CN101308203A

CN101308203A - 地震及井下被困人员搜救系统

Info

Publication number: CN101308203A
Application number: CNA2007100089674A
Authority: CN
Inventors: 张亦翔; 张飞然
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-05-15
Filing date: 2007-05-15
Publication date: 2008-11-19

Abstract

本发明涉及一种救援系统，特别是涉及一种地震及井下被困人员搜救系统，它既能用于地震被困人员的搜救，又能用于井下被困人员的搜救。为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：地震及井下被困人员搜救系统，包括无线数据发送单元和便携式无线数据接收设备，它不必依赖于其他任何传输网络而能独立工作；无线数据发送单元随身携带于井下人员或可能发生地震地区的人身上，便携式无线数据接收设备由搜救人员在发生灾害时使用。本发明采用低频甚低频无线电信号，波长长达数千米，穿透障碍物的能力强，在地震现场搜救发现信号后可调低无线数据接收设备的灵敏度以缩小搜救范围，在井下可利用铁轨作为无线数据发送单元的发射天线，把陷在井下人员的生还求救信号传出来，在井下现场搜救时还可把无线数据接收设备外接天线接到铁轨上以增加接收灵敏度。本发明为地震及井下被困人员搜救提供了一种专业的搜救工具。

Description

地震及井下被困人员搜救系统

技术领域

本发明属于电子与信息领域，特别是涉及一种地震及井下被困人员搜救系统：它既能用于地震被困人员的搜救，又能用于井下被困人员的搜救。

背景技术

中国是震灾频发的国家，加强地震现场的应急搜救，是保障人民生命安全、减轻地震灾害的有效途径。如今，用钢筋、预制板建成的高楼大厦到处耸立，而一旦遇到强烈地震倒塌后将给救援工作带来很大影响，1976年发生的唐山大地震中，就是因为缺少设备，使很多被埋压受伤人员未能被及时发现得到抢救而造成死亡。目前地震灾害中，仅依靠现有设备很难发现埋压在废墟深处的人员，急需发明一种有效的专业搜救设备。

另外，在煤矿等矿井下，由于地质情况复杂，产生危险的可能性大，通常要安装井下人员监测系统，但这种监测系统的数据传输必须通过电缆、光纤或无线监测节点等传输网络传送，可是在矿难时由于塌方等原因，很可能造成电缆、光纤或监测节点断裂、烧毁、故障以致无法传输数据，使得这种系统的传输网络遭到破坏，因此需要一种在这种情况下还能传送数据的方法以作为紧急情况下的搜救手段。

综上所述，发明一种专业的地震及井下被困人员搜救系统，它不必依赖于其他任何传输网络而能独立工作，以便迅速发现被埋压在深处的被困人员，将会有效加强现场的应急搜救效果，使被困人员的生还几率得到明显提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于地震或井下被困人员的搜救系统。为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：地震及井下被困人员搜救系统，包括无线数据发送单元和便携式无线数据接收设备，它不必依赖于其他任何传输网络而能独立工作；无线数据发送单元随身携带于井下人员或可能发生地震地区的人身上，便携式无线数据接收设备由搜救人员在发生灾害时使用。

为了有效地进行穿透障碍物的无线传输，合理的选择无线通信频率很重要。我们知道长波波段的无线电信号有利于穿透障碍物，所以如罗兰-C定位系统采用传播衰减低的100千赫的低频频率，而美国军用奥米加定位系统采用约14千赫的甚低频频率，信号能穿透水下几十米，美国TeleMag的TTE系统也采用甚低频通信，信号可以穿透井下，但它们共有的缺点是所需的天线很长，若工作于井下，则需要专门布设笨重的天线，如TeleMag的TTE系统布设于井下的环状天线其直径竟达60英尺，以至于在矿难时失去了实用价值。

