CN101122242A

CN101122242A - 用于矿山井下可视定位及多功能安全监控网络系统

Info

Publication number: CN101122242A
Application number: CNA2007100345882A
Authority: CN
Inventors: 张先觉
Original assignee: Zhuzhou Dacheng Measure & Control Technology Co Ltd
Current assignee: Zhuzhou Dacheng Measure & Control Technology Co Ltd
Priority date: 2007-03-21
Filing date: 2007-03-21
Publication date: 2008-02-13
Anticipated expiration: 2027-03-21
Also published as: CN101122242B

Abstract

用于矿山井下可视定位及多功能安全监控网络系统，采用射频识别信息定位方法，对井下工作人员和移动设备装配本射频信息标识卡，在井下按照作业工区的分布设置有单级或多级的信息采集基站，并根据矿山监控项目的需要在信息采集基站的传感器接口上接入各种传感器。通过下井人员随身携带具有标志下井人员本身信息的射频标识卡，与设置在井口至各个作业点的信息采集基站相配合，由每个下井人员在通过每一个信息采集基站时进行读卡，再由每一个信息采集基站将所读卡所收集的定位信息和各种传感器所采集的各监控参数信息上传至地面的监控主机，并通过一套多功能综合安全监控系统应用软件，实现下井人员的动态管理及全方位安全监控。

Description

用于矿山井下可视定位及多功能安全监控网络系统

技术领域

本发明是一种集矿山井下人员或设备可视定位、瓦斯监控、通风监控、粉尘测控、矿温、矿压测控于一体的多功能安全监控网络系统，本发明以射频数据传输技术的矿井下人员或设备的可视定位为平台，接入其它传感器而构成多功能安全监控网络系统。主要用于煤矿井下安全监控管理，也可以用于其它各种地下矿井的安全监控。

背景技术

近年来，矿山事故的数量不断增加，据国家安全生产监督管理局研究中心一项调查显示：我国煤矿的百万吨死亡率远远高于世界一些发达国家，是美国的120倍，南非的20倍。矿山安全生产事关人民群众的生命和财产安全，一直受到各级政府主管部门高度重视，正在采取多方面的政策，其中之一为加大科技投入，强制性地上一些安全监控系统(如瓦斯监控)，但已有的监控系统各自独立，不能联动，整体的自动化与信息化水平相对较低，没有行业标准，安全生产软硬件保障系统相对落后，专用设备、仪器比较缺乏，难以满足矿山安全生产的需求和技术升级的需要。面对这种情况，如何加强安全生产管理，建立强大的多功能综合性安全预警体系，在事故未发生时及时发现安全隐患，快速准确地采取应急措施，有效扼制事故的发生；如何在事故发生后实现准确定位事故发生的区域范围，准确掌握事故区域内人员的身份、数量、分布情况以及安全状态，使指挥决策者可以依据事故现场的准确情况启动相应的事故处理紧急处理预案，以最快的速度展开搜救工作，给事故现场的人员更多的获救生存机会，将事故的影响降低到最少，同时为事后分析事故提供有关的第一手资料，为将来的安全生产提供可靠的保证。如何在保证生产安全的前提下提高矿山产量；如何能够使各级矿山主管部门切实承担起监督管理的职能，这一系列问题成为摆到国家各级主管部门和领导面前的一个重大课题，也是我国矿山采掘业现代化进程的重中之重。

本发明以计算机信息技术为核心，集井下实时通信、人员或设备可视定位、瓦斯监控、通风监控、粉尘测控、矿温矿压测控、生产调度管理、应急救援等多个子系统为一体的综合化管理平台，对提高矿山安全生产信息化水平，真正实现用高科技保护矿山采掘、提高矿山生产效率等方面将有着革命性作用。

