一种基于双频无线网络的地震数据传输装置的制作方法

本实用新型属于地球物理勘探中的地震数据传输技术领域，特别涉及一种基于双频无线网络的地震数据传输装置。

背景技术：

随着无线通信技术的日益演变，地震数据传输技术也随之发生了巨大变化，已从有线传输逐步发展为无线传输。目前，比较成熟的无线数据传输技术是基于WLAN的地震数据传输技术，其主要是采用2.4GHz或5.8GHz频段进行通信。

由于2.4GHz频段信号频率低，在空气或障碍物中传播时衰减较小，在相同发射功率下比5.8GHz频段信号传播距离更远，但2.4GHz频段信号频带宽度较窄，且属于开放频段，现有很多无线设备都工作在该频段上，比如集成有蓝牙模块或装有WiFi模块的设备，从而在公共区域范围内该频段产生的无线信号较多，干扰较大。5.8GHz频段属于国家新开放的无线电频段，工作在该频段的设备少，产生的干扰较小，从而发射端或接收端的信号较强，但是，由于5.8GHz频段的信号频率高，信号损失衰减较大，若要扩大信号通信范围，需要上调发射功率，既增加了传输系统的功耗，又提高了传输系统的成本。

Inova公司于2012年推出的HAWK节点式地震仪，该地震仪采用了802.11b协议的WiFi 模块，使用2.4GHz频段的无线信号对地震数据进行传输，传输距离较远，但抗干扰能力较弱。

中国专利CN205490534U公开了一种基于WLAN的无缆地震仪的数据传输装置，该装置采用5.8GHz频段进行数据传输，与采用2.4GHz频段通信的装置相比，在增加发射功率的情况下，其通信距离由原有的几十米到200多米提高至1000米左右，速度也由原来的 300～400KBit/s提高至现在的2～1.5MBit/s，该装置的无线通信距离和速度提升明显。

因此，现有技术在公共区域范围内采用2.4GHz频段传输时，由于地震仪节点和从AP 的信号都被淹没在较强的电磁干扰中，以致两端建立连接困难，且通信距离严重缩短；采用 5.8GHz频段传输时，需要提高地震仪节点和各AP端的传输功率，致使整个系统的成本和功耗成倍增加。

技术实现要素：

本实用新型的目的就在于针对上述现有技术的不足，提出一种基于双频无线网络的地震数据传输装置，该装置采用2.4GHz和5.8GHz两种频段的无线通信模块搭建通信网络进行数据传输，5.8GHz频段网络实现对所有地震仪节点的覆盖，增强了地震仪节点接入网络的抗干扰性，2.4GHz频段网络实现中继节点之间的数据传输，保证了地震数据的远距离传输，并且采用主、从AP的网络拓扑结构来扩大地震勘探现场的无线网络覆盖范围。本实用新型既保证了无线地震数据传输系统的传输距离和传输速度，又增强了无线地震数据传输系统的抗干扰性，且降低了传输系统的功耗和成本，具有较高的工程应用价值。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于双频无线网络的地震数据传输装置，由2.4GHz无线通信模块，5.8GHz无线通信模块和地震仪节点构成，其中2.4GHz无线通信模块组成主AP，5.8GHz无线通信模块和 2.4GHz无线通信模块组成从AP，地震仪节点内部的以太网模块与5.8GHz无线通信模块连接。主AP与各从AP之间通过搭建2.4GHz频段无线网络进行数据传输，从AP与地震仪节点之间通过搭建5.8GHz频段无线网络进行数据传输，从而构成一套完整的无线地震数据传输系统。

所述主AP由2.4GHz无线通信模块组成，该模块主要使用了Qualcomm Atheros公司的 QCA9563处理器，该处理器是一个高度集成和功能丰富的2.4GHz无线通信系统芯片，该模块具有3个2.4GHz天线接口，最大发射功率为23dBm，外接2.4GHz天线，天线增益为13dB，并将天线升高至3米左右，测试通信距离可达800m，通信协议为802.11b/g/n，最高传输速率可达450Mbps；

