便携式通信矿灯的研究与设计

刘朝阳 王安义

摘  要： 完好的矿灯对改善劳动条件、提高劳动生产率和安全生产都具有重大意义。矿灯若不完好，比如电池漏液、红灯、电线破损、闭锁不起作用、灯圈松动等不仅影响正常使用，而且有可能造成瓦斯、煤尘爆炸等严重事故。基于对采矿安全的要求和矿用无线网络的认识，通过对矿用智能终端的应用需求及关键技术进行研究，在ARM11硬件平台上搭建Linux系统，并结合响应的驱动及应用程序，将TD?LTE技术与矿灯相融合，设计和实现了矿用通信矿灯。测试结果表明，终端能实现控制矿灯，在矿用无线网络下实现通信功能，矿灯的检测信息和矿工的位置信息能实时地传输到管理中心，实现对安全采矿的要求。

关键词： 通信矿灯; 采矿安全; 矿用无线网络; 技术融合; 矿灯设计; 软件设计

中图分类号： TN915.02?34                       文献标识码： A                        文章编号： 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

近几年来，我国工业科技水平快速发展，带动煤炭工业进入矿山采矿设备自动化、矿下通信高效化，在煤矿安全生产管理过程中扮演着重要角色，提高了煤矿开采效率，降低了矿下事故发生的可能性，但是涵盖煤矿安全、生产、运营全过程的数字化矿山整体解决方案还处于起步阶段[1]。

井下无线通信的发展经历了感应无线通信、漏泄无线通信、分布式无线通信、小灵通无线通信、WiFi无线通信、3G移动通信以及4G移动通信[2]。中国移动使用TD?LTE技术，中国联通和电信采用TD?LTE，FDD?LTE混合技术建设4G网络。4G无线通信技术具有高数据率、低时延和网络扁平化结构的特点[3]。随着LTE的正式商用，产业链的逐步成熟，使得LTE在煤炭的应用成为可能，为数字化矿山的发展创造了有利条件，符合数字化矿山未来的技术发展趋势[4]。

1  无线通信矿灯设计

1.1  系统结构

一个终端包含硬件和软件两部分，软件的运行需要硬件的支持，软件平台主要包括应用软件、中间层和内核层，硬件平台主要包含核心处理器、通信模块、电源网络、传感网络、外围器件组成。架构图如图1所示。

1.2  系统功能设計

参考文献

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[2] 杨俊明.4G通信技术支持下煤矿无线通信系统的研究[J].中国新通信，2016，18（20）：37.

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[4] 吴德政.数字化矿山现状及发展展望[J].煤炭科学技术，2014，42（9）：17?21.

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[12] 孙泽鸿.基于ARM的智能云家居控制系统研究[D].锦州：辽宁工业大学，2016.

[13] 丁恩杰，刘亚峰，吕雅洁.感知矿山物联网发展现状及展望[J].信息通信技术，2015，9（5）：15?20.

作者简介：刘朝阳（1984—），男，陕西富平人，高级工程师，博士研究生，主要从事矿山通信理论与技术方向研究，在国内外学术期刊上发表学术论文10余篇，国家发明专利2项。