煤矿井下TD无线数据采集终端的设计

摘要 针对煤矿系统的通信现状，提出利用TD-SCDMA技术构建井下无线网络的方案。通过对井下模拟巷道通信的实验研究，表明基于TD网络通信的可靠性，在此基础上设计并实现了基于TD-SCDMA技术的矿井无线数据采集终端。该终端选用TD终端模块LC6311(+)作为通信平台，给出其和单片机的接口通信电路，实现采集数据的快速、远距离传输，适合煤矿井下检测系统。
关键词 TD终端；串口通信；AT指令；LC6311(+)

我国煤炭主要依靠井下开采，而且高瓦斯矿井多，瓦斯泄漏、透水事故多发。因此，快速、准确地监测井下瓦斯浓度、矿井压力等信息，并把这些物理信息控制在安全范围内，是避免矿井事故的有效手段。随着无线通信技术的发展及其成熟运用，应国家对煤炭产业安全化、信息化的要求，无线通信技术在矿井中得到广泛运用。为对井下环境、人员健康和安全状况等大量信息进行监测并及时报警，文中设计了一种适合煤矿井下无线通信网络的信息采集系统，可以手持或挂于巷壁。该系统硬件采用联芯科技的TD终端LC6311(+)作为无线传输平台，以低功耗著称的MSP430单片机作为主控单元，给出了系统的软硬件设计方案，外部接口丰富，配置简单，可以很好地与外部传感器或传输模块互连。

1 系统架构
系统整体结构如图1所示，该煤炭专用网络集成了公网通信的主体功能，相当于小型化TD-SCDMA无线通信系统，支持实时语音、数据传输以及实时调度等，还可实现煤矿信息共享，远程数据查询等功能。系统中井下基站为本质安全型设计，井下设备全部采用光缆连接，不涉及任何电信号-安全可靠，不会有打火的危险。井下采集数据通过综合接入控制设备连接至地面控制平台，也可以连接PSTN或者移动网络，实现信息的远距离交互。TD-SCDMA煤炭专网的覆盖，可同时解决煤矿井上、井下的通信调度问题，达到纵向调度灵活可靠，矿区内外通信畅通无阻，不仅能满足日常安全生产的通信需要，而且能够保证在自然灾害和矿井事故发生时进行应急指挥通信，从而有效降低人员伤亡与财产损失。

利用TD-SCDMA网络高速的Internet接入，选择采集终端设备与基站间采用TD无线网络结合Internet的组网方案。基站连接Internet网络，终端设备登录TD-SCDMA网络建立与基站之间的连接。TD-SCDMA无线应用的组网方式有多种，在实际应用中可以使用公网固定IP、动态域名解析、APN专线接入等方案。