如果能既利用低频甚低频无线电信号有利于穿透障碍物的优点，而又能解决其所需的发射天线很长的缺点，就能把低频甚低频通信应用于井下搜救系统。本发明通过合理地选择无线通信频率，采用磁棒发射天线，加大接收设备的灵敏度，使得在发射机没有外接天线时就能达到较远的数据传输距离，又设计了巧妙的使用方法，可以很容易地把在井难时不会如电缆线那样会断裂的铁轨作为发射天线，使低频甚低频通信可以实际应用于井下被困人员搜救系统，而由于地震时的倒塌建筑物的掩埋深度没有井下塌方那么深，本发明同样也适用于地震被困人员的搜救，这时发射机就不需要再外接铁轨作发射天线了。

无线数据发送单元包含电源、稳压器、单片机、推挽发射电路、磁棒发射天线及发射指示灯，还含有一根尾部焊接有一块能导电的小合金磁铁的外接天线，它被设计成符合本质安全标准，以适合在井下工作，其原理框图见图1，电路原理图见图2。信号采用调频FSK方式，发射频率为20～100KHz，波长为3～15千米，调制度为±3KHz，为了使无线数据发送单元体积小巧，本发明采用比甚低频略高的低频频率的低端，具体实施例采用50KHz，波长为6千米。

这里介绍编码方式：码长40bit，前16bit为引导码，后24bit为卡号，共有约1680万个编码，采用可变波特率：信号0为2400波特率，码长约0.42毫秒，信号1为1200波特率，码长约0.84毫秒，每bit改变一次相位，引导码为信号0，每发射一串码平均约22毫秒，为节省电能以延长发射时间，每10秒发射一串码，电源使用时间占空比约为1∶450，若选用6V供电，发射时电流调在约50～60mA，采用两个CR2032的纽扣锂电池，单片机不发射时处于微功耗状态，则工作时间至少可长达500小时以上，完全符合实用要求，若要求更大的发射功率或更长的工作时间可采用CR2450纽扣锂电池，注意纽扣锂电池要向电池生产厂家要求采用符合本质安全标准的。另外为了解决多个无线数据发送单元同时发射可能引起的冲突，单片机在每发下一串码前加上一个不大于16进制数F的随机延时，每单位延时22毫秒，即随机延时0～330毫秒，以错开下一串码的发射时间。本编码方式的主要特点是码的整体长度比较短，当然也可以采用别的编码方式。

无线数据发送单元平时不工作、不耗电，可长期保存，遇到险情时拔出开关使其进入工作状态，每10秒发射一串脉冲，并在每5秒指示灯闪亮0.25秒以让被困人员确知发射器在工作。发射线圈采用小型扁磁棒绕制以减小无线数据发送单元的体积，并且有一根尾部焊接有一块能导电的小合金磁铁的外接天线，外接天线平时绕在无线数据发送单元的外壳上，地震时可以解开以增加发射距离，井下遇到险情时可以解开并让它吸附在井道内的铁轨上，让铁轨成为发射天线；对于几十千赫的低频甚低频无线电信号，波长长达数千米，接在数千米长的铁轨上铁轨就成为有效的发射天线，即使铁轨被井下塌方部分掩埋了，低频甚低频无线电信号亦能在被塌方包围的铁轨上传输很远，可把陷在井下人员的生还求救信号传送出来，这是本发明可以工作在井下的主要原理。由于无线数据发送单元需要人为操作，本发明还避免了普通井下人员监测系统只认卡号，不能判断被困人员是否生存的问题；本发明若与井下人员监测系统配合使用，在发生事故井下人员监测系统瘫痪后，被困人员仍可以使用本发明把生还求救信号传送出来。

