矿用无线视频发射器的设计及应用研究

长沙航空职业技术学院　刘高山

矿用无线视频发射器的设计及应用研究

长沙航空职业技术学院刘高山

【摘要】随着国内外自动化监控技术的发展，给予PLC的控制系统在工业领域、民用领域当中，获得了非常广泛的应用，并且创造了较大的经济效益和社会效益。从客观的角度来分析，在当前的矿产开采当中，矿用性质的无线视频发射器获得了业内的高度重视，并且在很大程度上关系到矿产的工作进展。未来，应针对矿用无线视频发射器的具体要求，在设计方面、应用方面不断的创新，从客观上和主观上，完成工作水平的进步，提高设备的性能。

【关键词】矿用；无线视频；发射器；设计；应用

在煤矿的日常工作中，无论是在生产方面还是在运输方面，都具有较高的特殊性。目前，仅仅依靠传统的工业控制系统，并不能满足矿产工作的需求，应针对无线方面的设备开展深入的探究。矿用无线视频发射器的提出，为矿下的工作提供了更多的帮助，能够提供最中肯的建议和指导，提高安全水平，避免造成工作上的恶性循环。在此，本文主要对矿用无线视频发射器的设计、应用展开讨论。

1　无线视频信号采集

矿用无线视频发射器的使用，在很多领域都获得了较大的突破。从理论上来分析，该类型的仪器设备，必须在无线视频信号的采集方面做出足够的努力，搜集较多的准确信号，为数据的分析和应用，提供坚定的基础保障，避免造成机械设备的故障和性能冲突。

图1　矿用无线视频发射器电气原理图

如图1所示，由于现场相邻两条皮带相互搭接，因此，安装摄像仪应当尽量使之能同时兼顾两条胶带机及周边环境。中控室设置电视墙，操作人员通过电视墙可以很清楚的看到现场胶带机运行情况及周边环境，在配合 DCS 系统在现场采集到的现场数据，可以对整个系统进行综合判断和处理，确保系统的正常运行。

1.1无线视频信号采集简述

矿用无线视频发射器在设计的过程中，无线视频信号的采集应从客观的角度出发，并且符合绝大多数的矿井应用条件，应充分避免应用过程的各种阻碍问题。本文认为，以当前的情况来看，无线视频信号的采集工作，需从以下几个方面来努力：

第一，在远程视频的调度系统方面，需依靠较多的设备共同协调作用，减少单一设备的局限性。无线视频信号的采集工作，可尝试利用采煤机摄像无线发射机、输送机机头基站、移动泵站基站来组成。第二，考虑到无线视频信号采集过程中，必须确保信号的长久稳定，因此各个机械设备的性能，也必须获得较大的提升，否则无法与现实的生产条件相互匹配。例如，在采煤机械设备上，安装矿用无线图像传送监视装置发射器的过程中，应从发射器本身来分析。建议发射器的组成方面，可利用工业低照度摄像机、利用无线图像发射装置共同组成。该方法的优势在于，能够有效的随着采煤机械的移动而移动，工作面的视频图像信息，同样可以利用无线的方式进行发射，充分满足实际应用的标准。

1.2无线视频信号系统组成

对于矿用无线视频发射器而言，无论是设计层面还是应用层面，都必须在信号系统的组成方面做出足够的努力，否则在实际的运行过程中，势必会受到外界因素的较多干扰，届时所产生的不利影响将会是非常严重的，甚至有可能导致设备的损坏，针对煤矿的生产、加工等工作造成严重的负面影响。在无线视频信号系统的组成方面，可尝试从以下几个方面出发：

第一，无线发射器。无线发射器的系统，主要通过视频采集、视频编码、PA放大发射、无线发射四个部分共同组成。该系统的特点在于，表现为客观上的便携式装置，针对现场的实时信息可完成有效的提取。从图1来看，无线发射器是一种比较便携的装置，摄像机在工作的过程中，能够针对现场的实时信息进行有效的提取，内部所装置的射线机，可以较好的完成视频采样工作。该仪器的运作，可以将视频信号转换为电信号，利用PA放大发射模块，针对信息进行放大处理、调制处理、混频处理等等，之后会向巷道空间发射频率为2.4GHz的分米波。

图2　无线发射机原理图

第二，无线视频接收基站。该部分是系统的核心内容，基本上是通过接收器、光载波发射机等共同组成的。接收器在运行的过程中，通过利用无线天线的作用，有效的接收到发射器所产生的微波信号，同时会将这些信号转换为图像的信号，之后发送到光载波发射机上面。在运行的过程中，会经过光电管，将电信号调制到光载波的具体波长上面，局部利用光缆将信号有效的传送到接收的主站上面。

第三，地面控制显示。该部分在组成方面，是通过光接收机、光电转换架、计算机等设备共同组成的。从图2来看，地面接收机的设定，包括较多的设备，比较重要的设备为光接收机（GS）、光电转化架以及计算机设备等等。该设备在运行过程中，光接收机GS会将收集到的光信号，有效的转变为电信号，同时输入多路视频转换卡，也就图2中的ZH模块，最后会通过工控的录像机进行全面的分析、识别，确认以后才能送往调度中心的屏幕进行显示。

图3　地面控制显示

2　无线视频发射器设计

根据矿用无线视频发射器的具体标准和工作环境，应在上述的理论基础上，加强实践的设计和应用，要针对搜集到的信息和资料，确保其准确性。另一方面，无线视频发射器的具体设计工作，还应该协调好各个组成部分的具体功能，将冲突和矛盾有效解决，提高发射器的具体工作效果，以此来完成工作的较大进步。

