专利名称：一种含水层探测中地震数据的无线通信系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及无线通信技术，特别涉及一种含水层探测中地震数据的无线通信系统。
背景技术：
在煤炭开采领域，需要对矿井地质构造进行探测，其中一项重要内容就是对含水层进行探测，在确定适当的开采方式时考虑含水层的特性。目前，通常采用分布式地震仪测试地震数据来实现对含水层的探测。分布式地震仪包括主机和从机，从机又称检波器，用来采集地震波数据发送给主机，主机接收各个从机发送的数据进行存储及波形显示。已有的分布式地震仪主要采取有线传输的方式，来传输主机和从机之间的数据。例如主机和从机之间采用大线传输数据，一般是基于工业485网 络，其传输的速率较低，一般是20kbps IOOkbps之间，且理论上超过35个节点就需要增加中继设备。有线数据传输具有传输信号稳定可靠、技术成熟等特点，但存在布线复杂、设备繁重等不足，不能适应复杂的地理环境，特别是在地形复杂、障碍物多等情况下难以使用有线传输。
实用新型内容有鉴于此，本实用新型的主要目的在于提供一种含水层探测中地震数据的无线通信系统，以实现分布式地震仪主机和从机之间的无线传输。为达到上述目的，本实用新型提供了一种含水层探测中地震数据的无线通信系统，包括结构相同的主机无线通信装置和从机无线通信装置；主机无线通信装置和从机无线通信装置均包括天线、无线通信模块、可编程控制模块和本安型电源电路。所述主机无线通信装置中的可编程控制模块接收主机主控模块发送的数据，通过主机无线通信装置中的无线通信模块和天线发送出去；将通过主机无线通信装置中的天线和无线通信模块接收的数据发送给主机主控模块。所述从机无线通信装置中的可编程控制模块接收从机地震波数据采集装置发送的地震波信号，对地震波数据进行数据缓存和格式转换，将地震波数据打包成数据块，通过从机无线通信装置中的无线通信模块和天线发送出去；将通过从机无线通信装置中的天线和无线通信模块接收的数据发送给从机地震波数据采集装置。所述主机无线通信装置中的本安型电源电路为本机的无线通信模块、可编程控制模块和主机主控模块供电。所述从机无线通信装置中的本安型电源电路为本机的无线通信模块、可编程控制模块和地震波数据采集装置供电。较佳地，所述可编程控制模块包括相互连接的外部存储器和可编程逻辑门阵列；所述外部存储器包括数据存储器和程序存储器；所述从机无线通信装置中的可编程逻辑门阵列用于对地震波数据进行格式转换，将地震波数据打包成数据块发送给本机的无线通信模块；所述主机无线通信装置中的可编程逻辑门阵列用于接收主机主控模块发送的数据发送给本机的无线通信模块。较佳地，所述主机无线通信装置和从机无线通信装置中的无线通信模块包括单片射频收发芯片nRF905和与之相连的晶体振荡器；所述单片射频收发芯片nRF905通过射频天线端口与天线相连，通过SPI接口与可编程逻辑门阵列相连；所述主机无线通信装置中的可编程逻辑门阵列通过B4 口与主机主控模块相连；所述从机无线通信装置中的可编程逻辑门阵列通过B4 口与从机地震波数据采集装置相连。较佳地，所述本安型电源电路由相互连接的蓄电池和隔离 的BUCK降压电路实现。较佳地，所述隔离的BUCK降压电路包括直流电源变换芯片、开关电路、隔离降压电路、两级限流电路和两级限压电路；所述直流电源变换芯片与开关电路的第一端相连；开关电路的第二端连接至隔离降压电路的第一端；隔离降压电路的第二端连接至第一级限压电路和第二级限压电路的输入端，第一级限压电路的输出端连接回直流电源变换芯片，第二级限压电路的输出端连接至第二级限流电路；第一级限流电路与直流变换芯片的反馈引脚相连。较佳地，所述直流电源变换芯片采用UC3843芯片；所述开关电路由与UC3843芯片输出端相连的NMOS管实现；所述隔离降压电路由高频变压器实现；所述第一级限压电路由光电耦合器及基准源TL431构成的电压反馈电路实现；所述第二级限压电路由稳压器件SPX3819-5构成的稳压电路实现；所述第二级限流电路由PMOS管和三极管构成的限流电路实现；所述第一级限流电路由连接至直流变换芯片的反馈引脚的反馈电阻实现。由上述的技术方案可见，本实用新型的这种含水层探测中地震数据的无线通信系统，通过在主机和从机中分别设置无线通信装置实现了分布式地震仪主机和从机之间的无线通信，能够适应各种复杂的地理环境。