发明内容

本发明的目的在于针对现有矿山井下安全监控和管理的不足，提出一种集矿山井下可视定位、瓦斯监控、通风监控、粉尘测控、矿温矿压测控于一体的多功能安全监控网络系统的实现方法及装置。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的，一种用于矿山井下可视定位及多功能安全监控网络系统，采用射频识别信息定位方法，对井下工作人员和移动设备装配射频信息标识卡，同时在井下按照作业工区的分布设置有单级或多级的信息采集基站，并根据矿山监控项目的需要在信息采集基站的传感器接口上接入各种传感器(如瓦斯传感器、风速传感器、粉尘传感器等)。在地面设置监控主机，监控主机一方面通过传输接口与信息采集基站电连接，收集各信息采集基站传输上来的信息，另一方面将所收集的信息上传给监控系统的计算机服务系统。通过下井人员或移动设备随身携带具有标志下井人员或移动设备本身信息的射频标识卡，与设置在井口至各个作业点的信息采集基站相配合，由每个下井人员在通过每一个信息采集基站时进行人员或移动设备读卡，再由每一个信息采集基站将所读卡收集的定位信息和各种传感器所采集的各监控参数信息上传至地面的监控主机，并通过一套多功能综合安全监控系统应用软件，实现井下可视定位动态跟踪及全方位安全监控。

所述的矿山井下可视定位及多功能安全网络系统包括：射频信息标识卡和信息采集基站两大部分。其中，所述的射频信息标识卡为14位的双向寻呼报警的有源射频信息标识卡，标识卡在出厂前已分配了一个14位的系统内唯一卡号，用于记录下井工作人员、车辆及重要井下移动设备的标识卡号信息，遵循“统一发卡、统一装备、统一管理”的原则，将标识卡视为“上岗证”，向下井工作人员、车辆及重要井下移动设备颁发装备标识卡。发卡时先在控制中心的监控主机进行注册，系统数据库记录人员卡和移动设备卡的基本信息。人员卡基本信息包括姓名、年龄、性别、所属班组、所属工种、职务、本人照片、有效期等；设备卡基本信息包括设备名称、型号规格、车辆牌照等基本信息。

所述的信息采集基站是根据井下的实际地形情况，在矿井巷道的进出口、交叉道口、工作面、重要峒室、危险场合(如盲巷等)、地面主要出入口等位置安装若干所述的信息采集基站，并根据矿山监控项目的需要在信息采集基站的传感器接口上接入各种传感器(如瓦斯传感器、风速传感器、粉尘规传感器等)，所述的传感器可以是八路传感器。通过CAN接口挂接在CAN总线上，并经传输接口接至监控中心的监控主机，从而形成一套完整的矿山井下可视定位的多功能安全监控网络系统。(见附图1)。

所述的射频信息标识卡至少包括一个电源电路、一个寻呼报警电路、一个微控制器电路、一个射频收发电路。其中，所述的电源电路由锂电池BT、充电搂口J2、充电二极管D3、限流电阻R5组成。其输出端分别与其它各部分电路电源端相连，为射频信息标识卡提供工作电源；所述的寻呼报警电路由寻呼指示发光二极管D1、欠压指示发光二极管D2和报警按钮S构成。D1、D2的正极经限流电阻R2、R3与电源端相连，其负极分别与微控制器电路的嵌入式微处理器IC1控制端相连，报警按钮S一端接地另一端与IC1报警输入端相连；所述微控制器电路是用于控制完成信息发射与接收的嵌入式微处理器IC1及其外围电路；所述射频收发电路由收发模块IC2和天线电路构成，收发模块IC2采用SPI三线串行通信，其中SCK(时钟端)与微处理器IC1的P20相连，SDK(数据端)与P21相连，TS(发送控制端)与P22相连，RS(接收控制端)与P23相连。

