全文摘要
一种基于LED可见光通信的微型矿井信息交互定位装置，属于矿井信息交互定位装置。矿井信息交互定位装置包括：光发射装置及光接收装置；光发射装置安装在移动矿车上，发射光通信信号；光接收装置为多个，均匀分布安装在矿井墙壁上，接收可见光通信信号；光发射装置及光接收装置通过可见光通信信号连接；光接收装置通过总线将信号传送至上位机展示移动矿车轨迹。优点：通过在光发射装置与光接收装置中实现电‑光‑电转换，代替传统通信技术中所用的有线通信传输以及射频通信传输。能够较好地实现移动矿车在矿井巷道模型轨道中的定位；通过直接在LED照明灯上加载通信信号，实现集照明与通信功能一体的矿用灯，既节省空间又节能环保。
主设计要求
1.一种基于LED可见光通信的微型矿井信息交互定位装置，其特征是：矿井信息交互定位装置包括：光发射装置和光接收装置；光发射装置安装在移动矿车上，发射可见光通信信号；光接收装置为多个，均匀分布安装在矿井墙壁上，接收可见光通信信号；光发射装置及光接收装置通过可见光通信信号连接；光接收装置通过总线将信号传送至上位机展示移动矿车轨迹。
设计方案
1.一种基于LED可见光通信的微型矿井信息交互定位装置，其特征是：矿井信息交互定位装置包括：光发射装置和光接收装置；光发射装置安装在移动矿车上，发射可见光通信信号；光接收装置为多个，均匀分布安装在矿井墙壁上，接收可见光通信信号；光发射装置及光接收装置通过可见光通信信号连接；光接收装置通过总线将信号传送至上位机展示移动矿车轨迹。
2.根据权利要求1所述的一种基于LED可见光通信的微型矿井信息交互定位装置，其特征是：所述的光发射装置包括：发射电源电路、光发射控制电路、驱动电路和照明灯具；所述的发射电源电路由3.3v的降压直流电源构成，为光发射装置供电；所述的光发射控制电路由光发射芯片和外围器件构成光发射模块，光发射芯片的输出端10脚输出通信信号；所述的驱动电路由驱动芯片和外围器件构成，驱动芯片的输出端2脚和3脚输出驱动电流，驱动照明灯具点亮或熄灭；光发射芯片的输出端10脚与驱动芯片的输入端7脚连接，驱动芯片的输出端2脚和3脚与照明灯具连接；所述的照明灯具由LED照明灯和散热器件构成；所述的LED照明灯为3wLED照明灯安装在散热器件上；所述的散热器件为圆柱体散热器件，直径和高度均为28mm。
3.根据权利要求1所述的一种基于LED可见光通信的微型矿井信息交互定位装置，其特征是：所述的光接收装置包括：接收电源电路、光电检测、转换电路、光接收控制电路；所述的接收电源电路由3.3v的降压直流电源构成，为光接收装置供电；所述的光接收控制电路包括电压比较器和光接收模块；电压比较器的输出端1脚与光接收模块的接收信号的引脚9脚相连；所述的光接收模块由光接收芯片和外围器件构成；所述的光电检测电路为光敏二极管阴极与二极管分压变阻器串联连接，并接入电压比较器的同相输入端3脚；所述的转换电路为比较器分压变阻器的滑动头与电压比较器的反相输入端2脚连接，电压比较器输出端1脚与上拉电阻相连。
设计说明书
技术领域
本实用新型涉及一种矿井信息交互定位装置，特别是一种基于LED可见光通信的微型矿井信息交互定位装置。
背景技术
目前，用于煤矿井下的通信网络主要可分为有线通信网络、无线通信网络及有线与无线混合的通信网络。有线通信网络主要通过铺设通信电缆或光纤等构成通信线路，而井下巷道纵横交错，复杂多变的工作环境对线路设计要求较高且使其易遭到损坏，有线通信网络在井下应用的局限性日益突出；现有矿井下主要的无线通信技术有WIFI、IrDA、Zigbee，由于矿井环境下电磁干扰严重，使得电磁波的传输受到通信环境的明显干扰，形成严重的多径效应，导致通信质量和传输距离在很大程度上被降低；混合有线和无线通信网络是指在特殊环境下实行无线通信而在普通环境下实行有线通信。但由于无线通信技术本身易受外界环境影响，同样无法完全排除多径效应的影响。以上通信技术在矿井环境下使用时具有布线艰难，电磁受限等缺点，在矿井实际生产环境中，尤其是在发生矿灾等危急情况下，无法进行快速准确通信。
