一种煤炭开采用对讲系统的制作方法

本发明涉及对讲通讯技术领域，具体为一种煤炭开采用对讲系统。

背景技术：

随着煤炭开采装备及其辅助设备的提升和发展，矿井自动化、信息化已经成为煤炭企业发展的要素，煤矿无线通信系统成为矿井信息化和安全生产管理的重要组成部分。目前，我国煤矿井下使用的无线通信系统有早期的泄漏通信系统、载波通信系统及近几年发展起来的phs无线通信系统等，这些系统在信道的传输特性、技术升级及性价比方面各有优缺点。

具体缺陷如下：井下防爆扩播电话：需要电话线，为有线方式，3g通信要有中心交换，需要系统支持，基站需有线连中心，单基站可视范围小；泄露通讯需要泄漏电缆，音质差，无线传输距离短；模拟对讲机音质差，综采工作面无法使用，数字机音质较好，综采工作面话音清晰，400+mhz，距离较远，但仍满足不了需要；wifi通讯在煤矿井下巷道wifi距离更短，满足不了复杂环境的需求；小灵通也需要中心交换，部署的基站也需要有线连中心。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种煤炭开采用对讲系统，以解决上述背景技术中提出的井下防爆扩播电话：需要电话线，为有线方式，3g通信要有中心交换，需要系统支持，基站需有线连中心，单基站可视范围小；泄露通讯需要泄漏电缆，音质差，无线传输距离短；模拟对讲机音质差，综采工作面无法使用，数字机音质较好，综采工作面话音清晰，400+mhz，距离较远，但仍满足不了需要；wifi通讯在煤矿井下巷道wifi距离更短，满足不了复杂环境的需求；小灵通也需要中心交换，部署的基站也需要有线连中心的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种煤炭开采用对讲系统，包括基站和对讲机，所述基站和对讲机建立数据传输联系；

所述基站包括基站外壳体，所述基站外壳体的前侧设置面板，所述面板的前壁设置基站电池，所述面板的中下侧从左至右依次设置有基站外接电源指示灯、基站开关和基站电池欠压指示灯，所述基站外壳体的后侧壁设置有调试接口、外接电源接口、中转台天线接口和链路天线接口；

所述对讲机包括对讲机外壳体，所述对讲机外壳体的顶部左侧设置有天线，所述对讲机外壳体的前壁上侧设置有扬声器，所述对讲机外壳体的前壁中部设置有咪头，所述对讲机外壳体的左侧壁上部分从上至下依次设置有音量增加键、ptt按键、功能键和音量降低键，所述对讲机外壳体的底端设置有充电端子，所述对讲机外壳体的顶部中部设置有开机键和状态指示灯，所述对讲机外壳体的顶部右侧设置有信道选择钮，所述对讲机外壳体的右侧壁上部从上至下依次设置有充电指示灯、充电电源接口、第一外部耳机接口和第二外部耳机接口，所述对讲机外壳体的后侧壁设置有皮带夹，所述皮带夹的两侧通过皮带夹固定螺丝与对讲机外壳体的后侧壁连接，所述讲机外壳体的后侧壁下侧设置有电池盖和电池锁扣。

优选的，所述基站电池的上下端均设置有电池锁紧螺钉，所述基站电池通过电池锁紧螺钉与面板连接。

优选的，所述基站外壳体的下表面四角均螺接有支脚。

优选的，所述基站外壳体的右侧壁上端设置有基站折叠拉手，所述基站折叠拉手设置有两个。

优选的，所述基站外壳体的上表面中部通过螺钉连接有提手，所述基站外壳体的左侧壁中部设置有产品铭牌。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：携带方便、布网快捷，无需有线线路、无需外接电源，可与其它无线通信系统相独立，快速有效地进行通信联系，及时方便的协同作业。