图I为本实用新型一较佳实施例的无线通信系统的网络拓扑结构示意图；图2为图I所示实施例中主机的结构示意图；图3为图I所示实施例中从机的结构示意图；图4为图I所示实施例中无线通信模块和可编程逻辑门阵列的接口电路框图；图5为图I所示实施例中本安型电源电路的结构框图；图6为图5所示本安型电源电路中隔离的BUCK降压电路的电路图。
具体实施方式
以下参照附图并举具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实用新型提供了一种含水层探测中地震数据的无线通信系统，通过在主机和从机中分别设置无线通信装置来实现分布式地震仪主机和从机之间的无线通信。本实用新型一较佳实施例的无线通信系统的网络拓扑结构如图I所示，主机位于网络拓扑的中间位置，各从机按照地震勘探的侧线布置方式分别位于主机的两侧对称放置，主从机之间采用主从时分方式进行通信。[0026]通常，可以将从机与主机之间设置在通信范围内，这样可以通过协议直接通信。另夕卜，本实用新型可以通过信息帧和软件的设置，在通信距离超出通信范围时，超出通信范围的从机与主机之间可以通过其它从机中继进行通信，网络中每个从机兼有中继的功能，进一步保证每台从机都能与主机进行通信。例如在数据的信息帧中设置功能标志位，以区分是数据直接传输还是通过其他从机中继传输，收到数据的从机根据信息帧的功能标志位，将需要中继的数据通过其他从机发送给主机。本实施例中，设置在主机中的主机无线通信装置和设置在从机中的从机无线通信装置结构相同。如图2和3所示主机无线通信装置和从机无线通信装置包括天线201(301)、无线通信模块202 (302)、可编程逻辑门阵列203 (303)、外部存储器204 (304)和本安型电源电路205 (305)。其中，外部存储器204 (304)和可编程逻辑门阵列202 (302)相互连接，加上常规的外围电路，如复位电路、时钟电路、其它接口电路及电源电路(图2、3中未示出常规的外围电路)构成了可编程控制模块。外部存储器可以包括用于缓存地震波数据的数据存储器和用于固化可编程逻辑门阵列的硬件逻辑代码的程序存储器。如图2所示，主机无线通信装置200中的可编程逻辑门阵列203接收主机主控模·块210发送的数据，通过主机无线通信装置300中的无线通信模块202和天线201发送出去。将通过主机无线通信装置300中的天线201和无线通信模块202接收的数据在外部存储器204进行缓存后发送给主机主控模块210。如图2所示，主机无线通信装置200中的本安型电源电路205为本机的无线通信模块202、可编程逻辑门阵列203和主机主控模块210供电。如图3所示，从机无线通信装置300中的可编程逻辑门阵列303接收从机地震波数据采集装置310发送的地震波信号，将地震波数据缓存到外部存储器304并进行格式转换，将地震波数据打包成数据块，通过从机无线通信装置300中的无线通信模块302和天线301发送出去。将通过从机无线通信装置300中的天线301和无线通信模块302接收的数据(主要包括主机发送的控制命令)发送给从机地震波数据采集装置310。如图3所示，从机无线通信装置300中的本安型电源电路305为本机的无线通信模块302、可编程逻辑门阵列303和地震波数据采集装置310供电。如图4所示，本实施例中，主机无线通信模块与可编程逻辑阵列之间的连接关系和从机无线通信模块与可编程逻辑阵列之间的连接关系相同。具体地，主机无线通信装置和从机无线通信装置中的无线通信模块包括单片射频收发芯片402 (本实施例中采用了nRF905)和与之相连的晶体振荡器404。实际上单片射频收发芯片nRF905还有其他一些常规的辅助电路，如电感、电容等。本实施例中，均采用常规的外围电路，图4中省略了。