[发明专利]一种井下巡检机器人的信息传输系统及方法

权利要求书

1.一种井下巡检机器人的信息传输系统，其特征在于；包括数据处理与控制部分、信息采集部分和CTC信息传输部分；

所述数据处理与控制部分由控制模块和动力及驱动模块组成；所述控制模块用于实现巡检机器人的核心控制功能；所述动力及驱动模块与控制模块连接，用于为巡检机器人提供电源能量供应，用于根据控制模块的控制指令控制巡检机器人的动作；

所述信息采集部分安装在巡检机器人上，其由视频采集模块、音频采集模块和传感器采集模块组成，并与控制模块连接；所述视频采集模块由红外摄像仪和高清摄像仪组成，红外摄像仪用于辅助高清摄像仪在光照度低的井下环境进行图像的实时采集，并实时发送给控制模块；所述音频采集模块由拾音器、音频传感器和音频处理器组成，用于实时采集现场的音频信号，并对音频信号进行降噪处理后发送给控制模块；所述传感器采集模块由温度传感器、烟雾浓度传感器和湿度传感器组成，所述温度传感器用于实时采集现场的温度信号，并通过单总线数据传输方式发送给控制模块；所述烟雾浓度传感器用于实时采集现场的烟雾浓度信号，并经过通过A/D转换后发送给控制模块；所述湿度传感器用于实时采集现场的湿度信号，并通过单总线数据传输方式发送给控制模块；

所述CTC信息传输部分由若干个ZigBee无线模块、若干个无线AP模块和WiFi通信模块组成；若干个ZigBee无线模块为原有安装在巷道中的ZigBee无线模块；若干个无线AP模块为巷道中原有的无线AP模块，若干个无线AP模块之间通过无线的方式交互通信，且与地面网络通过有线的方式交互通信；所述WiFi通信模块安装在巡检机器人上，与控制模块通过有线的方式连接，用于通过无线通信的方式连接对应巷道内的无线AP，并与ZigBee无线模块进行双向跨网通信；所述CTC信息传输部分用于利用巡检机器人的WiFi通信模块配合巷道中原有的无线AP模块完成与巷道中的ZigBee无线模块间的双向信息交互，打破WiFi与ZigBee的通信壁垒。

2.根据权利要求1所述的一种井下巡检机器人的信息传输系统，其特征在于，所述控制模块由嵌入式核心控制板与工控机组成，二者通过RS232总线方式直连。

3.一种井下巡检机器人的信息传输方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：在2.4GHz频段上，利用重叠频段进行WiFi通信模块与ZigBee无线模块信道的选择；采用WiFi的11信道与ZigBee的23信道建立WiFi到ZigBee方向的跨网通信；ZigBee的23信道覆盖WiFi 11信道索引编号为7 to 12的六个子载波，在ZigBee到WiFi方向的跨网通信中，WiFi端选择索引编号为9、11或索引编号为9、10的数据子载波建立与ZigBee的直接通信；

步骤二：获取接收端解码窗口大小及发射端的能级调制个数；

S21：通过预训练获取接收端解码窗口大小；初始接收端解码窗口大小为T₀,接收端预先通过大量实验评判该区域某段时间内信道质量，根据信道质量调整接收端解码窗口大小：

S22：通过预训练获取发射能级调制个数；初始发射能级个数为K₀,发送端根据接收端反馈的信道质量调整发送端发射能级个数：K＝K₀±b,b＝1,2,3…；

S23：根据发射端可调制的能级个数K，一个解码窗口可解码log₂Kbit的信息，通过预先不断的实验训练得到合适的发射能级个数与解码窗口大小，以实现对吞吐量与解码准确率之间的最佳平衡；

步骤三：发射端依照能级编码方式对待发送的数据包进行编码；

S31：WiFi到ZigBee方向的跨网通信，通过调整WiFi发送端的发射能级，使得同频段ZigBee的RSSI值发生变化，建立起WiFi到ZigBee的直连通信；

S32：ZigBee到WiFi方向的跨网通信，巷道中所部署的ZigBee节点作为发送端，根据预设的编码能级进行编码，实现CTC信息传输；

步骤四：接收端根据信道质量自适应调整接收窗口大小或通过反向CTC的方式告知发送端调整发射能级的个数；

设置两个阈值①和②，当接收端测得信噪比低于预设阈值①时，表明信道质量较差，接收端提高解码窗口大小或通过反向CTC方式告知发送端减少发射端能级编码个数，以保障解码的准确率；当接收端测得信噪比高于预设阈值②时，表明信道质量较好，接收端降低接收端解码窗口大小或通过反向CTC方式告知发送端提高发射端能级编码个数，以提高系统吞吐量；当接收端测得信噪比高于预设阈值①且低于预设阈值②时，接收端接码窗口大小与发送端能级调制个数保持不变；

步骤五：接收端通过分析RSSI或CSI进行解码，实现CTC的信息传输；

S51:WiFi到ZigBee方向的跨网通信，接收端利用RSSI进行解码，ZigBee端通过扫描该频段获取RSSI取值，捕获WiFi数据包的能量，随后在解码窗口内根据预设的解码阈值，判别WiFi数据包所属能级，最终解码得到传递的0、1序列值；

S52：ZigBee到WiFi方向的跨网通信；先通过CSI采集设备配合相应的采集工具，获得包含幅度与相位信息的原始CSI信息；随后对原始CSI信息进行滤波处理、特征提取操作；接着利用机器学习方法进行训练，获得最佳的训练模型，用于对后续的输入进行解码；最后，应用训练模型，对新的输入做出响应，得到ZigBee到WiFi方向的CTC解码信息。