附图说明

图1为本发明系统框图；

图2为本发明基站的系统框图；

图3为本发明基站的结构示意图；

图4为本发明基站的左视结构示意图；

图5为本发明基站的后视结构示意图；

图6为本发明对讲机的结构示意图；

图7为本发明对讲机的左视结构示意图；

图8为本发明对讲机的仰视结构示意图；

图9为本发明对讲机的俯视结构示意图；

图10为本发明对讲机的右视结构示意图；

图11为本发明对讲机的后视结构示意图；

图12为本发明第一种传输方式图；

图13为本发明第二种传输方式图。

图中：1基站外壳体、2支脚、3面板、4基站电池欠压指示灯、5基站开关、6基站外接电源指示灯、7基站电池、8电池锁紧螺钉、9基站折叠拉手、10提手、11产品铭牌、12调试接口、13外接电源接口、14中转台天线接口、15链路天线接口、16对讲机外壳体、17开机键、18天线、19音量增加键、20ptt按键、21功能键、22音量降低键、23咪头、24充电端子、25信道选择钮、26状态指示灯、27充电指示灯、28充电电源接口、29第一外部耳机接口、30第二外部耳机接口、31扬声器、32皮带夹固定螺丝、33皮带夹、34电池盖、35电池锁扣。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例：

请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：一种煤炭开采用对讲系统，包括基站和对讲机，基站和对讲机建立数据传输联系；

基站包括基站外壳体1，基站外壳体1的前侧设置面板3，面板3的前壁设置基站电池7，面板3的中下侧从左至右依次设置有基站外接电源指示灯6、基站开关5和基站电池欠压指示灯4，基站外壳体1的后侧壁设置有调试接口12、外接电源接口13、中转台天线接口14和链路天线接口15；

对讲机包括对讲机外壳体16，对讲机外壳体16的顶部左侧设置有天线18，对讲机外壳体16的前壁上侧设置有扬声器31，对讲机外壳体16的前壁中部设置有咪头23，对讲机外壳体16的左侧壁上部分从上至下依次设置有音量增加键19、ptt按键20、功能键21和音量降低键22，对讲机外壳体16的底端设置有充电端子24，对讲机外壳体16的顶部中部设置有开机键17和状态指示灯26，对讲机外壳体16的顶部右侧设置有信道选择钮25，对讲机外壳体16的右侧壁上部从上至下依次设置有充电指示灯27、充电电源接口28、第一外部耳机接口29和第二外部耳机接口30，对讲机外壳体16的后侧壁设置有皮带夹33，皮带夹33的两侧通过皮带夹固定螺丝32与对讲机外壳体16的后侧壁连接，讲机外壳体16的后侧壁下侧设置有电池盖34和电池锁扣35。

首先研究电磁波在煤矿井下的传输特性，选择适合井下通信的无线频率，以及无线基站和天线的布置方式；研究煤矿井下无线传输的干扰和预防措施；研制一套适合煤矿生产一线使用的无线对讲系统。

(1)巷道中的电磁波的传输特性

矿井无线传输受工作频率、导体、巷道截面(包括形状尺寸)、拐弯、分支、倾斜、风门等影响。因此，研究矿井无线传输的特点，对矿井移动通信系统的设计具有十分重要的意义。

1)巷道、铁器、风门对电磁波传输的影响

在进行煤矿井下无线信号覆盖设计时，必须考虑巷道的截面大小、巷壁介质和几何形状、设备设施布置、移动设备流量等因素，电磁波衰减率可由近似计算公式得出：

式中kh——统计常数；

a——巷道宽度方向的最大值；

b——巷道高度方向的最大值

εγ——介电常数

由衰减率近似计算公式可以看出，衰减常数同巷道的宽和高的三次方成反比，巷道尺寸越大电磁波的传播空问越宽阔，衰减率越小。而巷道尺寸越小，电磁波的传播空间越受限制，衰减越大。在巷道尺寸相同的情况下，工作频率越高，衰减率越小。在巷道截面较大，巷道为平直时，由于波导效应，uhf中的较高频段电磁波的传输距离会大大增加。对于弯曲巷道，高频段电磁波的衰减是非常严重的，而低频段的电磁波的绕射能力和穿透能力都比较强。