实用新型内容
本实用新型的目的是要提供一种基于LED可见光通信的微型矿井信息交互定位装置，解决现有技术中煤矿井下通信设备布线艰难、电磁干扰严重的问题。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：矿井信息交互定位装置包括：光发射装置、光接收装置；光发射装置安装在移动矿车上，发射光通信信号；光接收装置为多个，均匀分布安装在矿井墙壁上，接收光通信信号；光发射装置及光接收装置通过可见光通信信号连接；光接收装置通过总线将信号传送至上位机展示移动矿车轨迹。
所述的光发射装置包括：发射电源电路、光发射控制电路、驱动电路和照明灯具；所述的发射电源电路由3.3v的降压直流电源构成，为光发射装置供电；所述的光发射控制电路由光发射芯片和外围器件构成光发射模块，光发射芯片的输出端(10脚)输出通信信号；所述的驱动电路由驱动芯片和外围器件构成，驱动芯片的输出端(2脚和3脚)输出驱动电流，驱动照明灯具接通或断开；光发射芯片的输出端(10脚)与驱动芯片的输入端(7脚)连接，驱动芯片的输出端(2脚和3脚)与照明灯具连接；所述的照明灯具由LED照明灯和散热器件构成；所述的LED照明灯为3wLED照明灯安装在散热器件上；所述的散热器件为圆柱体散热器件，直径和高度均为28mm。
所述的光接收装置包括：接收电源电路、光电检测、转换电路、光接收控制电路；所述的接收电源电路由3.3v的降压直流电源构成，为光接收装置供电；所述的光接收控制电路包括电压比较器和光接收模块；电压比较器的输出端(1脚)与光接收模块的接收信号的引脚(9脚)相连；所述的光接收模块由光接收芯片和外围器件构成；所述的光电检测电路为光敏二极管阴极与二极管分压变阻器串联连接，并接入电压比较器的同相输入端(3脚)；所述的转换电路为比较器分压变阻器的滑动头与电压比较器的反相输入端(2脚)连接，电压比较器输出端(1脚)与上拉电阻相连。
有益效果及优点是：通过在光发射装置与光接收装置中实现电-光-电转换，以此代替传统通信技术中所用的有线通信传输以及射频通信传输。光电检测与转换电路由光敏二极管与二极管电阻分压器串联构成，连接在电源和地之间，根据光敏二极管的伏安特性，取出光敏二极管两端的电压，完成光信号向电压信号的转变；接收控制电路为光接收模块；电压比较电路由电压比较器(LM393)以及外围电阻构成，将光敏二极管两端的电压作为电压比较器的同相端输入，通过与参考电压的比较得到正电压与0交替的方波波形，该方波信号作为光接收模块的输入信号，转变成光发射电路所发送的相应信息，并由光接收模块输出信息通过总线上传至上位机，上位机上显示移动矿车的实时位置。该装置能够较好地实现移动矿车在矿井巷道模型轨道中的定位；通过直接在LED照明灯上加载通信信号，实现集照明与通信功能一体的矿用灯，既节省空间又节能环保。
附图说明
图1为本实用新型可见光通信发射装置示意图。
图2为本实用新型可见光通信发射装置电路图。
图3为本实用新型可见光通信接收装置示意图。
图4为本实用新型可见光通信接收装置电路图。
图5为本实用新型可见光通信装置硬件流程图。
图中：1、发射电源电路；1-1、接收电源电路；2、光发射模块；2-1、光发射芯片；3、驱动电路；3-1、驱动芯片；4、照明灯具；5、散热器件；6、光敏二极管；7、二极管分压变阻器；8、电压比较器；9、比较器分压变阻器；10、上拉电阻；11、光接收模块；11-1、光接收芯片。
具体实施方式
本实用新型的一种矿井信息交互定位装置包括：光发射装置及光接收装置；光发射装置安装在移动矿车上，发射光通信信号；光接收装置为多个，均匀分布安装在矿井墙壁上，接收可见光通信信号；光发射装置及光接收装置通过可见光通信信号连接；光接收装置通过总线将信号传送至上位机展示移动矿车轨迹。