所述的信息采集基站至少包括一个射频收发电路、一个微控制器电路、一个232/CAN模块、一个232电路、一个3V电路、一个电源模块。其中，所述电源模块的输入端与井下127V交流电相连，其12V输出与232/CAN模块电源端相连，5V输出端分别与3V电路的输入端和射频收发电路、232电路的电源端相连；所述3V电路由三端稳压器U3和输入输出滤波电容构成，输入端接5V，输出端与IC1电源端相连；所述射频收发电路与上述标识卡的射频收发电路构成及连接方式相同；所述微控制器电路由嵌入式微处理器IC1及其外围电路构成，所述微控制器电路受控于监控中心的监控主机，控制完成定位信息发射与接收、传感器信息采集、数据存储与上传；所述232电路由232串行通信芯片IC3和外围电路构成，其发送输入端脚经R3与IC1的TXD端相连，接收输出端经R4与IC1的RXD端相连。完成TTL与232串行通讯模式的转换；所述A/D转换电路其AD1～AD8通过JAD八路传感器接口接入各种检测传感器，其片选端(/CS)、串行时钟端(CLOCK)、数据输入端(DATAIN)、数据输出端(DATAOUT)、转换状态端(EOC)分别与嵌入式微处理器IC1相应的I/O端相连，在IC1的控制下完成传感器模拟信号的数字转换；所述232/CAN模块其TX、RX端经J4分别与IC3的TX、RX端相连，电源端接12V，其CAN输出端CAN1、CAN2经J5外接至CAN总线。

本发明的工作原理及实施过程是：当配有标识卡的人员、车辆或重要设备通过对应的基站作用区域时，基站受控发出射频查询信号，标识卡接收到信号后，将卡中的数据信息与此信号合成一体回送给基站。基站收到标识卡反射回的射频合成信号后，将其作为定位信息存入内部数据存储器，同时扫瞄八路传感器输入接口并进行A/D转换完成传感器信息采集，经过内部微处理器处理打包传送给位于控制中心的监控主机，监控主机将数据存入数据库并实时在具有井下分布地理信息大屏幕上显示，从而完成人员及设备的可视定位及各种安全监控项目实时动态监控。可以使地面管理人员全面、及时掌握井下及整个矿区人员、车辆、设备的数量和分布情况及瓦斯、通风、粉尘、矿温、矿压的变化。提高了监控管理水平，保证井下资源的合理调度和安全生产的顺利进行。当事故发生时，救援人员也可根据井下人员定位系统所提供的数据、图形，迅速了解有关人员的位置情况，及时采取相应的救援措施，提高应急救援工作的效率。

本发明的优点在于采用国际最新RFID(Radio FrequencyIdentification射频识别)技术，具有双向寻呼报警的有源射频信息标识卡(以下简称标识卡)和信息采集基站(以下简称基站)，标识卡与基站之间数据传输协议实用简单，信息传输可靠，有效接收距离＞80m。实现井下移动目标的身份识别和跟踪定位。基站可接入8路各种监测传感器，实现矿山井下的多功能综合监控管理。

附图说明

图1为矿山井下可视定位多功能安全监控网络系统框图；

图2为本发明射频信息标识卡和信息采集基站电路原理框图；

图3为本发明射频信息标识卡电路原理图；

图4为本发明信息采集基站电路原理图。

其中：1、射频信息标识卡；2、信息采集基站；3、传感器；4、监控主机；5、；6、；7、；11、电源电路；12、寻呼报警电路；13、微控制器电路；14、射频收发电路；21、射频收发电路；22、微控制器电路；23、232/CAN模块；24、232电路；25、3V电路；26、电源模块；27、A/D转换电路。

具体实施方式

附图给出了本发明的一个具体实施例，下面将结合附图对本发明作进一步的描述。

附图1和2为本发明的结构原理示意图，从附图1中可以看出，本发明一种用于矿山井下人员定位的多功能安全监控网络系统，采用射频识别信息定位方法，对井下工作人员和移动设备装配射频信息标识卡1，在井下按照作业工区的分布设置有单级或多级的信息采集基站2，并根据矿山监控项目的需要在信息采集基站的八路传感器接口上接入各种传感器3(如瓦斯传感器、风速传感器、粉尘传感器等)。在地面设置监控主机4，监控主机一方面通过传输接口与信息采集基站电连接，收集各信息采集基站传输上来的信息，另一方面将所收集的信息上传给监控系统的计算机服务系统。通过下井人员随身携带具有标志下井人员或移动设备本身信息的射频标识卡，与设置在井口至各个作业点的信息采集基站相配合，由每个下井人员在通过每一个信息采集基站时进行读卡，再由每一个信息采集基站通过CAN总线5将所读卡所收集的定位信息和各种传感器所采集的各监控参数信息上传至地面的监控主机，并通过一套多功能综合安全监控系统应用软件，实现下井人员的动态管理及全方位安全监控。

