基于RFID技术的井下电子通信系统优化设计

同方电子科技有限公司 杨 民 丁学科

随着我国经济的不断发展，矿产资源的需求量逐渐上升，其电子通信系统也要随之进行优化完善。根据上述背景，提出基于RFID技术的井下电子通信系统优化设计。首先介绍了优化井下电子通信系统的硬件设计，主要分析了该系统的整体设计、主站模块、从站模块以及采集模块；其次对优化井下电子通信系统的软件设计进行了分析；最后对优化的井下电子通信系统的有效性进行验证，实验结果证明，使用优化的电子通信系统井下作业的安全程度高出传统系统25%，表明该系统具备极高的有效性。

引言：随着经济的飞速发展，矿产资源的需求量也在不断的增加，矿产资源在开采的过程中，多为井下作业，为了保障井下作业的安全性，建立了井下电子通信系统。传统的井下电子通信系统存在着一定的问题。为了保障井下作业的安全性，提出基于RFID技术的井下电子通信系统优化设计。对优化的系统进行实验验证，实验结果显示，所优化的系统能够有效提升井下作业的安全性，同时还可以提升井下作业的工作效率。

1 井下电子通信系统硬件优化设计

1.1 电子通信系统整体设计

该系统主要由三个模块组成，分别为主站模块、从站模块和信号采集模块，该系统的整体设计如图 1 所示。

图1 电子通信系统整体设计图

该系统是在传统电子通信系统的基础上进行优化而得，主要是针对信息的管理方式进行了优化，优化的系统对井下信息管理方式主要采用的是分布式。该系统中，由从站模块对信号采集模块采集的井下作业信息进行分散管理，经过传输由主站模块对其进行集中管理，进而达到对系统进行优化的目的，提升井下作业的安全性以及工作效率。

1.2 通信主站模块设计

通信主站模块主要采用的RFID技术，来获取相应的井下作业信息管理命令，经过数据传输给从站模块。该模块主要由两部分组成，分别为平台和控制芯片。

在通信主站模块中，在选择控制芯片的中央处理器时，要以电子通信系统的安全性为标准进行选择。中央处理器选择的是四核处理器，该处理器具有极高的安全性。该模块主要利用RFID技术对处理器进行锁步操作，这样可以极大程度的避免了该系统产生运行故障。平台为管理人员提供了多种运算程序，主要是为该系统的后期工作提供支持。平台的工作流程主要为：首先对中央处理器进行锁步，同时对其进行初始化。该模块主要采用两个中央处理器，这样可以减少外界干扰对该系统的影响。在通信主站模块中，两个中央处理器具有主从关系，并且互相产生影响，其中该模块的初始数据是由中央处理器1进行传送，中央处理器1来管控中央处理器1，两者相互作用，同时对通信进行控制。通信控制的主要作用是检查中央处理器的故障数据，保障电子通信系统的正常运行。平台可以对通信主站模块中的中央处理器进行相应的控制。

1.3 通信从站模块设计

通信从站模块主要是根据主站模块传输来的管理命令进行井下作业的管理工作，同时对信号采集模块进行驱动。通信从站模块安装的位置为电子通信系统的两侧，这样有利于对井下作业的管理。驱动平台接收到来自主站模块的管理命令后，要对其进行校对，确定管理命令无误后，对信号采集模块进行驱动。通信主站模块与驱动模块是直接相连的，采用的是多个驱动平台并联的方式，这样可以有效的提升电子通信系统的安全性。通信从站模块中的定时器主要对数据对比工作的时间进行计算，获得的数据储存在驱动平台。将通信从站模块中的数据传输到通信主站模块，由主站模块对通信进行总体的优化和控制。在信息数据传输的过程中，若主站模块发现故障数据，主站模块会发出相应的信号，通知系统的管理人员。

1.4 信号采集模块

信号采集模块主要是由两部分构成，分别为存储器群和采集器群。该模块在接受到驱动平台的驱动信号后，开始进行信号采集工作。采集的主要内容是井下作业信号，同时该模块还要对采集的信号进行分析，该操作可以使井下作业更具有安全性，同时还可以提升井下作业的效率。该模块中，采集器群可以同时进行采集工作，存储器群可以同时对其采集到的信息进行存储及处理，输出信息的标准格式，并将其传输给通信主站模块进行分析和控制。

2 井下电子通信系统软件设计

井下作业信号传输损耗函数设计：

为了计算电子通信系统的信号传输损耗值，假设信号传输损耗为PL，信号输入功率为Pi，信号输出的平均功率为Pt，则信号传输损耗值为：

则信号传输损耗平均值为：

其中，d表示的是信息数据输入与输出的时间差；do表示的是标准时间差；n表示的是信号传输损耗参数；PL(do)表示的是井下作业信息输入设备的平均信号传输损耗值。

经过常数的校对，进一步得到信号传输损耗平均值为：

其中，K为校对的常数。

在井下作业中，会受到很多因素的影响，为井下电子通信带来不利的影响，对这些影响因素进行分析，得到井下电子通信公式为：

其中，s表示的是影响因素与井下作业信息输出设备之间的距离；α表示的是密度参数；σ表示的是影响因素的标准差；μ表示的是信号的输出功率。

3 实验

为了保证本文优化的井下电子通信系统的有效性，设计实验对其进行验证。在实验的过程中，主要采用传统井下电子通信系统与本文优化的电子通信系统进行对比分析，主要以井下作业信号数据为研究对象。由于两种系统采用的通信管理方式不同，所以，本文主要引入第三方软件对实验的结果进行记录与比较，观察实验结果。本文将传统井下电子通信系统设置为对照组，将本文优化的电子通信系统设置为实验组。

3.1 数据准备

为了保证实验过程的准确性，需要对实验参数进行相应的设置。在实验的过程中，由于采用的电子通信系统不同，导致其对通信进行控制管理的方式也是有区别的，想要最大程度的保证实验的准确性，就要对实验过程中的外环境参数进行设置，使其保持一致。本文实验数据设置结果如表1所示。

表1 实验数据设置结果

3.2 对比实验结果分析

本文优化的井下电子通信系统的有效性主要从井下作业的安全性进行验证。本文采用第三方软件对实验的数据进行记录与计算，得到的相应结果如图2所示。

图2 实验对比图

如图2所示，本文优化的井下电子通信系统，其对井下作业的安全性提高了25%，并且其相应的提升了井下作业的效率，说明本文优化的井下电子通信系统具备有效性。

4 结束语

本文主要分为三部分对优化的电子通信系统进行介绍。第一部分为井下电子通信系统的硬件设计；第二部分为井下电子通信系统的软件设计；第三部分为实验对比分析，经过实验结果显示，使用优化的电子通信系统井下作业的安全程度高出传统系统25%，表明该系统具备极高的有效性。希望本文对以后的研究有所帮助。