同方電子科技有限公司 楊 民 丁學(xué)科

隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，礦產(chǎn)資源的需求量逐漸上升，其電子通信系統(tǒng)也要隨之進行優(yōu)化完善。根據(jù)上述背景，提出基于RFID技術(shù)的井下電子通信系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計。首先介紹了優(yōu)化井下電子通信系統(tǒng)的硬件設(shè)計，主要分析了該系統(tǒng)的整體設(shè)計、主站模塊、從站模塊以及采集模塊；其次對優(yōu)化井下電子通信系統(tǒng)的軟件設(shè)計進行了分析；最后對優(yōu)化的井下電子通信系統(tǒng)的有效性進行驗證，實驗結(jié)果證明，使用優(yōu)化的電子通信系統(tǒng)井下作業(yè)的安全程度高出傳統(tǒng)系統(tǒng)25%，表明該系統(tǒng)具備極高的有效性。

引言：隨著經(jīng)濟的飛速發(fā)展，礦產(chǎn)資源的需求量也在不斷的增加，礦產(chǎn)資源在開采的過程中，多為井下作業(yè)，為了保障井下作業(yè)的安全性，建立了井下電子通信系統(tǒng)。傳統(tǒng)的井下電子通信系統(tǒng)存在著一定的問題。為了保障井下作業(yè)的安全性，提出基于RFID技術(shù)的井下電子通信系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計。對優(yōu)化的系統(tǒng)進行實驗驗證，實驗結(jié)果顯示，所優(yōu)化的系統(tǒng)能夠有效提升井下作業(yè)的安全性，同時還可以提升井下作業(yè)的工作效率。

1 井下電子通信系統(tǒng)硬件優(yōu)化設(shè)計

1.1 電子通信系統(tǒng)整體設(shè)計

該系統(tǒng)主要由三個模塊組成，分別為主站模塊、從站模塊和信號采集模塊，該系統(tǒng)的整體設(shè)計如圖 1 所示。

圖1 電子通信系統(tǒng)整體設(shè)計圖

該系統(tǒng)是在傳統(tǒng)電子通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進行優(yōu)化而得，主要是針對信息的管理方式進行了優(yōu)化，優(yōu)化的系統(tǒng)對井下信息管理方式主要采用的是分布式。該系統(tǒng)中，由從站模塊對信號采集模塊采集的井下作業(yè)信息進行分散管理，經(jīng)過傳輸由主站模塊對其進行集中管理，進而達到對系統(tǒng)進行優(yōu)化的目的，提升井下作業(yè)的安全性以及工作效率。

1.2 通信主站模塊設(shè)計

通信主站模塊主要采用的RFID技術(shù)，來獲取相應(yīng)的井下作業(yè)信息管理命令，經(jīng)過數(shù)據(jù)傳輸給從站模塊。該模塊主要由兩部分組成，分別為平臺和控制芯片。

在通信主站模塊中，在選擇控制芯片的中央處理器時，要以電子通信系統(tǒng)的安全性為標(biāo)準(zhǔn)進行選擇。中央處理器選擇的是四核處理器，該處理器具有極高的安全性。該模塊主要利用RFID技術(shù)對處理器進行鎖步操作，這樣可以極大程度的避免了該系統(tǒng)產(chǎn)生運行故障。平臺為管理人員提供了多種運算程序，主要是為該系統(tǒng)的后期工作提供支持。平臺的工作流程主要為：首先對中央處理器進行鎖步，同時對其進行初始化。該模塊主要采用兩個中央處理器，這樣可以減少外界干擾對該系統(tǒng)的影響。在通信主站模塊中，兩個中央處理器具有主從關(guān)系，并且互相產(chǎn)生影響，其中該模塊的初始數(shù)據(jù)是由中央處理器1進行傳送，中央處理器1來管控中央處理器1，兩者相互作用，同時對通信進行控制。通信控制的主要作用是檢查中央處理器的故障數(shù)據(jù)，保障電子通信系統(tǒng)的正常運行。平臺可以對通信主站模塊中的中央處理器進行相應(yīng)的控制。

1.3 通信從站模塊設(shè)計

通信從站模塊主要是根據(jù)主站模塊傳輸來的管理命令進行井下作業(yè)的管理工作，同時對信號采集模塊進行驅(qū)動。通信從站模塊安裝的位置為電子通信系統(tǒng)的兩側(cè)，這樣有利于對井下作業(yè)的管理。驅(qū)動平臺接收到來自主站模塊的管理命令后，要對其進行校對，確定管理命令無誤后，對信號采集模塊進行驅(qū)動。通信主站模塊與驅(qū)動模塊是直接相連的，采用的是多個驅(qū)動平臺并聯(lián)的方式，這樣可以有效的提升電子通信系統(tǒng)的安全性。通信從站模塊中的定時器主要對數(shù)據(jù)對比工作的時間進行計算，獲得的數(shù)據(jù)儲存在驅(qū)動平臺。將通信從站模塊中的數(shù)據(jù)傳輸?shù)酵ㄐ胖髡灸K，由主站模塊對通信進行總體的優(yōu)化和控制。在信息數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中，若主站模塊發(fā)現(xiàn)故障數(shù)據(jù)，主站模塊會發(fā)出相應(yīng)的信號，通知系統(tǒng)的管理人員。