所述从AP由5.8GHz无线通信模块和2.4GHz无线通信模块组成。2.4GHz无线通信模块与主AP无线模块相同；5.8GHz无线通信模块使用了Qualcomm Atheros公司的QCA9882 芯片，该芯片是一个高度集成的无线通信系统芯片，适用于5.8GHz的无线网络应用，该模块最大发射功率为27dBm，通信协议为802.11ac，采用2*2MIMO天线技术，外接5.8GHz 天线，天线增益13dB，并将天线升高至3米左右，测试通信距离约为800m，最高传输速率可达867Mbps；

所述从AP主要负责与主AP搭建2.4GHz无线通信网络，与地震仪节点搭建5.8GHz无线通信网络，并进行2.4GHz和5.8GHz频段之间的数据交互；

所述地震仪节点由控制单元、数据采集单元、无线传输单元以及电源单元组成，其中控制单元由STM32F429处理器模块、CPLD模块、GPS授时模块、以太网模块以及SD卡数据存储模块构成；数据采集单元由32位ADS1282组成的3通道数据采集模块构成；无线传输单元由WiFi控制模块和5.8GHz无线通信模块构成；电源单元由供电模块和电压转换模块构成；地震仪节点内置5.8GHz天线，天线增益为5dB；

所述地震仪节点中，无线传输单元的WiFi控制模块与控制单元的以太网模块相连，数据采集单元的3通道数据采集模块与控制单元的CPLD模块相连，电源单元负责给其它各单元供电；

所述地震仪节点主要负责采集和存储地震数据，并将采集到的地震数据通过无线传输单元，发送至从AP。

上述基于双频无线网络的地震数据传输装置，其主要目的是搭建实时数据传输系统，覆盖半径为1500米的地震勘探区域，具体步骤如下：

A、在勘探现场布设*型测线，编号1-6号测线，沿各条测线从距离中心点100米处向外每隔100米布设一个地震仪节点，每条测线布设15个地震仪节点，共布设90个；

B、分别在12、34、56测线组成的等边三角形形心上布设从AP，共布设3个从AP，地震仪节点优先选择距离最近的从AP接入；

C、在*型测线的中心位置布设主AP，共布设一个主AP，主AP连接从AP的数量为3 个；

D、主AP与从AP搭建2.4GHz无线通信网络，通信距离800米左右，从AP与地震仪节点搭建5.8GHz无线通信网络，通信距离800米左右，从而实现对勘探现场的半径1500 米探测区域网络覆盖。

E、实验结果显示控制中心可通过传输系统与地震仪节点进行远距离的指令和数据交互，且该传输系统装置的性能稳定，满足了微地震压裂监测现场的需求。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：本实用新型采用2.4GHz频段和5.8GHz 频段相结合的方式实现地震数据传输，即主AP与从AP之间通过2.4GHz频段进行数据传输，从AP与地震仪节点之间通过5.8GHz频段进行数据传输，其既可以保证中继节点间的远距离传输，又可以保证地震仪节点与从AP的数据传输不受其它通信设备的干扰，既提高了传输系统的稳定性，又降低了系统的功耗和成本。

附图说明

图1为基于双频无线网络的地震数据传输装置框图；

图2为地震仪节点内部结构示意图；

图3为无线传输单元结构示意图；

图4为主AP内部结构示意图；

图5为从AP内部结构示意图。

具体实施方式

本实用新型提供了一种基于双频无线网络的地震数据传输装置。为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合说明书附图对本实用新型进行详细说明。

如图1所示，基于双频无线网络的地震数据传输装置，由2.4GHz无线通信模块，5.8GHz 无线通信模块和地震仪节点构成，其中2.4GHz无线通信模块组成主AP，5.8GHz无线通信模块和2.4GHz无线通信模块组成从AP，地震仪节点内部的以太网模块与5.8GHz无线通信模块连接。主AP与从AP之间通过搭建2.4GHz频段无线通信网络进行数据传输，从AP与地震仪节点之间通过搭建5.8GHz频段无线通信网络进行数据传输，从而构成一套完整的地震数据传输系统。地震仪节点、主AP以及从AP的具体数量根据地震勘探现场的实际情况决定。

