【摘 要】
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煤矿井下的安全问题一直以来是人们关注的焦点,然而现有的煤矿井下环境监测系统依赖传统的通信方式容易受电磁干扰,保密性弱。近年来快速发展的可见光通信技术利用照明LED高频闪烁进行信息传输,不易受电磁干扰,保密性强,可使煤矿井下的LED在实现照明的同时具备通信功能。鉴于此,本文主要对可见光通信在煤矿井下环境监测系统中的应用进行研究。本文针对煤矿井下复杂的通信环境,提出将可见光通信应用于煤矿井下环境监测系
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煤矿井下的安全问题一直以来是人们关注的焦点,然而现有的煤矿井下环境监测系统依赖传统的通信方式容易受电磁干扰,保密性弱。近年来快速发展的可见光通信技术利用照明LED高频闪烁进行信息传输,不易受电磁干扰,保密性强,可使煤矿井下的LED在实现照明的同时具备通信功能。鉴于此,本文主要对可见光通信在煤矿井下环境监测系统中的应用进行研究。本文针对煤矿井下复杂的通信环境,提出将可见光通信应用于煤矿井下环境监测系统中以拓展煤矿井下环境监测的手段,并且完成了基于可见光通信的煤矿井下环境监测系统的设计。首先在介绍可见光通信原理基础之上对煤矿井下可见光通信系统的整体框架和实现方案进行了研究和探索,重点研究了硬件电路的设计,主要包括发射端的传感器检测电路、LED驱动电路以及接收端的光电接收电路,为了达到煤矿井下环境监测指标,对传感器的型号进行严格的筛选,并详细阐述了各传感器相应的检测电路设计原理,为了降低LED熄灭时结电容上的载流子对LED调制速率的影响,设计出一种具有载流子清除电路的LED驱动电路,针对煤矿井下通信环境所产生的光衰减导致接收端检测到光信号的光强较弱问题,选用雪崩二极管并设计具有检测微弱光信号功能的接收电路。之后通过添加同步头脉冲的方式对PPM调制进行改进,在提高PPM调制带宽利用率的同时降低解调时对于时钟同步的严苛性,利用FPGA完成了整个系统的软件设计,包括上行链路和下行链路中的接口模块、调制解调模块、CRC模块、CRC校验模块以及串口模块的设计,并对设计的各个模块进行功能仿真,仿真结果表明,所设计的各个模块功能正常。最后对整个系统进行硬件电路测试和数据通信测试,测试结果表明,硬件电路功能正常,通过载流子清除电路可以有效降低LED熄灭时结电容上载流子对LED调制速率的影响,在接收端波形不失真条件下可将LED调制速率提升到3M,系统软件运行正常,整个系统可实现环境监测功能,通信距离可达到75cm,数据传输速率可达到3Mbps。图[79]表[9]参[71]
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