图1给出了本发明的一种结构框图，从图中可以看出本发明用于矿山井下人员定位的多功能安全监控网络系统，包括射频信息标识卡1和信息采集基站2两大部分。其中：所述的射频信息标识卡1为14位的双向寻呼报警的有源射频信息标识卡，射频信息标识卡1在出厂前已分配了一个14位的系统内唯一卡号，用于记录下井工作人员、车辆及重要井下移动设备的标识卡号信息，遵循“统一发卡、统一装备、统一管理”的原则，将标识卡视为“上岗证”，向下井工作人员、车辆及重要井下移动设备颁发装备标识卡。发卡时先在控制中心的监控主机进行注册。系统数据库记录人员卡和设备卡的基本信息。人员卡基本信息包括姓名、年龄、性别、所属班组、所属工种、职务、本人照片、有效期等；设备卡基本信息包括设备名称、型号规格、车辆牌照等基本信息。根据井下的实际地形情况，在矿井巷道的进出口、交叉道口、工作面、重要峒室、危险场合(如盲巷等)、地面主要出入口等位置安装若干所述的射频信息采集基站2。并根据矿山监控项目的需要在信息采集基站的八路传感器接口上接入各种传感器。通过CAN接口挂接在CAN总线上，并经传输接口接至监控中心的监控主机，从而形成一套完整的矿山井下可视定位的多功能安全监控网络系统(见附图2)。

附图3给出了本发明所述的射频信息标识卡1的电路原理图，从图中可以看出本发明所述的射频信息标识卡1至少包括一个电源电路11、一个寻呼报警电路12、一个微控制器电路13、一个射频收发电路14。其中所述的电源电路11由锂电池BT、充电搂口J2、充电二极管D3、限流电阻R5组成。其输出端分别与其它各部分电路电源端相连，为射频信息标识卡提供工作电源；所述的寻呼报警电路12由寻呼指示发光二极管D1、欠压指示发光二极管D2和报警按钮S构成。D1、D2的正极经限流电阻R2、R3与电源端相连，其负极分别与微控制器电路13的嵌入式微处理器IC1控制端相连，报警按钮S一端接地另一端与IC1报警输入端相连；所述微控制器电路13由嵌入式微处理器IC1及其外围电路构成，是本发明1的核心，控制完成信息发射与接收；所述射频收发电路14由收发模块IC2和天线电路构成，收发模块IC2采用SPI三线串行通信，其中SCK(时钟端)与微处理器IC1的P20相连，SDK(数据端)与P21相连，TS(发送控制端)与P22相连，RS(接收控制端)与P23相连。