如图2所示，地震仪节点由控制单元、数据采集单元、无线传输单元以及电源单元组成，其中主控单元由STM32F429处理器模块、CPLD模块、GPS授时模块、以太网模块以及SD 卡数据存储模块构成；数据采集单元由32位ADS1282组成的3通道数据采集模块构成；无线传输单元由WiFi控制模块和5.8GHz无线通信模块构成；电源单元由供电模块和电压转换模块构成；无线传输单元的WiFi控制模块与控制单元的以太网模块相连，数据采集单元的 3通道数据采集模块与控制单元的CPLD模块相连，电源单元负责给其它各单元供电；地震仪节点主要负责采集和存储地震数据，并将采集到的地震数据通过无线传输单元，发送至从 AP。

如图3所示，无线传输单元由WiFi控制模块和5.8GHz无线通信模块构成，其中WiFi 控制模块由控制芯片QCA9563,以太网接口和PCIe接口组成；5.8GHz无线通信模块由 QCA9882 5.8GHz芯片,PCIe控制器，40MHz晶振，带通滤波器，前端模块和5.8GHz天线接口组成；其中，WiFi控制模块和5.8GHz无线通信模块通过PCIe接口连接，WiFi控制模块通过以太网接口与地震仪节点的控制单元的以太网模块连接，5.8GHz WiFi通信模块最大发射功率为27dBm，通信协议为802.11ac，采用2*2MIMO天线技术，最高传输速率可达 867Mbps。

如图4所示，主AP由2.4GHz无线通信模块和WiFi控制模块组成，其中2.4GHz无线通信模块由射频前端模块，2.4GHz天线和无线射频模块组成，其通信频段为2.4GHz，最大发射功率为23dBm，最远通信距离为800m，通信协议为802.11b/g/n，最高传输速率可达 450Mbps；WiFi控制模块由控制芯片QCA9563和PCIe接口组成。

如图5所示，从AP由2.4GHz WiFi传输模块，5.8GHz WiFi传模块和WiFi控制模块组成，其中2.4GHz WiFi传输模块由射频前端(RF Front End)，2.4GHz天线和无线射频模块组成，其最大发射功率为23dBm，最远通信距离为800m，通信协议为802.11b/g/n，最高传输速率可达450Mbps；其中5.8GHz WiFi通信模块由5.8GHz网卡QCA9882,PCIe控制器， 40MHz晶振，带通滤波器(Band-Pass Filter,BPF)，前端模块(Front-End Module,FEM)和 5.8GHz天线组成；其中，WiFi控制模块和5.8GHz WiFi通信模块通过PCIe接口连接，5.8GHz WiFi通信模块最大发射功率为27dBm，最远通信距离为800m，通信协议为802.11ac，采用 2*2MIMO技术，最高传输速率可达867Mbps。

上述基于双频无线网络的地震数据传输装置，其主要目的是搭建实时数据传输系统，覆盖半径为1500米的地震勘探区域，具体步骤如下：

A、在勘探现场布设*型测线，编号1-6号测线，沿各条测线从距离中心点100米处向外，每隔100米布设一个地震仪节点，每条测线布设15个地震仪节点，共布设90个；

B、分别在12、34、56测线组成的等边三角形形心上布设从AP，共布设3个从AP，地震仪节点优先选择距离最近的从AP接入；

C、在*型测线的中心位置布设主AP，共布设一个主AP，主AP连接从AP的数量为3 个；

D、主AP与从AP搭建2.4GHz无线通信网络，通信距离800米左右，从AP与地震仪节点搭建5.8GHz无线通信网络，通信距离800米左右，从而实现对勘探现场的半径1500 米探测区域网络覆盖。

E、实验结果显示控制中心可通过传输系统与地震仪节点进行远距离的指令和数据交互，且该传输系统装置的性能稳定，满足了微地震压裂监测现场的需求。

本实用新型提供了一种基于双频无线网络的地震数据传输装置，其搭建5.8GHz无线网络对地震仪节点进行覆盖，增强了地震仪节点在区域范围内的抗干扰性，搭建2.4GHz无线网络作中继节点间的通信，既可以增加地震数据传输的距离，又可以降低功耗和成本，具有较高的工程应用价值。