專利名稱：一種含水層探測中地震數(shù)據(jù)的無線通信系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及無線通信技術(shù)，特別涉及一種含水層探測中地震數(shù)據(jù)的無線通信系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在煤炭開采領(lǐng)域，需要對礦井地質(zhì)構(gòu)造進行探測，其中一項重要內(nèi)容就是對含水層進行探測，在確定適當?shù)拈_采方式時考慮含水層的特性。目前，通常采用分布式地震儀測試地震數(shù)據(jù)來實現(xiàn)對含水層的探測。分布式地震儀包括主機和從機，從機又稱檢波器，用來采集地震波數(shù)據(jù)發(fā)送給主機，主機接收各個從機發(fā)送的數(shù)據(jù)進行存儲及波形顯示。已有的分布式地震儀主要采取有線傳輸?shù)姆绞?，來傳輸主機和從機之間的數(shù)據(jù)。例如主機和從機之間采用大線傳輸數(shù)據(jù)，一般是基于工業(yè)485網(wǎng) 絡(luò)，其傳輸?shù)乃俾瘦^低，一般是20kbps IOOkbps之間，且理論上超過35個節(jié)點就需要增加中繼設(shè)備。有線數(shù)據(jù)傳輸具有傳輸信號穩(wěn)定可靠、技術(shù)成熟等特點，但存在布線復(fù)雜、設(shè)備繁重等不足，不能適應(yīng)復(fù)雜的地理環(huán)境，特別是在地形復(fù)雜、障礙物多等情況下難以使用有線傳輸。

實用新型內(nèi)容有鑒于此，本實用新型的主要目的在于提供一種含水層探測中地震數(shù)據(jù)的無線通信系統(tǒng)，以實現(xiàn)分布式地震儀主機和從機之間的無線傳輸。為達到上述目的，本實用新型提供了一種含水層探測中地震數(shù)據(jù)的無線通信系統(tǒng)，包括結(jié)構(gòu)相同的主機無線通信裝置和從機無線通信裝置；主機無線通信裝置和從機無線通信裝置均包括天線、無線通信模塊、可編程控制模塊和本安型電源電路。所述主機無線通信裝置中的可編程控制模塊接收主機主控模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)，通過主機無線通信裝置中的無線通信模塊和天線發(fā)送出去；將通過主機無線通信裝置中的天線和無線通信模塊接收的數(shù)據(jù)發(fā)送給主機主控模塊。所述從機無線通信裝置中的可編程控制模塊接收從機地震波數(shù)據(jù)采集裝置發(fā)送的地震波信號，對地震波數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)緩存和格式轉(zhuǎn)換，將地震波數(shù)據(jù)打包成數(shù)據(jù)塊，通過從機無線通信裝置中的無線通信模塊和天線發(fā)送出去；將通過從機無線通信裝置中的天線和無線通信模塊接收的數(shù)據(jù)發(fā)送給從機地震波數(shù)據(jù)采集裝置。所述主機無線通信裝置中的本安型電源電路為本機的無線通信模塊、可編程控制模塊和主機主控模塊供電。所述從機無線通信裝置中的本安型電源電路為本機的無線通信模塊、可編程控制模塊和地震波數(shù)據(jù)采集裝置供電。較佳地，所述可編程控制模塊包括相互連接的外部存儲器和可編程邏輯門陣列；所述外部存儲器包括數(shù)據(jù)存儲器和程序存儲器；所述從機無線通信裝置中的可編程邏輯門陣列用于對地震波數(shù)據(jù)進行格式轉(zhuǎn)換，將地震波數(shù)據(jù)打包成數(shù)據(jù)塊發(fā)送給本機的無線通信模塊；所述主機無線通信裝置中的可編程邏輯門陣列用于接收主機主控模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)發(fā)送給本機的無線通信模塊。較佳地，所述主機無線通信裝置和從機無線通信裝置中的無線通信模塊包括單片射頻收發(fā)芯片nRF905和與之相連的晶體振蕩器；所述單片射頻收發(fā)芯片nRF905通過射頻天線端口與天線相連，通過SPI接口與可編程邏輯門陣列相連；所述主機無線通信裝置中的可編程邏輯門陣列通過B4 口與主機主控模塊相連；所述從機無線通信裝置中的可編程邏輯門陣列通過B4 口與從機地震波數(shù)據(jù)采集裝置相連。