便攜式通信礦燈的研究與設計

劉朝陽 王安義

摘 ?要： 完好的礦燈對改善勞動條件、提高勞動生產(chǎn)率和安全生產(chǎn)都具有重大意義。礦燈若不完好，比如電池漏液、紅燈、電線破損、閉鎖不起作用、燈圈松動等不僅影響正常使用，而且有可能造成瓦斯、煤塵爆炸等嚴重事故?；趯Σ傻V安全的要求和礦用無線網(wǎng)絡的認識，通過對礦用智能終端的應用需求及關鍵技術進行研究，在ARM11硬件平臺上搭建Linux系統(tǒng)，并結合響應的驅動及應用程序，將TD?LTE技術與礦燈相融合，設計和實現(xiàn)了礦用通信礦燈。測試結果表明，終端能實現(xiàn)控制礦燈，在礦用無線網(wǎng)絡下實現(xiàn)通信功能，礦燈的檢測信息和礦工的位置信息能實時地傳輸?shù)焦芾碇行?，實現(xiàn)對安全采礦的要求。

關鍵詞： 通信礦燈; 采礦安全; 礦用無線網(wǎng)絡; 技術融合; 礦燈設計; 軟件設計

中圖分類號： TN915.02?34 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼： A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號： 1004?373X（2020）01?0009?03

Study and design of portable communication mine lamp

LIU Zhaoyang1， WANG Anyi2

Abstract： A good mine lamp is of great significance for improving working conditions， labor productivity and safety in production. The imperfection of mine lamp such as leakage of battery， red light， wire damage， inactive blockade and loosening of lamp ring， not only affects the normal service， but also may cause serious accidents such as gas and coal dust explosion. Based on the requirement of mining safety and the understanding of mining wireless networks， a Linux system is set up on the ARM11 hardware platform according to the application requirements and key technologies of mining intelligent terminals， and the TD?LTE technology is integrated with the mine lamp in combination with the corresponding driving and application programs to design and realize mining communication mine lamp. The test results show that the terminal can realize the functions of controlling the mine lamp and communicating under the mining wireless network. The detection information of the mine lamp and the location information of the miners can be transmitted to the management center in real time， which realizes the requirement of safe mining.

Keywords： communication mine lamp; mining safety; mine wireless network; technology fusion; mine lamp design; software design

0 ?引 ?言

近幾年來，我國工業(yè)科技水平快速發(fā)展，帶動煤炭工業(yè)進入礦山采礦設備自動化、礦下通信高效化，在煤礦安全生產(chǎn)管理過程中扮演著重要角色，提高了煤礦開采效率，降低了礦下事故發(fā)生的可能性，但是涵蓋煤礦安全、生產(chǎn)、運營全過程的數(shù)字化礦山整體解決方案還處于起步階段[1]。

井下無線通信的發(fā)展經(jīng)歷了感應無線通信、漏泄無線通信、分布式無線通信、小靈通無線通信、WiFi無線通信、3G移動通信以及4G移動通信[2]。中國移動使用TD?LTE技術，中國聯(lián)通和電信采用TD?LTE，F(xiàn)DD?LTE混合技術建設4G網(wǎng)絡。4G無線通信技術具有高數(shù)據(jù)率、低時延和網(wǎng)絡扁平化結構的特點[3]。隨著LTE的正式商用，產(chǎn)業(yè)鏈的逐步成熟，使得LTE在煤炭的應用成為可能，為數(shù)字化礦山的發(fā)展創(chuàng)造了有利條件，符合數(shù)字化礦山未來的技術發(fā)展趨勢[4]。

1 ?無線通信礦燈設計

1.1 ?系統(tǒng)結構

一個終端包含硬件和軟件兩部分，軟件的運行需要硬件的支持，軟件平臺主要包括應用軟件、中間層和內核層，硬件平臺主要包含核心處理器、通信模塊、電源網(wǎng)絡、傳感網(wǎng)絡、外圍器件組成。架構圖如圖1所示。

1.2 ?系統(tǒng)功能設計

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作者簡介：劉朝陽（1984—），男，陜西富平人，高級工程師，博士研究生，主要從事礦山通信理論與技術方向研究，在國內外學術期刊上發(fā)表學術論文10余篇，國家發(fā)明專利2項。