频率/mhz为以下数值时：40、60、150、470、900、1700、4000；

衰减/(dbkm-1)对应为：301、217、113、9.8、2、1.6、0.7。

频率/mhz为以下数值时：200、415、1000、2000、4000；

衰减/(dbkm-1)对应为：47.3、57.7、67.6、74.1、80.2。

通过理论研究和实验可知，在平直巷道中，频率越高，设备和铁器越少，衰减率越小，无线信号传输距离越远。在弯曲巷道中，频率越高，设备和铁器越多，衰减率越大，无线信号的传输距离越近。

2)截止频率

电磁波在巷道传输存在截止频率，截止频率是是矿井移动通讯系统设计的重要依据。当矿井无线传输频率低于截止频率时，无线传输衰减将会迅速增大，系统的无线传输距离将大大减小。矿井无线传输的截止频率与无线传输有效截面积(未被设备分割和占用的最大截面)的形状和尺寸有关。对于有效截面为矩形的无线传输截止频率f与矩形截面的长边a的关系表述：

f＝c/2a

f-截止频率,mhz

c-真空中的光速，m/s

a-矩形截面的长边，m

针对不同的工作场所，通过理论和实验获取的截止频率；

采煤工作面的无线传输通用截止频率为246mhz；

巷道的无线传输通用截止频率为83mhz；

通过理论分析和现场测试，无线对讲系统的频率应在300到900mhz为宜。

煤矿的地面及井下的电磁频谱复杂多变，干扰问题很突出，甚至有的时候能够造成通信或数据中断，因此在开发新的通信系统时，必须研究电磁干扰以及抗干扰措施。

(1)井下电磁干扰的特点

我国煤炭生产长期主要采用长壁式采掘方式，这就带来了井下电磁环境的复杂性、多变性。煤矿井下为限定性空间，电磁干扰的耦合与传播和地面完全不同。巷道截面形状、尺寸、介质、弯曲、分支、倾斜、金属支护、纵向导体(电缆、水管、铁轨等)、通风设施影响着电磁干扰的耦合与传播。井下无线通信的电磁干扰噪声主要可分为两大12类，自然噪声和工业噪声。工业噪声是指工业部门所使用的各类设备运行时所产生的电磁噪声，这些设备只要用电运行，就会产生电或电压的突变，也就成为噪声的发生源。这类

噪声进入了运行中的通信系统就变成了干扰噪声。

(2)井下电磁干扰的主要来源：

电磁干扰噪声对通信系统的传播途径主要有两种，一种是电磁波辐射，另一种是沿金属导体传导。矿井里的主要干扰源是工业噪声，主要包括高压电力电缆、大功率变压器、变频装置、其他无线设备等。

1)煤矿井下电网电压波动大，可达到75％～110％，其振幅围绕着平均振幅不断地上下波动，而频率也在一定范围内变化。电力电缆形成干扰的机理是由于电缆的漏磁场引起的感应辐射造成的。

2)直线架线电机车受电弓与架空线电火花干扰严重，其杂散电流干扰也十分严重。受电弓与滑接馈电线间、电机车直流电机的电刷与整流子之间、车轮与轨道间在轨道的接合处以及挂钩之间都会产生大量的电火花。这些电火花干扰的频谱相当宽，而这些干扰的电平与频谱取决于电火花的能量，即电机车的电压等级、负载电流大小、接触网敷设状况等。

3)变频设备是目前井下电磁干扰的比较突出的问题，变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置，能实现对交流异步电机的软起动、变频调速、提高运转精度、改变功率因数、过流/is_压/过载保护等功能。但也带了辐射干扰、传导干扰等问题。

(3)抗干扰的措施

1)软件无线电技术

将软件无线电技术应用于通信抗干扰中，实现与时变技术的有效结合，根据信号的不同使用场合和干扰情况进行变化，可以单独跳频工作，也可以跳频与直扩混合方式工作，有利于提高通信系统的抗干扰能力。软件无线电技术可以有效应用到其他无线通信抗干扰技术中，在保证硬件不变的情况下，改变或下载软件，改变其性能。