較佳地，所述本安型電源電路由相互連接的蓄電池和隔離 的BUCK降壓電路實現(xiàn)。較佳地，所述隔離的BUCK降壓電路包括直流電源變換芯片、開關(guān)電路、隔離降壓電路、兩級限流電路和兩級限壓電路；所述直流電源變換芯片與開關(guān)電路的第一端相連；開關(guān)電路的第二端連接至隔離降壓電路的第一端；隔離降壓電路的第二端連接至第一級限壓電路和第二級限壓電路的輸入端，第一級限壓電路的輸出端連接回直流電源變換芯片，第二級限壓電路的輸出端連接至第二級限流電路；第一級限流電路與直流變換芯片的反饋引腳相連。較佳地，所述直流電源變換芯片采用UC3843芯片；所述開關(guān)電路由與UC3843芯片輸出端相連的NMOS管實現(xiàn)；所述隔離降壓電路由高頻變壓器實現(xiàn)；所述第一級限壓電路由光電耦合器及基準源TL431構(gòu)成的電壓反饋電路實現(xiàn)；所述第二級限壓電路由穩(wěn)壓器件SPX3819-5構(gòu)成的穩(wěn)壓電路實現(xiàn)；所述第二級限流電路由PMOS管和三極管構(gòu)成的限流電路實現(xiàn)；所述第一級限流電路由連接至直流變換芯片的反饋引腳的反饋電阻實現(xiàn)。由上述的技術(shù)方案可見，本實用新型的這種含水層探測中地震數(shù)據(jù)的無線通信系統(tǒng)，通過在主機和從機中分別設(shè)置無線通信裝置實現(xiàn)了分布式地震儀主機和從機之間的無線通信，能夠適應(yīng)各種復(fù)雜的地理環(huán)境。

圖I為本實用新型一較佳實施例的無線通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖I所示實施例中主機的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為圖I所示實施例中從機的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為圖I所示實施例中無線通信模塊和可編程邏輯門陣列的接口電路框圖；圖5為圖I所示實施例中本安型電源電路的結(jié)構(gòu)框圖；圖6為圖5所示本安型電源電路中隔離的BUCK降壓電路的電路圖。
具體實施方式
以下參照附圖并舉具體實施例對本實用新型進行詳細說明。本實用新型提供了一種含水層探測中地震數(shù)據(jù)的無線通信系統(tǒng)，通過在主機和從機中分別設(shè)置無線通信裝置來實現(xiàn)分布式地震儀主機和從機之間的無線通信。本實用新型一較佳實施例的無線通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)如圖I所示，主機位于網(wǎng)絡(luò)拓撲的中間位置，各從機按照地震勘探的側(cè)線布置方式分別位于主機的兩側(cè)對稱放置，主從機之間采用主從時分方式進行通信。[0026]通常，可以將從機與主機之間設(shè)置在通信范圍內(nèi)，這樣可以通過協(xié)議直接通信。另夕卜，本實用新型可以通過信息幀和軟件的設(shè)置，在通信距離超出通信范圍時，超出通信范圍的從機與主機之間可以通過其它從機中繼進行通信，網(wǎng)絡(luò)中每個從機兼有中繼的功能，進一步保證每臺從機都能與主機進行通信。例如在數(shù)據(jù)的信息幀中設(shè)置功能標志位，以區(qū)分是數(shù)據(jù)直接傳輸還是通過其他從機中繼傳輸，收到數(shù)據(jù)的從機根據(jù)信息幀的功能標志位，將需要中繼的數(shù)據(jù)通過其他從機發(fā)送給主機。本實施例中，設(shè)置在主機中的主機無線通信裝置和設(shè)置在從機中的從機無線通信裝置結(jié)構(gòu)相同。如圖2和3所示主機無線通信裝置和從機無線通信裝置包括天線201(301)、無線通信模塊202 (302)、可編程邏輯門陣列203 (303)、外部存儲器204 (304)和本安型電源電路205 (305)。