无线发射模块硬件上可以分为，视频采集模块，视频处理模块，本地振荡模块，混频模块，功率放大模块，天线，设计发射频率为2.4GHz，如图4所示。

图4　发射模块总体设计框图

2.1无线视频发射器结构

矿用的条件下，无线视频发射器的结构必须要做的突出一些，既要满足客观上的矿用限制条件，又要在最大限度上符合主观工作的需求。为此，在无线视频发射器的结构设计、应用方面，应以客观实际情况为基准，尽可能的添加较多的主观功能，为日常的工作提供较多的帮助。本文认为，无线视频发射器结构，应在以下几个方面努力：

第一，技术的应用方面，主要是选择分布式技术来完成的。无线视频发射器的特点在于“无线”，利用分布式技术来操作，可更好的降低负荷，以此来实现大规模的集中运营，针对煤矿的各种信息搜集，提供较多的帮助。第二，必须平衡无线视频发射器的负担，针对负荷采取系列的均衡措施。考虑到无线视频发射器的具体功能，可根据节点的具体负荷情况，有效的调节总体的任务分布特点。在运行的过程中，利用专门的服务器，依据操作者的需求，发送负荷给负担较轻的系统服务器上面，促使无线视频发射器可长久、稳定的运行。

2.2无线视频发射器模块

矿用无线视频发射器的设计和应用，还要在模块的工作中进行努力。以当前的情况来分析，无线视频发射器的模块内容，必须确保技术与设备的和谐，避免造成技术的不足或者是设备的落后。我国当前的矿产开发、加工工作正处于比较重要的阶段，无线视频发射器所具有的作用比较突出，应充分的满足需求，并且实施阶段性的优化处理。

第一，视频采集模块。该模块的突出作用在于，有效的采集巷道的图像信息，通过将图像信息，更好的转化为视频的信号进行输出处理。考虑到采集模块位于移动设备装置上，因此在视频的采集模块当中，清晰度的标准较高，并且要具备低照度的特点，必须更好的适应井下亮度不高的特殊环境，且要持续的运行。

第二，视频处理模块。视频处理模块是接收视频采集模块的输出的75Ω、1Vp-p的模拟电信号。复合视频输入后需要进行滤波放大，在滤波放大电路中设置电感、电容。其中电感起着去除交流信号的作用，电容起着隔直的作用。复合视频信号定义为包括亮度和色度的单路模拟信号，也即从全电视信号中分离出伴音后的视频信号，这时的色度信号还是分布在亮度信号的高端。复合视频信号也称为基带视频信号或RCA视频信号，它使用NTSC或PAL电视信号传送图像数据。

第三，混频电路。滤波后的视频信号与本地振荡载波进行混频调制，将带宽6MHz的视频信号调制在微波段2.4GHz的载频上。微波混频电路是一种常用的微波电路。目前，大多数微波中继通信都采用中频转接方式，即把接收到的微波信号转换成中频信号，经中频放大后，再转换成微波信号，然后由天线发射到下一站。

3　结束语

当前，矿用无线视频发射器是业界内的重要研究内容，本文针对设计和应用展开了详细的讨论。就已经完成的工作来看，矿用无线视频发射器在性能上是比较突出的，即便是应对一些复杂的矿产工作，也可以较好的完成信息搜集和处理。另外，在应用矿用无线视频发射器的过程中，发现该设备还具有更大的优化空间，尤其是在信号的稳定性处理、信号的传输速度处理等方面，均要深化的研究，以此为矿产的开发提供更多的帮助。

在今后的研究当中，可尝试从以下几项内容出发：第一，矿用无线视频发射器的精简化。发射器在目前的应用中，虽然搜集到了较多的信息、数据，但在设备的体积方面，还有很大的提升空间，可将设备的体积进一步的缩小，一方面扩大视角，同时避免受到矿内因素的影响。第二，应用矿用无线视频发射器的过程中，需加强信号的稳定性、持久性。当前的很多矿井都比较复杂，需通过较多的数据分析、图像分析来完成生产方案的制定，如果信号总是间断或者总是受到内部因素的影响，则对实际的生产工作造成较大的损失。第三，应进一步加强设备本身的性能，包括抗压能力、抗摔能力等等，即便是在矿井发生灾难的时候，也要尽量的提供稳定的信号，以此更好的探测矿井内部的情况，提高安全保障能力。

相信在今后的设计和应用中，矿用无线视频发射器会得到进一步的深化，在客观上加强功能，在主观上简便操作，并创造出更大的价值。

参考文献

[1]梁敬敬.矿用便携无线音视频装置的设计与应用[J].煤矿机械,2013,05:268-270.

[2]杨勇,刘磊,刘煥石,刘亚.矿用无线视频发射器的分析与设计[J].计算机光盘软件与应用,2013,15:257-258.

[3]郭星歌,赵培培,宋洁.矿井移动设备无线宽带传输关键技术研究[J].工矿自动化,2013,10:13-17.

[4]刘冬,王向菊,于晶晶.基于AR2524芯片的矿用摄像仪无线网络接口设计[J].工矿自动化,2011,08:122-125.

[5]刘琨.国内煤矿无线电通信技术的综述和展望[J].通信电源技术,2011,05:62-65.

[6]张宏.无线视频监控在无极绳绞车系统中的应用[J].能源技术与管理,2012,01:140-142.

[7]郑万波.基于Wi-Fi与xDSL的矿井应急救援多媒体综合通信系统设计及应用[J].山东科技大学学报(自然科学版),2012,02:68-73.