工控的錄像機(jī)進(jìn)行全面的分析、識別，確認(rèn)以后才能送往調(diào)度中心的屏幕進(jìn)行顯示。

圖3　地面控制顯示

2　無線視頻發(fā)射器設(shè)計

根據(jù)礦用無線視頻發(fā)射器的具體標(biāo)準(zhǔn)和工作環(huán)境，應(yīng)在上述的理論基礎(chǔ)上，加強(qiáng)實踐的設(shè)計和應(yīng)用，要針對搜集到的信息和資料，確保其準(zhǔn)確性。另一方面，無線視頻發(fā)射器的具體設(shè)計工作，還應(yīng)該協(xié)調(diào)好各個組成部分的具體功能，將沖突和矛盾有效解決，提高發(fā)射器的具體工作效果，以此來完成工作的較大進(jìn)步。

無線發(fā)射模塊硬件上可以分為，視頻采集模塊，視頻處理模塊，本地振蕩模塊，混頻模塊，功率放大模塊，天線，設(shè)計發(fā)射頻率為2.4GHz，如圖4所示。

圖4　發(fā)射模塊總體設(shè)計框圖

2.1無線視頻發(fā)射器結(jié)構(gòu)

礦用的條件下，無線視頻發(fā)射器的結(jié)構(gòu)必須要做的突出一些，既要滿足客觀上的礦用限制條件，又要在最大限度上符合主觀工作的需求。為此，在無線視頻發(fā)射器的結(jié)構(gòu)設(shè)計、應(yīng)用方面，應(yīng)以客觀實際情況為基準(zhǔn)，盡可能的添加較多的主觀功能，為日常的工作提供較多的幫助。本文認(rèn)為，無線視頻發(fā)射器結(jié)構(gòu)，應(yīng)在以下幾個方面努力：

第一，技術(shù)的應(yīng)用方面，主要是選擇分布式技術(shù)來完成的。無線視頻發(fā)射器的特點(diǎn)在于“無線”，利用分布式技術(shù)來操作，可更好的降低負(fù)荷，以此來實現(xiàn)大規(guī)模的集中運(yùn)營，針對煤礦的各種信息搜集，提供較多的幫助。第二，必須平衡無線視頻發(fā)射器的負(fù)擔(dān)，針對負(fù)荷采取系列的均衡措施。考慮到無線視頻發(fā)射器的具體功能，可根據(jù)節(jié)點(diǎn)的具體負(fù)荷情況，有效的調(diào)節(jié)總體的任務(wù)分布特點(diǎn)。在運(yùn)行的過程中，利用專門的服務(wù)器，依據(jù)操作者的需求，發(fā)送負(fù)荷給負(fù)擔(dān)較輕的系統(tǒng)服務(wù)器上面，促使無線視頻發(fā)射器可長久、穩(wěn)定的運(yùn)行。

2.2無線視頻發(fā)射器模塊

礦用無線視頻發(fā)射器的設(shè)計和應(yīng)用，還要在模塊的工作中進(jìn)行努力。以當(dāng)前的情況來分析，無線視頻發(fā)射器的模塊內(nèi)容，必須確保技術(shù)與設(shè)備的和諧，避免造成技術(shù)的不足或者是設(shè)備的落后。我國當(dāng)前的礦產(chǎn)開發(fā)、加工工作正處于比較重要的階段，無線視頻發(fā)射器所具有的作用比較突出，應(yīng)充分的滿足需求，并且實施階段性的優(yōu)化處理。

第一，視頻采集模塊。該模塊的突出作用在于，有效的采集巷道的圖像信息，通過將圖像信息，更好的轉(zhuǎn)化為視頻的信號進(jìn)行輸出處理?？紤]到采集模塊位于移動設(shè)備裝置上，因此在視頻的采集模塊當(dāng)中，清晰度的標(biāo)準(zhǔn)較高，并且要具備低照度的特點(diǎn)，必須更好的適應(yīng)井下亮度不高的特殊環(huán)境，且要持續(xù)的運(yùn)行。

第二，視頻處理模塊。視頻處理模塊是接收視頻采集模塊的輸出的75Ω、1Vp-p的模擬電信號。復(fù)合視頻輸入后需要進(jìn)行濾波放大，在濾波放大電路中設(shè)置電感、電容。其中電感起著去除交流信號的作用，電容起著隔直的作用。復(fù)合視頻信號定義為包括亮度和色度的單路模擬信號，也即從全電視信號中分離出伴音后的視頻信號，這時的色度信號還是分布在亮度信號的高端。復(fù)合視頻信號也稱為基帶視頻信號或RCA視頻信號，它使用NTSC或PAL電視信號傳送圖像數(shù)據(jù)。

第三，混頻電路。濾波后的視頻信號與本地振蕩載波進(jìn)行混頻調(diào)制，將帶寬6MHz的視頻信號調(diào)制在微波段2.4GHz的載頻上。微波混頻電路是一種常用的微波電路。目前，大多數(shù)微波中繼通信都采用中頻轉(zhuǎn)接方式，即把接收到的微波信號轉(zhuǎn)換成中頻信號，經(jīng)中頻放大后，再轉(zhuǎn)換成微波信號，然后由天線發(fā)射到下一站。

3　結(jié)束語

當(dāng)前，礦用無線視頻發(fā)射器是業(yè)界內(nèi)的重要研究內(nèi)容，本文針對設(shè)計和應(yīng)用展開了詳細(xì)的討論。就已經(jīng)完成的工作來看，礦用無線視頻發(fā)射器在性能上是比較突出的，即便是應(yīng)對一些復(fù)雜的礦產(chǎn)工作，也可以較好的完成信息搜集和處理。另外，在應(yīng)用礦用無線視頻發(fā)射器的過程中，發(fā)現(xiàn)該設(shè)備還具有更大的優(yōu)化空間，尤其是在信號的穩(wěn)定性處理、信號的傳輸速度處理等方面，均要深化的研究，以此為礦產(chǎn)的開發(fā)提供更多的幫助。

在今后的研究當(dāng)中，可嘗試從以下幾項內(nèi)容出發(fā)：第一，礦用無線視頻發(fā)射器的精簡化。發(fā)射器在目前的應(yīng)用中，雖然搜集到了較多的信息、數(shù)據(jù)，但在設(shè)備的體積方面，還有很大的提升空間，可將設(shè)備的體積進(jìn)一步的縮小，一方面擴(kuò)大視角，同時避免受到礦內(nèi)因素的影響。第二，應(yīng)用礦用無線視頻發(fā)射器的過程中，需加強(qiáng)信號的穩(wěn)定性、持久性。當(dāng)前的很多礦井都比較復(fù)雜，需通過較多的數(shù)據(jù)分析、圖像分析來完成生產(chǎn)方案的制定，如果信號總是間斷或者總是受到內(nèi)部因素的影響，則對實際的生產(chǎn)工作造成較大的損失。第三，應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)設(shè)備本身的性能，包括抗壓能力、抗摔能力等等，即便是在礦井發(fā)生災(zāi)難的時候，也要盡量的提供穩(wěn)定的信號，以此更好的探測礦井內(nèi)部的情況，提高安全保障能力。

相信在今后的設(shè)計和應(yīng)用中，礦用無線視頻發(fā)射器會得到進(jìn)一步的深化，在客觀上加強(qiáng)功能，在主觀上簡便操作，并創(chuàng)造出更大的價值。

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