其中，外部存儲器204 (304)和可編程邏輯門陣列202 (302)相互連接，加上常規(guī)的外圍電路，如復(fù)位電路、時鐘電路、其它接口電路及電源電路(圖2、3中未示出常規(guī)的外圍電路)構(gòu)成了可編程控制模塊。外部存儲器可以包括用于緩存地震波數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)存儲器和用于固化可編程邏輯門陣列的硬件邏輯代碼的程序存儲器。如圖2所示，主機無線通信裝置200中的可編程邏輯門陣列203接收主機主控?！K210發(fā)送的數(shù)據(jù)，通過主機無線通信裝置300中的無線通信模塊202和天線201發(fā)送出去。將通過主機無線通信裝置300中的天線201和無線通信模塊202接收的數(shù)據(jù)在外部存儲器204進行緩存后發(fā)送給主機主控模塊210。如圖2所示，主機無線通信裝置200中的本安型電源電路205為本機的無線通信模塊202、可編程邏輯門陣列203和主機主控模塊210供電。如圖3所示，從機無線通信裝置300中的可編程邏輯門陣列303接收從機地震波數(shù)據(jù)采集裝置310發(fā)送的地震波信號，將地震波數(shù)據(jù)緩存到外部存儲器304并進行格式轉(zhuǎn)換，將地震波數(shù)據(jù)打包成數(shù)據(jù)塊，通過從機無線通信裝置300中的無線通信模塊302和天線301發(fā)送出去。將通過從機無線通信裝置300中的天線301和無線通信模塊302接收的數(shù)據(jù)(主要包括主機發(fā)送的控制命令)發(fā)送給從機地震波數(shù)據(jù)采集裝置310。如圖3所示，從機無線通信裝置300中的本安型電源電路305為本機的無線通信模塊302、可編程邏輯門陣列303和地震波數(shù)據(jù)采集裝置310供電。如圖4所示，本實施例中，主機無線通信模塊與可編程邏輯陣列之間的連接關(guān)系和從機無線通信模塊與可編程邏輯陣列之間的連接關(guān)系相同。具體地，主機無線通信裝置和從機無線通信裝置中的無線通信模塊包括單片射頻收發(fā)芯片402 (本實施例中采用了nRF905)和與之相連的晶體振蕩器404。實際上單片射頻收發(fā)芯片nRF905還有其他一些常規(guī)的輔助電路，如電感、電容等。本實施例中，均采用常規(guī)的外圍電路，圖4中省略了。如圖4所示，單片射頻收發(fā)芯片402通過射頻天線端口(ANT1和ANT2)與天線401相連，通過 SPI 接口及相應(yīng)控制信號接口(MISO、MOSI、SCK、TRX_CE、PWR_UP、CD、AM、DR、CSN和TX_EN引腳)與可編程邏輯門陣列403的B3 口相連。單片射頻收發(fā)芯片nRF905可工作于433/868/915MHz三個ISM(工業(yè)、科學和醫(yī)學)頻段。nRF905可以自動完成處理字頭和循環(huán)冗余碼校驗(簡稱CRC校驗)的工作，可由片內(nèi)硬件自動完成曼徹斯特編碼/解碼。使用SPI接口與可編程邏輯門陣列連接，發(fā)射功率可調(diào)，最大輸出功率為+IOdBm,典型的接收靈敏度為-lOOdBm。采用GFSK調(diào)制方式，根據(jù)通信距離與工作頻率成反比的關(guān)系，本實施例中選用433MHz工作頻段，這樣可以在相同的發(fā)射功率下提高數(shù)據(jù)的傳輸距離。主機無線通信裝置中的可編程邏輯門陣列403通過B4 口與主機主控模塊相連；從機無線通信裝置中的可編程邏輯門陣列通過B4 口與從機地震波數(shù)據(jù)采集裝置相連。本實施例中，可編程邏輯門陣列采用Altera公司的cyclone III系列的FPGAEP3C10E144。Cyclone III FPGA具有低功耗、低成本和高性能的顯著特點。其體系結(jié)構(gòu)包括高達120K的垂直排列邏輯單元(LE)、以9-Kbit (M9K)模塊構(gòu)成的4Mbits嵌入式存儲器、200個18x18的嵌入式乘法器。Cyclone III LS FPGA在布局上提供豐富的存儲器和乘法器資源，包括200K邏輯單元、SMbits嵌入式存儲器和396個嵌入式乘法器。