礦用無線視頻發射器的設計及應用研究

長沙航空職業技術學院　劉高山

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礦用無線視頻發射器的設計及應用研究

長沙航空職業技術學院劉高山

【摘要】隨著國內外自動化監控技術的發展，給予PLC的控制系統在工業領域、民用領域當中，獲得了非常廣泛的應用，并且創造了較大的經濟效益和社會效益。從客觀的角度來分析，在當前的礦產開采當中，礦用性質的無線視頻發射器獲得了業內的高度重視，并且在很大程度上關系到礦產的工作進展。未來，應針對礦用無線視頻發射器的具體要求，在設計方面、應用方面不斷的創新，從客觀上和主觀上，完成工作水平的進步，提高設備的性能。

【關鍵詞】礦用；無線視頻；發射器；設計；應用

在煤礦的日常工作中，無論是在生產方面還是在運輸方面，都具有較高的特殊性。目前，僅僅依靠傳統的工業控制系統，并不能滿足礦產工作的需求，應針對無線方面的設備開展深入的探究。礦用無線視頻發射器的提出，為礦下的工作提供了更多的幫助，能夠提供最中肯的建議和指導，提高安全水平，避免造成工作上的惡性循環。在此，本文主要對礦用無線視頻發射器的設計、應用展開討論。

1　無線視頻信號采集

礦用無線視頻發射器的使用，在很多領域都獲得了較大的突破。從理論上來分析，該類型的儀器設備，必須在無線視頻信號的采集方面做出足夠的努力，搜集較多的準確信號，為數據的分析和應用，提供堅定的基礎保障，避免造成機械設備的故障和性能沖突。

圖1　礦用無線視頻發射器電氣原理圖

如圖1所示，由于現場相鄰兩條皮帶相互搭接，因此，安裝攝像儀應當盡量使之能同時兼顧兩條膠帶機及周邊環境。中控室設置電視墻，操作人員通過電視墻可以很清楚的看到現場膠帶機運行情況及周邊環境，在配合 DCS 系統在現場采集到的現場數據，可以對整個系統進行綜合判斷和處理，確保系統的正常運行。

1.1無線視頻信號采集簡述

礦用無線視頻發射器在設計的過程中，無線視頻信號的采集應從客觀的角度出發，并且符合絕大多數的礦井應用條件，應充分避免應用過程的各種阻礙問題。本文認為，以當前的情況來看，無線視頻信號的采集工作，需從以下幾個方面來努力：

第一，在遠程視頻的調度系統方面，需依靠較多的設備共同協調作用，減少單一設備的局限性。無線視頻信號的采集工作，可嘗試利用采煤機攝像無線發射機、輸送機機頭基站、移動泵站基站來組成。第二，考慮到無線視頻信號采集過程中，必須確保信號的長久穩定，因此各個機械設備的性能，也必須獲得較大的提升，否則無法與現實的生產條件相互匹配。例如，在采煤機械設備上，安裝礦用無線圖像傳送監視裝置發射器的過程中，應從發射器本身來分析。建議發射器的組成方面，可利用工業低照度攝像機、利用無線圖像發射裝置共同組成。該方法的優勢在于，能夠有效的隨著采煤機械的移動而移動，工作面的視頻圖像信息，同樣可以利用無線的方式進行發射，充分滿足實際應用的標準。

1.2無線視頻信號系統組成

對于礦用無線視頻發射器而言，無論是設計層面還是應用層面，都必須在信號系統的組成方面做出足夠的努力，否則在實際的運行過程中，勢必會受到外界因素的較多干擾，屆時所產生的不利影響將會是非常嚴重的，甚至有可能導致設備的損壞，針對煤礦的生產、加工等工作造成嚴重的負面影響。在無線視頻信號系統的組成方面，可嘗試從以下幾個方面出發：

第一，無線發射器。無線發射器的系統，主要通過視頻采集、視頻編碼、PA放大發射、無線發射四個部分共同組成。該系統的特點在于，表現為客觀上的便攜式裝置，針對現場的實時信息可完成有效的提取。從圖1來看，無線發射器是一種比較便攜的裝置，攝像機在工作的過程中，能夠針對現場的實時信息進行有效的提取，內部所裝置的射線機，可以較好的完成視頻采樣工作。該儀器的運作，可以將視頻信號轉換為電信號，利用PA放大發射模塊，針對信息進行放大處理、調制處理、混頻處理等等，之后會向巷道空間發射頻率為2.4GHz的分米波。

圖2　無線發射機原理圖

第二，無線視頻接收基站。該部分是系統的核心內容，基本上是通過接收器、光載波發射機等共同組成的。接收器在運行的過程中，通過利用無線天線的作用，有效的接收到發射器所產生的微波信號，同時會將這些信號轉換為圖像的信號，之后發送到光載波發射機上面。在運行的過程中，會經過光電管，將電信號調制到光載波的具體波長上面，局部利用光纜將信號有效的傳送到接收的主站上面。

第三，地面控制顯示。該部分在組成方面，是通過光接收機、光電轉換架、計算機等設備共同組成的。從圖2來看，地面接收機的設定，包括較多的設備，比較重要的設備為光接收機（GS）、光電轉化架以及計算機設備等等。該設備在運行過程中，光接收機GS會將收集到的光信號，有效的轉變為電信號，同時輸入多路視頻轉換卡，也就圖2中的ZH模塊，最后會通過工控的錄像機進行全面的分析、識別，確認以后才能送往調度中心的屏幕進行顯示。