附图4给出了本发明所述的信息采集基站2的电路原理图，从图中可以看出本发明所述的信息采集基站2至少包括一个射频收发电路21、一个微控制器电路22、一个232/CAN模块23、一个232电路24、一个3V电路25、一个电源模块26、一个A/D转换电路27。其中所述电源模块26的输入端与井下127V交流电相连，其12V输出与232/CAN模块23电源端相连，5V输出端分别与3V电路25的输入端和射频收发电路21、232电路24的电源端相连；所述3V电路25由三端稳压器U3和输入输出滤波电容构成，输入端接5V，输出端与IC1电源端相连；所述射频收发电路21与上述标识卡的射频收发电路11构成及连接方式相同；所述微控制器电路22由嵌入式微处理器IC1及其外围电路构成，是本发明2的核心，它受控于监控中心的监控主机，控制完成定位信息发射与接收、传感器信息采集、数据存储与上传；所述A/D转换电路27其AD1～AD8通过JAD八路传感器接口接入各种检测传感器，其片选端(/CS)、串行时钟端(CLOCK)、数据输入端(DATAIN)、数据输出端(DATAOUT)、转换状态端(EOC)分别与嵌入式微处理器IC1相应的I/O端相连，在IC1的控制下完成传感器模拟信号的数字转换；所述232电路24由232串行通信芯片IC3和外围电路构成，其发送输入端11脚经R3与IC1的TXD端相连，接收输出端12经R4与IC1的RXD端相连。完成TTL与232串行通讯模式的转换；所述232/CAN模块23其TX、RX端经J4分别与IC3的TX、RX端相连，电源端接12V，其CAN输出端CAN1、CAN2经J5外接至CAN总线。

本发明的工作原理及实施过程是：

当本发明1-标识卡通过本发明2-基站作用区域时，标识卡的内置PCB天线ANT-L感应到基站的射频信号，收发电路14的收发模块IC2对接收到的射频信号解调后将接收控制端RS置为低电平，唤醒处于节电睡眠模式的微控制器电路13的微处理器IC1，IC1的P20产生时钟信号(SCK)，P21(SDK)接收IC2的信息码。IC1对接收收信息码进行解码处理，如寻呼位置位，则P25输出低电平，寻呼指示灯D1亮，提醒持卡人监控中心正在寻呼。持卡人可按下报警按钮S作为寻呼应答，如在紧急情况下持卡人按下S报警。IC1将报警信号连同本卡号合成后，P22置为低电平，IC1的P20产生时钟信号，P21将合成信息码发送至收发模块IC2。IC2将合成信息码调制成射频信号通过天线向四周发射。当IC1内部电源检测电路检测到电源低于2.5V，P26输出低电平，欠压指示灯D2亮，提醒持卡人对标识卡及时充电。

本发明2-基站不断发射查询信号，当有标识卡达到有效区域内时，基站将接收到标识卡的应答合成信号，微控制器电路22的微处理器IC1，对合成信号解码分析，如果是合法标识卡，IC1将标识卡的卡号连同接收时间一起存入片内数据存储器。同时IC1扫瞄八路传感器并进行A/D转换完成传感器信息采集，经过内部微处理器处理打包并在监控主机查询时将数据通过串行口送232电路24将TTL串行数据转换为232模式，然后经CAN模块将数据送CAN总线上传至监控中心的监控主机，完成数据上传后IC1将数据存储器清除，准备接收和采集新的信息数据；如果接收的标识卡号无效或进入限制通道，系统将自动报警，安全监控中心值班人员接到报警信号，立即执行相关安全工作管理程序。监控主机将各基站上传数据存入数据库并实时在具有井下分布地理信息大屏幕上显示，从而完成人员及设备的可视定位及全方位安全监控管理。

Claims

1.用于矿山井下可视定位及多功能监控网络系统，其特征在于：采用射频识别信息定位方法，对井下工作人员和移动设备装配射频信息标识卡，同时在井下按照作业工区的分布设置有单级或多级的信息采集基站，并根据矿山监控项目的需要在信息采集基站的传感器接口上接入各种传感器；在地面设置监控主机，监控主机一方面通过传输接口与信息采集基站电连接，收集各信息采集基站传输上来的信息，另一方面将所收集的信息上传给监控系统的计算机服务系统；通过下井人员或移动设备随身携带具有标志下井人员或移动设备本身信息的射频标识卡，与设置在井口至各个作业点的信息采集基站相配合，由每个下井人员在通过每一个信息采集基站时进行人员或移动设备读卡，再由每一个信息采集基站将所读卡收集的定位信息和各种传感器所采集的各监控参数信息上传至地面的监控主机，并通过一套多功能综合安全监控系统应用软件，实现井下可视定位动态跟踪及全方位安全监控。