所述的光发射装置包括：发射电源电路光发射控制电路、驱动电路和照明灯具；所述的发射电源电路1由3.3v的降压直流电源构成，为光发射装置供电；所述的光发射控制电路由光发射芯片2-1和外围器件构成光发射模块2，光发射芯片2-1的输出端10脚输出通信信号；所述的驱动电路3由驱动芯片3-1和外围器件构成，驱动芯片3-1的输出端2脚和3脚输出驱动电流，驱动照明灯具4点亮或熄灭；光发射芯片2-1的输出端10脚与驱动芯片3-1的输入端7脚连接，驱动芯片3-1的输出端2脚和3脚与照明灯具4连接；所述的照明灯具4由LED照明灯和散热器件5构成；所述的LED照明灯为3wLED照明灯安装在散热器件5上；所述的散热器件5为圆柱体散热器件，直径和高度均为28mm。
所述的光发射芯片2-1的型号为STM32F103C8T6；所述的驱动芯片3-1型号为L298N。
所述的光接收装置包括：接收电源电路、光电检测、转换电路、光接收控制电路；所述的接收电源电路1-1由3.3v的降压直流电源构成，为光接收装置供电；所述的光接收控制电路包括电压比较器8和光接收模块11；电压比较器8的输出端1脚与光接收模块11接收信号的引脚9脚相连；所述的光接收模块11由光接收芯片11-1和外围器件构成；所述的光电检测电路为光敏二极管6阴极与二极管分压变阻器7串联连接，并接入电压比较器8的同相输入端3脚；所述的转换电路为比较器分压变阻器9的滑动头与电压比较器8的反相输入端2脚连接，电压比较器8输出端1脚与上拉电阻10相连。
所述的接收电源电路1-1由3.3v的降压直流电源构成，为光接收电路供电；光电检测与转换电路由光敏二极管6与二极管电阻分压器7串联构成，连接在电源之间，根据光敏二极管6的伏安特性，取出光敏二极管6两端的电压，完成光信号向电压信号的转变；接收控制电路为光接收模块11；电压比较电路由电压比较器8以及外围电阻构成，将光敏二极管6两端的电压作为电压比较器8的同相端输入，通过与参考电压的比较得到正电压与0交替的方波波形，该方波信号作为光接收模块11的输入信号，转变成光发送电路所发送的相应信息，并由光接收模块11输出信息并通过总线上传至上位机进行显示。
所述的光接收芯片11-1的型号为STM32F103C8T6；所述的电压比较器8的型号为LM393。
为了使本实用新型的内容更容易被清楚地理解，下面结合附图中的实施例对本实用新型做进一步的说明：
实施例1：图1为移动矿车上搭载的可见光通信发射装置。照明灯具4为3wLED灯，下方装有直径和高度均为28mm的圆柱体散热器件5，照明灯具的控制信号由光发射模块2输出，控制信号通过驱动电路3进行放大，用于驱动照明灯具4，以此向安装在矿井墙壁上的可见光通信接收电路发送移动矿车的位置信息。
图3为矿井墙壁上等间隔放置的可见光通信接收装置。光敏二极管6阴极与二极管分压变阻器7相连，并接入电压比较器8的同相输入端。比较器分压变阻器9的滑头接入电压比较器8的反相输入端，输出端与上拉电阻10相连，通常为保证输出电位不发生浮动，选取上拉电阻10阻值范围为1k欧姆左右。最后，将电压比较器8的输出端与光接收模块11的接收信号的引脚相连，输出信息并通过总线传送至上位机展示小车轨迹。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920080889.7
申请日:2019-01-18
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:32(江苏)
授权编号:CN209545596U
授权时间:20191025
主分类号:H04B 10/116
专利分类号:H04B10/116;H04W4/02;H04W4/42
范畴分类:39B;
申请人:中国矿业大学
第一申请人:中国矿业大学
申请人地址:221116 江苏省徐州市大学路1号中国矿业大学南湖校区
发明人:郭明齐;赵阳;梁瀚予;韩瑞泽;刘奕彤;陈芷萌;吴小龙;朱鹏森
第一发明人:郭明齐
当前权利人:中国矿业大学
代理人:李悦声
代理机构:32249
代理机构编号:南京瑞弘专利商标事务所（普通合伙）
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计