圖3　地面控制顯示

2　無線視頻發射器設計

根據礦用無線視頻發射器的具體標準和工作環境，應在上述的理論基礎上，加強實踐的設計和應用，要針對搜集到的信息和資料，確保其準確性。另一方面，無線視頻發射器的具體設計工作，還應該協調好各個組成部分的具體功能，將沖突和矛盾有效解決，提高發射器的具體工作效果，以此來完成工作的較大進步。

無線發射模塊硬件上可以分為，視頻采集模塊，視頻處理模塊，本地振蕩模塊，混頻模塊，功率放大模塊，天線，設計發射頻率為2.4GHz，如圖4所示。

圖4　發射模塊總體設計框圖

2.1無線視頻發射器結構

礦用的條件下，無線視頻發射器的結構必須要做的突出一些，既要滿足客觀上的礦用限制條件，又要在最大限度上符合主觀工作的需求。為此，在無線視頻發射器的結構設計、應用方面，應以客觀實際情況為基準，盡可能的添加較多的主觀功能，為日常的工作提供較多的幫助。本文認為，無線視頻發射器結構，應在以下幾個方面努力：

第一，技術的應用方面，主要是選擇分布式技術來完成的。無線視頻發射器的特點在于“無線”，利用分布式技術來操作，可更好的降低負荷，以此來實現大規模的集中運營，針對煤礦的各種信息搜集，提供較多的幫助。第二，必須平衡無線視頻發射器的負擔，針對負荷采取系列的均衡措施。考慮到無線視頻發射器的具體功能，可根據節點的具體負荷情況，有效的調節總體的任務分布特點。在運行的過程中，利用專門的服務器，依據操作者的需求，發送負荷給負擔較輕的系統服務器上面，促使無線視頻發射器可長久、穩定的運行。

2.2無線視頻發射器模塊

礦用無線視頻發射器的設計和應用，還要在模塊的工作中進行努力。以當前的情況來分析，無線視頻發射器的模塊內容，必須確保技術與設備的和諧，避免造成技術的不足或者是設備的落后。我國當前的礦產開發、加工工作正處于比較重要的階段，無線視頻發射器所具有的作用比較突出，應充分的滿足需求，并且實施階段性的優化處理。

第一，視頻采集模塊。該模塊的突出作用在于，有效的采集巷道的圖像信息，通過將圖像信息，更好的轉化為視頻的信號進行輸出處理。考慮到采集模塊位于移動設備裝置上，因此在視頻的采集模塊當中，清晰度的標準較高，并且要具備低照度的特點，必須更好的適應井下亮度不高的特殊環境，且要持續的運行。

第二，視頻處理模塊。視頻處理模塊是接收視頻采集模塊的輸出的75Ω、1Vp-p的模擬電信號。復合視頻輸入后需要進行濾波放大，在濾波放大電路中設置電感、電容。其中電感起著去除交流信號的作用，電容起著隔直的作用。復合視頻信號定義為包括亮度和色度的單路模擬信號，也即從全電視信號中分離出伴音后的視頻信號，這時的色度信號還是分布在亮度信號的高端。復合視頻信號也稱為基帶視頻信號或RCA視頻信號，它使用NTSC或PAL電視信號傳送圖像數據。

第三，混頻電路。濾波后的視頻信號與本地振蕩載波進行混頻調制，將帶寬6MHz的視頻信號調制在微波段2.4GHz的載頻上。微波混頻電路是一種常用的微波電路。目前，大多數微波中繼通信都采用中頻轉接方式，即把接收到的微波信號轉換成中頻信號，經中頻放大后，再轉換成微波信號，然后由天線發射到下一站。

3　結束語

當前，礦用無線視頻發射器是業界內的重要研究內容，本文針對設計和應用展開了詳細的討論。就已經完成的工作來看，礦用無線視頻發射器在性能上是比較突出的，即便是應對一些復雜的礦產工作，也可以較好的完成信息搜集和處理。另外，在應用礦用無線視頻發射器的過程中，發現該設備還具有更大的優化空間，尤其是在信號的穩定性處理、信號的傳輸速度處理等方面，均要深化的研究，以此為礦產的開發提供更多的幫助。

在今后的研究當中，可嘗試從以下幾項內容出發：第一，礦用無線視頻發射器的精簡化。發射器在目前的應用中，雖然搜集到了較多的信息、數據，但在設備的體積方面，還有很大的提升空間，可將設備的體積進一步的縮小，一方面擴大視角，同時避免受到礦內因素的影響。第二，應用礦用無線視頻發射器的過程中，需加強信號的穩定性、持久性。當前的很多礦井都比較復雜，需通過較多的數據分析、圖像分析來完成生產方案的制定，如果信號總是間斷或者總是受到內部因素的影響，則對實際的生產工作造成較大的損失。第三，應進一步加強設備本身的性能，包括抗壓能力、抗摔能力等等，即便是在礦井發生災難的時候，也要盡量的提供穩定的信號，以此更好的探測礦井內部的情況，提高安全保障能力。

相信在今后的設計和應用中，礦用無線視頻發射器會得到進一步的深化，在客觀上加強功能，在主觀上簡便操作，并創造出更大的價值。

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