所有體系結(jié)構(gòu)都含有非常高效的互聯(lián)和低偏移時鐘網(wǎng)絡(luò)，為時鐘和數(shù)據(jù)信號結(jié)構(gòu)提供鏈接。其內(nèi)核電壓為I. 2V，I/O電壓為3. 3V，PLL的模擬供電電壓為2. 5V。本實施例的數(shù)據(jù)存儲器采用了 ISSI的32Kx8位字長的低功耗CMOS靜態(tài)隨機存取存儲器IS62C256AL。存取時間為25ns或45ns，全靜態(tài)操作，不需時鐘或刷新。用于完成前端采集的地震波數(shù)據(jù)的存儲和緩存。程序存儲器采用Altera的串行配置的具有4Mbit系·列的EPCS4閃存，用于固化可編程邏輯門陣列的硬件邏輯代碼?？删幊踢壿嬮T陣列采用的時鐘頻率為50MHz，采用KOAN公司的具有溫度補償?shù)挠性淳д?。本實施例中主機無線通信裝置和從機無線通信裝置中的本安型電源電路采用相同的電源電路，都由相互連接的蓄電池和隔離的BUCK降壓電路實現(xiàn)。如圖5所示，本實施例采用的隔離的BUCK降壓電路包括直流電源變換芯片502、開關(guān)電路503、第一級限流電路504、隔離降壓電路505、第一級限壓電路506、第二級限壓電路507和第二級限流電路508。其中，直流電源變換芯片502由蓄電池501供電，直流電源變換芯片502還與開關(guān)電路503的第一端相連。開關(guān)電路503的第二端連接至隔離降壓電路505的第一端。隔離降壓電路505的第二端連接至第一級限壓電路306和第二級限壓電路507的輸入端，第一級限壓電路506的輸出端連接回直流電源變換芯片502，第二級限壓電路507的輸出端連接至第二級限流電路508。第一級限流電路504與直流變換芯片502的反饋引腳相連。 具體地，如圖6所示，本實施例中的直流電源變換芯片采用UC3843芯片，開關(guān)電路由與UC3843芯片輸出端相連的NMOS管Ql實現(xiàn)。隔離降壓電路由高頻變壓器BI實現(xiàn)。第一級限壓電路由光電耦合器Ul及及基準源TL431構(gòu)成的電壓反饋電路實現(xiàn)。第二級限壓電路由穩(wěn)壓器件U2 (芯片型號為SPX3819-5)構(gòu)成的穩(wěn)壓電路實現(xiàn)。第二級限流電路由PMOS管Q2和三極管Q3構(gòu)成的限流電路實現(xiàn)。第一級限流電路由連接至直流變換芯片的反饋引腳的反饋電阻R7實現(xiàn)。 由上述的實施例可見，本實用新型的這種含水層探測中地震數(shù)據(jù)的無線通信系統(tǒng)，通過在主機和從機中分別設(shè)置無線通信裝置實現(xiàn)了分布式地震儀主機和從機之間的無線通信，能夠適應(yīng)復(fù)雜的地理環(huán)境。
權(quán)利要求1.一種含水層探測中地震數(shù)據(jù)的無線通信系統(tǒng)，其特征在于，該無線通信系統(tǒng)包括結(jié)構(gòu)相同的主機無線通信裝置和從機無線通信裝置；主機無線通信裝置和從機無線通信裝置均包括天線、無線通信模塊、可編程控制模塊和本安型電源電路； 所述主機無線通信裝置中的可編程控制模塊接收主機主控模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)，通過主機無線通信裝置中的無線通信模塊和天線發(fā)送出去；將通過主機無線通信裝置中的天線和無線通信模塊接收的數(shù)據(jù)發(fā)送給主機主控模塊； 所述從機無線通信裝置中的可編程控制模塊接收從機地震波數(shù)據(jù)采集裝置發(fā)送的地震波信號，對地震波數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)緩存和格式轉(zhuǎn)換，將地震波數(shù)據(jù)打包成數(shù)據(jù)塊，通過從機無線通信裝置中的無線通信模塊和天線發(fā)送出去；將通過從機無線通信裝置中的天線和無線通信模塊接收的數(shù)據(jù)發(fā)送給從機地震波數(shù)據(jù)采集裝置； 所述主機無線通信裝置中的本安型電源電路為本機的無線通信模塊、可編程控制模塊和主機主控模塊供電； 所述從機無線通信裝置中的本安型電源電路為本機的無線通信模塊、可編程控制模塊和地震波數(shù)據(jù)采集裝置供電。