如图4所示，单片射频收发芯片402通过射频天线端口(ANT1和ANT2)与天线401相连，通过 SPI 接口及相应控制信号接口(MISO、MOSI、SCK、TRX_CE、PWR_UP、CD、AM、DR、CSN和TX_EN引脚)与可编程逻辑门阵列403的B3 口相连。单片射频收发芯片nRF905可工作于433/868/915MHz三个ISM(工业、科学和医学)频段。nRF905可以自动完成处理字头和循环冗余码校验(简称CRC校验)的工作，可由片内硬件自动完成曼彻斯特编码/解码。使用SPI接口与可编程逻辑门阵列连接，发射功率可调，最大输出功率为+IOdBm,典型的接收灵敏度为-lOOdBm。采用GFSK调制方式，根据通信距离与工作频率成反比的关系，本实施例中选用433MHz工作频段，这样可以在相同的发射功率下提高数据的传输距离。主机无线通信装置中的可编程逻辑门阵列403通过B4 口与主机主控模块相连；从机无线通信装置中的可编程逻辑门阵列通过B4 口与从机地震波数据采集装置相连。本实施例中，可编程逻辑门阵列采用Altera公司的cyclone III系列的FPGAEP3C10E144。Cyclone III FPGA具有低功耗、低成本和高性能的显著特点。其体系结构包括高达120K的垂直排列逻辑单元(LE)、以9-Kbit (M9K)模块构成的4Mbits嵌入式存储器、200个18x18的嵌入式乘法器。Cyclone III LS FPGA在布局上提供丰富的存储器和乘法器资源，包括200K逻辑单元、SMbits嵌入式存储器和396个嵌入式乘法器。所有体系结构都含有非常高效的互联和低偏移时钟网络，为时钟和数据信号结构提供链接。其内核电压为I. 2V，I/O电压为3. 3V，PLL的模拟供电电压为2. 5V。本实施例的数据存储器采用了 ISSI的32Kx8位字长的低功耗CMOS静态随机存取存储器IS62C256AL。存取时间为25ns或45ns，全静态操作，不需时钟或刷新。用于完成前端采集的地震波数据的存储和缓存。程序存储器采用Altera的串行配置的具有4Mbit系·列的EPCS4闪存，用于固化可编程逻辑门阵列的硬件逻辑代码。可编程逻辑门阵列采用的时钟频率为50MHz，采用KOAN公司的具有温度补偿的有源晶振。本实施例中主机无线通信装置和从机无线通信装置中的本安型电源电路采用相同的电源电路，都由相互连接的蓄电池和隔离的BUCK降压电路实现。如图5所示，本实施例采用的隔离的BUCK降压电路包括直流电源变换芯片502、开关电路503、第一级限流电路504、隔离降压电路505、第一级限压电路506、第二级限压电路507和第二级限流电路508。其中，直流电源变换芯片502由蓄电池501供电，直流电源变换芯片502还与开关电路503的第一端相连。开关电路503的第二端连接至隔离降压电路505的第一端。隔离降压电路505的第二端连接至第一级限压电路306和第二级限压电路507的输入端，第一级限压电路506的输出端连接回直流电源变换芯片502，第二级限压电路507的输出端连接至第二级限流电路508。第一级限流电路504与直流变换芯片502的反馈引脚相连。 具体地，如图6所示，本实施例中的直流电源变换芯片采用UC3843芯片，开关电路由与UC3843芯片输出端相连的NMOS管Ql实现。隔离降压电路由高频变压器BI实现。第一级限压电路由光电耦合器Ul及及基准源TL431构成的电压反馈电路实现。第二级限压电路由稳压器件U2 (芯片型号为SPX3819-5)构成的稳压电路实现。第二级限流电路由PMOS管Q2和三极管Q3构成的限流电路实现。第一级限流电路由连接至直流变换芯片的反馈引脚的反馈电阻R7实现。 由上述的实施例可见，本实用新型的这种含水层探测中地震数据的无线通信系统，通过在主机和从机中分别设置无线通信装置实现了分布式地震仪主机和从机之间的无线通信，能够适应复杂的地理环境。