2.如权利要求1所述的用于矿山井下可视定位及多功能监控网络系统，其特征在于：所述的用于矿山井下人员定位的多功能安全监控网络系统包括：射频信息标识卡和信息采集基站两大部分；其中，所述的射频信息标识卡为14位的双向寻呼报警的有源射频信息标识卡，标识卡已分配了一个14位的系统内唯一卡号，发卡时先在控制中心的监控主机进行注册；系统数据库记录人员卡和设备卡的基本信息；人员卡基本信息包括姓名、年龄、性别、所属班组、所属工种、职务、本人照片、有效期等；设备卡基本信息包括设备名称、型号规格、车辆牌照等基本信息；所述的信息采集基站是根据井下的实际地形情况，在矿井巷道的进出口、交叉道口、工作面、重要峒室、危险场合、地面主要出入口等位置安装所述的射频信息采集基站，并根据矿山监控项目的需要在信息采集基站的八路传感器接口上接入各种传感器，通过CAN接口挂接在CAN总线上，并经传输接口接至监控中心的监控主机，从而形成一套完整的矿山井下可视定位的多功能安全监控网络系统。

3.如权利要求1或2所述的用于矿山井下可视定位及多功能监控网络系统，其特征在于：所述的射频信息标识卡至少包括一个电源电路、一个寻呼报警电路、一个微控制器电路、一个射频收发电路；其中，所述的电源电路由锂电池BT、充电搂口J2、充电二极管D3、限流电阻R5组成，其输出端分别与其它各部分电路电源端相连，为射频信息标识卡提供工作电源；所述的寻呼报警电路由寻呼指示发光二极管D1、欠压指示发光二极管D2和报警按钮S构成，D1、D2的正极经限流电阻R2、R3与电源端相连，其负极分别与微控制器电路的嵌入式微处理器I C1控制端相连，报警按钮S一端接地另一端与IC1报警输入端相连；所述微控制器电路是用于控制完成信息发射与接收的嵌入式微处理器IC1及其外围电路；所述射频收发电路由收发模块IC2和天线电路构成，收发模块IC2采用SPI三线串行通信，其中SCK(时钟端)与微处理器IC1的P20相连，SDK(数据端)与P21相连，TS(发送控制端)与P22相连，RS(接收控制端)与P23相连。

4.如权利要求1或2所述的用于矿山井下人员定位及多功能安全监控网络系统，其特征在于：所述的信息采集基站至少包括一个射频收发电路、一个微控制器电路、一个232/CAN模块、一个232电路、一个3V电路、一个电源模块、一个A/D转换电路；其中，所述电源模块的输入端与井下127V交流电相连，其12V输出与232/CAN模块电源端相连，5V输出端分别与3V电路的输入端和射频收发电路、232电路的电源端相连；所述3V电路由三端稳压器U3和输入输出滤波电容构成，输入端接5V，输出端与IC1电源端相连；所述射频收发电路与上述标识卡的射频收发电路构成及连接方式相同；所述微控制器电路由嵌入式微处理器IC1及其外围电路构成，所述微控制器电路受控于监控中心的监控主机，控制完成信息发射与接收和传感器数据采集、数据存储与上传；所述232电路由232串行通信芯片IC3和外围电路构成，其发送输入端脚经R3与IC1的TXD端相连，接收输出端经R4与IC1的RXD端相连，完成TTL与232串行通讯模式的转换；所述A/D转换电路其AD1～AD8通过JAD八路传感器接口接入各种检测传感器，其片选端(/CS)、串行时钟端(CLOCK)、数据输入端(DATAIN)、数据输出端(DATAOUT)、转换状态端(EOC)分别与嵌入式微处理器IC1相应的I/O端相连，在IC1的控制下完成传感器模拟信号的数字转换；所述232/CAN模块其TX、RX端经J4分别与IC3的TX、RX端相连，电源端接12V，其CAN输出端CAN1、CAN2经J5外接至CAN总线。