1.4 信號采集模塊

信號采集模塊主要是由兩部分構(gòu)成，分別為存儲器群和采集器群。該模塊在接受到驅(qū)動平臺的驅(qū)動信號后，開始進行信號采集工作。采集的主要內(nèi)容是井下作業(yè)信號，同時該模塊還要對采集的信號進行分析，該操作可以使井下作業(yè)更具有安全性，同時還可以提升井下作業(yè)的效率。該模塊中，采集器群可以同時進行采集工作，存儲器群可以同時對其采集到的信息進行存儲及處理，輸出信息的標(biāo)準(zhǔn)格式，并將其傳輸給通信主站模塊進行分析和控制。

2 井下電子通信系統(tǒng)軟件設(shè)計

井下作業(yè)信號傳輸損耗函數(shù)設(shè)計：

為了計算電子通信系統(tǒng)的信號傳輸損耗值，假設(shè)信號傳輸損耗為PL，信號輸入功率為Pi，信號輸出的平均功率為Pt，則信號傳輸損耗值為：

則信號傳輸損耗平均值為：

其中，d表示的是信息數(shù)據(jù)輸入與輸出的時間差；do表示的是標(biāo)準(zhǔn)時間差；n表示的是信號傳輸損耗參數(shù)；PL(do)表示的是井下作業(yè)信息輸入設(shè)備的平均信號傳輸損耗值。

經(jīng)過常數(shù)的校對，進一步得到信號傳輸損耗平均值為：

其中，K為校對的常數(shù)。

在井下作業(yè)中，會受到很多因素的影響，為井下電子通信帶來不利的影響，對這些影響因素進行分析，得到井下電子通信公式為：

其中，s表示的是影響因素與井下作業(yè)信息輸出設(shè)備之間的距離；α表示的是密度參數(shù)；σ表示的是影響因素的標(biāo)準(zhǔn)差；μ表示的是信號的輸出功率。

3 實驗

為了保證本文優(yōu)化的井下電子通信系統(tǒng)的有效性，設(shè)計實驗對其進行驗證。在實驗的過程中，主要采用傳統(tǒng)井下電子通信系統(tǒng)與本文優(yōu)化的電子通信系統(tǒng)進行對比分析，主要以井下作業(yè)信號數(shù)據(jù)為研究對象。由于兩種系統(tǒng)采用的通信管理方式不同，所以，本文主要引入第三方軟件對實驗的結(jié)果進行記錄與比較，觀察實驗結(jié)果。本文將傳統(tǒng)井下電子通信系統(tǒng)設(shè)置為對照組，將本文優(yōu)化的電子通信系統(tǒng)設(shè)置為實驗組。

3.1 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

為了保證實驗過程的準(zhǔn)確性，需要對實驗參數(shù)進行相應(yīng)的設(shè)置。在實驗的過程中，由于采用的電子通信系統(tǒng)不同，導(dǎo)致其對通信進行控制管理的方式也是有區(qū)別的，想要最大程度的保證實驗的準(zhǔn)確性，就要對實驗過程中的外環(huán)境參數(shù)進行設(shè)置，使其保持一致。本文實驗數(shù)據(jù)設(shè)置結(jié)果如表1所示。

表1 實驗數(shù)據(jù)設(shè)置結(jié)果

3.2 對比實驗結(jié)果分析

本文優(yōu)化的井下電子通信系統(tǒng)的有效性主要從井下作業(yè)的安全性進行驗證。本文采用第三方軟件對實驗的數(shù)據(jù)進行記錄與計算，得到的相應(yīng)結(jié)果如圖2所示。

圖2 實驗對比圖

如圖2所示，本文優(yōu)化的井下電子通信系統(tǒng)，其對井下作業(yè)的安全性提高了25%，并且其相應(yīng)的提升了井下作業(yè)的效率，說明本文優(yōu)化的井下電子通信系統(tǒng)具備有效性。

4 結(jié)束語

本文主要分為三部分對優(yōu)化的電子通信系統(tǒng)進行介紹。第一部分為井下電子通信系統(tǒng)的硬件設(shè)計；第二部分為井下電子通信系統(tǒng)的軟件設(shè)計；第三部分為實驗對比分析，經(jīng)過實驗結(jié)果顯示，使用優(yōu)化的電子通信系統(tǒng)井下作業(yè)的安全程度高出傳統(tǒng)系統(tǒng)25%，表明該系統(tǒng)具備極高的有效性。希望本文對以后的研究有所幫助。