权利要求1.一种含水层探测中地震数据的无线通信系统，其特征在于，该无线通信系统包括结构相同的主机无线通信装置和从机无线通信装置；主机无线通信装置和从机无线通信装置均包括天线、无线通信模块、可编程控制模块和本安型电源电路； 所述主机无线通信装置中的可编程控制模块接收主机主控模块发送的数据，通过主机无线通信装置中的无线通信模块和天线发送出去；将通过主机无线通信装置中的天线和无线通信模块接收的数据发送给主机主控模块； 所述从机无线通信装置中的可编程控制模块接收从机地震波数据采集装置发送的地震波信号，对地震波数据进行数据缓存和格式转换，将地震波数据打包成数据块，通过从机无线通信装置中的无线通信模块和天线发送出去；将通过从机无线通信装置中的天线和无线通信模块接收的数据发送给从机地震波数据采集装置； 所述主机无线通信装置中的本安型电源电路为本机的无线通信模块、可编程控制模块和主机主控模块供电； 所述从机无线通信装置中的本安型电源电路为本机的无线通信模块、可编程控制模块和地震波数据采集装置供电。
2.如权利要求I所述的无线通信系统，其特征在于所述可编程控制模块包括相互连接的外部存储器和可编程逻辑门阵列； 所述外部存储器包括数据存储器和程序存储器； 所述从机无线通信装置中的可编程逻辑门阵列用于对地震波数据进行格式转换，将地震波数据打包成数据块发送给本机的无线通信模块； 所述主机无线通信装置中的可编程逻辑门阵列用于接收主机主控模块发送的数据发送给本机的无线通信模块。
3.如权利要求2所述的无线通信系统，其特征在于所述主机无线通信装置和从机无线通信装置中的无线通信模块包括单片射频收发芯片nRF905和与之相连的晶体振荡器； 所述单片射频收发芯片nRF905通过射频天线端口与天线相连,通过SPI接口与可编程逻辑门阵列相连； 所述主机无线通信装置中的可编程逻辑门阵列通过B4 口与主机主控模块相连；所述从机无线通信装置中的可编程逻辑门阵列通过B4 口与从机地震波数据采集装置相连。
4.如权利要求1-3任一项所述的无线通信系统，其特征在于所述本安型电源电路由相互连接的蓄电池和隔离的BUCK降压电路实现。
5.如权利要求4所述的无线通信系统，其特征在于，所述隔离的BUCK降压电路包括直流电源变换芯片、开关电路、隔离降压电路、两级限流电路和两级限压电路； 所述直流电源变换芯片与开关电路的第一端相连；开关电路的第二端连接至隔离降压电路的第一端；隔离降压电路的第二端连接至第一级限压电路和第二级限压电路的输入端，第一级限压电路的输出端连接回直流电源变换芯片，第二级限压电路的输出端连接至第二级限流电路； 第一级限流电路与直流变换芯片的反馈引脚相连。
6.如权利要求5所述的无线通信系统，其特征在于所述直流电源变换芯片采用UC3843芯片；所述开关电路由与UC3843芯片输出端相连的NMOS管实现；所述隔离降压电路由高频变压器实现；所述第一级限压电路由光电耦合器及基准源TL431构成的电压反馈电路实现；所述第二级限压电路由稳压器件SPX3819-5构成的稳压电路实现；所述第二级限流电路由 PMOS管和三极管构成的限流电路实现；所述第一级限流电路由连接至直流变换芯片的反馈引脚的反馈电阻实现。
专利摘要本实用新型公开了一种含水层探测中地震数据的无线通信系统，该无线通信系统包括结构相同的主机无线通信装置和从机无线通信装置，其包括天线、无线通信模块、可编程控制模块和本安型电源电路；所述主机无线通信装置通过可编程控制模块、无线通信模块和天线，实现主机主控模块与外部的无线收发；所述从机无线通信装置，通过可编程控制模块、无线通信模块和天线，实现从机地震波数据采集装置与外部的无线收发；本安型电源电路为本机的无线通信模块、可编程控制模块和主机主控模块或从机地震波数据采集装置供电。应用本实用新型能够实现分布式地震仪主机和从机之间的无线通信，从而能够适应复杂地理环境下的探测需要。
文档编号G01V1/22GK202710754SQ201220359568
公开日2013年1月30日 申请日期2012年7月23日 优先权日2012年7月23日
发明者朱国维, 王怀秀, 张凯 申请人:中国神华能源股份有限公司, 中国矿业大学(北京)