2.如權(quán)利要求I所述的無線通信系統(tǒng)，其特征在于所述可編程控制模塊包括相互連接的外部存儲器和可編程邏輯門陣列； 所述外部存儲器包括數(shù)據(jù)存儲器和程序存儲器； 所述從機無線通信裝置中的可編程邏輯門陣列用于對地震波數(shù)據(jù)進行格式轉(zhuǎn)換，將地震波數(shù)據(jù)打包成數(shù)據(jù)塊發(fā)送給本機的無線通信模塊； 所述主機無線通信裝置中的可編程邏輯門陣列用于接收主機主控模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)發(fā)送給本機的無線通信模塊。
3.如權(quán)利要求2所述的無線通信系統(tǒng)，其特征在于所述主機無線通信裝置和從機無線通信裝置中的無線通信模塊包括單片射頻收發(fā)芯片nRF905和與之相連的晶體振蕩器； 所述單片射頻收發(fā)芯片nRF905通過射頻天線端口與天線相連,通過SPI接口與可編程邏輯門陣列相連； 所述主機無線通信裝置中的可編程邏輯門陣列通過B4 口與主機主控模塊相連；所述從機無線通信裝置中的可編程邏輯門陣列通過B4 口與從機地震波數(shù)據(jù)采集裝置相連。
4.如權(quán)利要求1-3任一項所述的無線通信系統(tǒng)，其特征在于所述本安型電源電路由相互連接的蓄電池和隔離的BUCK降壓電路實現(xiàn)。
5.如權(quán)利要求4所述的無線通信系統(tǒng)，其特征在于，所述隔離的BUCK降壓電路包括直流電源變換芯片、開關(guān)電路、隔離降壓電路、兩級限流電路和兩級限壓電路； 所述直流電源變換芯片與開關(guān)電路的第一端相連；開關(guān)電路的第二端連接至隔離降壓電路的第一端；隔離降壓電路的第二端連接至第一級限壓電路和第二級限壓電路的輸入端，第一級限壓電路的輸出端連接回直流電源變換芯片，第二級限壓電路的輸出端連接至第二級限流電路； 第一級限流電路與直流變換芯片的反饋引腳相連。
6.如權(quán)利要求5所述的無線通信系統(tǒng)，其特征在于所述直流電源變換芯片采用UC3843芯片；所述開關(guān)電路由與UC3843芯片輸出端相連的NMOS管實現(xiàn)；所述隔離降壓電路由高頻變壓器實現(xiàn)；所述第一級限壓電路由光電耦合器及基準源TL431構(gòu)成的電壓反饋電路實現(xiàn)；所述第二級限壓電路由穩(wěn)壓器件SPX3819-5構(gòu)成的穩(wěn)壓電路實現(xiàn)；所述第二級限流電路由 PMOS管和三極管構(gòu)成的限流電路實現(xiàn)；所述第一級限流電路由連接至直流變換芯片的反饋引腳的反饋電阻實現(xiàn)。
專利摘要本實用新型公開了一種含水層探測中地震數(shù)據(jù)的無線通信系統(tǒng)，該無線通信系統(tǒng)包括結(jié)構(gòu)相同的主機無線通信裝置和從機無線通信裝置，其包括天線、無線通信模塊、可編程控制模塊和本安型電源電路；所述主機無線通信裝置通過可編程控制模塊、無線通信模塊和天線，實現(xiàn)主機主控模塊與外部的無線收發(fā)；所述從機無線通信裝置，通過可編程控制模塊、無線通信模塊和天線，實現(xiàn)從機地震波數(shù)據(jù)采集裝置與外部的無線收發(fā)；本安型電源電路為本機的無線通信模塊、可編程控制模塊和主機主控模塊或從機地震波數(shù)據(jù)采集裝置供電。應(yīng)用本實用新型能夠?qū)崿F(xiàn)分布式地震儀主機和從機之間的無線通信，從而能夠適應(yīng)復(fù)雜地理環(huán)境下的探測需要。
文檔編號G01V1/22GK202710754SQ201220359568
公開日2013年1月30日 申請日期2012年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月23日
發(fā)明者朱國維, 王懷秀, 張凱 申請人:中國神華能源股份有限公司, 中國礦業(yè)大學(北京)