2)dsp技术

数字信号处理是利用专用或通用数字信号处理芯片，通过数字计算的方法对信号进行处理。与模拟信号处理相比，dsp具有极强的实时性，能在极短的时间内完成对外部输入信号的各种处理，即信号处理速度大于信号更新(传输)速度，这使其对话音进行实时处理成为可能；数字信号处理仅受量化误差和有限字长的影响，处理过程不引入其他噪声，故精度高、稳定性好，具有很高的信噪比。

基站用于自行组建智能数字无线通信网络，为对讲机终端广播对讲提供网络和信号中继。具有低功耗，信号传输稳定，传输距离远，自组网能力强的特点。无线基站适用于煤矿井下或地面无线语音通信的场合。矿用智能对讲通讯系统采用dpmr数字协议标准，以4.8kbps的速率对语音进行双向编解码，实现多个手持对讲机的通话。为了提高数据带宽的使用效率，无线基站采用双收发模块，通信采用半双工通信方式，实现连续清晰的对讲通话。在电源方面，无线基站采用采用两种供电模式。在有外电的情况下，采用隔爆兼本质安全型电源给无线基站供电，电池作备用电源；在临时性的活动区域和不具备外电供电的场所，无线基站由电池供电，基站采用多重节能设计，容量为10ah的电池待机工作时间达12小时，电池可以带到地面充电。

对讲机有射频单元、音频单元、电源和控制单元以及基带处理单元组成，系统比较简单，组成部分少，这充分体现了系统简单，组网方便的特点。

对讲机最大区别于模拟对讲机的就是语音信号进行了数字化并通过dsp进行高速处理，高速dsp的时钟高达100mhz以上，100mhz以上的时钟以及其他高速时钟和数据的谐波相当丰富，有的还接近射频载波从而干扰射频载波。为了提高电源效率采用了开关电源，开关电源的开关频率会调制到载波上，导致了载波不纯净，容易造成干扰并且降低有效发射功率。电磁兼容比模拟对讲机复杂的多。对讲机具有路由中转功能，在接收到头数据包解密数据包以后，再加以中继，传输到附近无线基站和对讲机。对讲机的数据加密采用的是aes硬件加密技术，密钥长度128位。对讲机与基站数据包在打包以后，明文进入aes协处理器完成数据的硬件加密，再将密文通过无线传输。同样接收到的密文数据也要进入aes协处理器完成数据的解密，得到的明文再进行数据包的处理。

基站电池7的上下端均设置有电池锁紧螺钉8，基站电池7通过电池锁紧螺钉8与面板3连接。

基站外壳体1的下表面四角均螺接有支脚2。

基站外壳体1的右侧壁上端设置有基站折叠拉手9，基站折叠拉手9设置有两个。

基站外壳体1的上表面中部通过螺钉连接有提手10，基站外壳体1的左侧壁中部设置有产品铭牌11。

工作原理：对讲机1发出的无线信号由基站a中转台接收并转发，基站a中转台信号覆盖范围内的对讲机(对讲机2)可实现通话；基站a中转台同时将信号传送给链路台，基站台a的链路台通过无线方式将信号发送至基站b链路台，基站b链路台传输给基站b中转台，基站b中转台将信号无线发送，在基站b中转台信号覆盖区域内的对讲机(对讲机3)实现通话(如图12所示)。

对讲机4发出的无线信号由基站c中转台接收并转发，基站c中转台将信号传送给链路台，基站c链路台信号覆盖范围内的对讲机(对讲机5)可实现通话。基站c链路台将信号传送给基站d链路台，基站d链路台接收并转发，基站d的链路台将信号传送给基站d的中转台，基站d的中转台信号覆盖范围内的对讲机(对讲机5、对讲机6)可实现通话。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明；因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。