基于RFID技術的井下電子通信系統優化設計

同方電子科技有限公司 楊 民 丁學科

隨著我國經濟的不斷發展，礦產資源的需求量逐漸上升，其電子通信系統也要隨之進行優化完善。根據上述背景，提出基于RFID技術的井下電子通信系統優化設計。首先介紹了優化井下電子通信系統的硬件設計，主要分析了該系統的整體設計、主站模塊、從站模塊以及采集模塊；其次對優化井下電子通信系統的軟件設計進行了分析；最后對優化的井下電子通信系統的有效性進行驗證，實驗結果證明，使用優化的電子通信系統井下作業的安全程度高出傳統系統25%，表明該系統具備極高的有效性。

引言：隨著經濟的飛速發展，礦產資源的需求量也在不斷的增加，礦產資源在開采的過程中，多為井下作業，為了保障井下作業的安全性，建立了井下電子通信系統。傳統的井下電子通信系統存在著一定的問題。為了保障井下作業的安全性，提出基于RFID技術的井下電子通信系統優化設計。對優化的系統進行實驗驗證，實驗結果顯示，所優化的系統能夠有效提升井下作業的安全性，同時還可以提升井下作業的工作效率。

1 井下電子通信系統硬件優化設計

1.1 電子通信系統整體設計

該系統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，該系統的整體設計如圖 1 所示。

圖1 電子通信系統整體設計圖

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

1.2 通信主站模塊設計

通信主站模塊主要采用的RFID技術，來獲取相應的井下作業信息管理命令，經過數據傳輸給從站模塊。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，要以電子通信系統的安全性為標準進行選擇。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產生運行故障。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的影響。在通信主站模塊中，兩個中央處理器具有主從關系，并且互相產生影響，其中該模塊的初始數據是由中央處理器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據，保障電子通信系統的正常運行。平臺可以對通信主站模塊中的中央處理器進行相應的控制。

1.3 通信從站模塊設計

通信從站模塊主要是根據主站模塊傳輸來的管理命令進行井下作業的管理工作，同時對信號采集模塊進行驅動。通信從站模塊安裝的位置為電子通信系統的兩側，這樣有利于對井下作業的管理。驅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動。通信主站模塊與驅動模塊是直接相連的，采用的是多個驅動平臺并聯的方式，這樣可以有效的提升電子通信系統的安全性。通信從站模塊中的定時器主要對數據對比工作的時間進行計算，獲得的數據儲存在驅動平臺。將通信從站模塊中的數據傳輸到通信主站模塊，由主站模塊對通信進行總體的優化和控制。在信息數據傳輸的過程中，若主站模塊發現故障數據，主站模塊會發出相應的信號，通知系統的管理人員。

1.4 信號采集模塊

信號采集模塊主要是由兩部分構成，分別為存儲器群和采集器群。該模塊在接受到驅動平臺的驅動信號后，開始進行信號采集工作。采集的主要內容是井下作業信號，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更具有安全性，同時還可以提升井下作業的效率。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，輸出信息的標準格式，并將其傳輸給通信主站模塊進行分析和控制。

2 井下電子通信系統軟件設計

井下作業信號傳輸損耗函數設計：

為了計算電子通信系統的信號傳輸損耗值，假設信號傳輸損耗為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表示的是信息數據輸入與輸出的時間差；do表示的是標準時間差；n表示的是信號傳輸損耗參數；PL(do)表示的是井下作業信息輸入設備的平均信號傳輸損耗值。

經過常數的校對，進一步得到信號傳輸損耗平均值為：

其中，K為校對的常數。

在井下作業中，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信息輸出設備之間的距離；α表示的是密度參數；σ表示的是影響因素的標準差；μ表示的是信號的輸出功率。

3 實驗

為了保證本文優化的井下電子通信系統的有效性，設計實驗對其進行驗證。在實驗的過程中，主要采用傳統井下電子通信系統與本文優化的電子通信系統進行對比分析，主要以井下作業信號數據為研究對象。由于兩種系統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果進行記錄與比較，觀察實驗結果。本文將傳統井下電子通信系統設置為對照組，將本文優化的電子通信系統設置為實驗組。

3.1 數據準備

為了保證實驗過程的準確性，需要對實驗參數進行相應的設置。在實驗的過程中，由于采用的電子通信系統不同，導致其對通信進行控制管理的方式也是有區別的，想要最大程度的保證實驗的準確性，就要對實驗過程中的外環境參數進行設置，使其保持一致。本文實驗數據設置結果如表1所示。

表1 實驗數據設置結果

3.2 對比實驗結果分析

本文優化的井下電子通信系統的有效性主要從井下作業的安全性進行驗證。本文采用第三方軟件對實驗的數據進行記錄與計算，得到的相應結果如圖2所示。

圖2 實驗對比圖

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

4 結束語

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