无线数据接收设备被设计成便携式，以方便现场搜救，它也被设计成符合本质安全标准；它包含无线接收和信号处理两部分：无线接收部分为二次变频超外差调频接收器，包含接收灵敏度调节、高放、第一本振、第一混频、预中放、第二本振、第二混频、中放、鉴频输出；信号处理部分包含滤波整形放大、单片机、非易失性存储器EEPROM、液晶驱动器、液晶显示器、指示灯、功率放大器和喇叭。无线接收部分是一个专业的通信接收电路，接收灵敏度很高，独有的接收灵敏度调节旋钮平时调在灵敏度高的位置，在地震现场搜救发现信号后可调低灵敏度以缩小搜救范围，在井下现场搜救时可把无线数据接收设备外接天线接到铁轨上，铁轨又成为接收天线，以增加接收灵敏度。单片机对所接收到的信号解码后，液晶显示器轮流显示所接收到的所有卡号，每次可同时显示多个，并用声光提示救援人员。无线数据接收设备的原理框图见图3，无线接收部分和滤波整形放大电路原理图见图4，信号处理部分电路原理图见图5。

本发明的有益效果是：提供了一种适用于地震或井下被困人员的搜救系统，本发明既能用于地震被困人员的搜救，又能用于井下被困人员的搜救。本发明采用低频甚低频无线电信号，波长长达数千米，穿透障碍物的能力强，在地震现场搜救发现信号后可调低无线数据接收设备的灵敏度以缩小搜救范围，在井下可利用铁轨作为无线数据发送单元的发射天线，把陷在井下人员的生还求救信号传出来，在井下现场搜救时还可以把无线数据接收设备外接天线接到铁轨上以增加接收灵敏度。本发明为地震及井下被困人员搜救提供了一种专业的搜救工具。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1本发明无线数据发送单元原理框图；

图2本发明无线数据发送单元电路原理图；

图3本发明无线数据接收设备原理框图；

图4本发明无线数据接收设备无线接收部分和滤波整形放大电路原理图；

图5本发明无线数据接收设备信号处理部分电路原理图。

具体实施方式

1、见图2本发明无线数据发送单元电路原理图。两个CR2032的纽扣锂电池由开关K接通后，+6V电压经低功耗稳压块U2输出3V电压给单片机U1供电，U1采用超微功耗单片机MSP430F1111A，也可以采用其它低功耗单片机，J1是单片机的仿真接口，批量生产时可以不用；单片机每10秒由P10、P11输出一串相位互补的本卡号编码调制的脉冲串，频率为50KHz，调制度为±3KHz，驱动Q1、Q2，由采用小型扁磁棒绕制的发射线圈T1把震荡信号发射出去，输出功率可由R3R4或R5调整，发射时电流调在约50～60mA，每发射一串码平均约22毫秒，电源使用时间占空比约为1∶450，则平均耗电很少；P23每5秒控制指示灯闪亮0.25秒以让被困人员确知发射器在工作；选用6V供电，采用两个CR2032的纽扣锂电池，单片机在不发射时处于微功耗状态，则工作时间至少可长达500小时以上；滤波电解C1的取值不能太小以免影响能量的储存，但又必须符合本质安全要求，按GB3836.4-2000符合最高安全级别的IIC类设备，取×1.5倍安全系数，在+6V工作电压时要求C1不大于40微法，则取C1为33微法；纽扣锂电池CR2032要向电池生产厂家要求采用符合本质安全标准的；在T1上还有一个次级耦合线圈，接上一根尾部焊接有一块能导电的小合金磁铁的外接天线，井下遇到险情时可以让它吸附在井道内的铁轨上，铁轨就成为有效的发射天线，把陷在井下人员的求救信号传出来。

2、见图4本发明无线数据接收设备无线接收部分和滤波整形放大电路原理图。无线接收部分为二次变频超外差调频接收器，包含接收灵敏度调节电位器W，高放Q1，第一本振Q2，第一混频Q3，预中放Q4，第二本振、第二混频、中放、鉴频由集成块IC1担任；第一晶振OSC1采用21.450MHz的晶体，晶体滤波器OSC2为21.40MHz，第二晶振OSC3采用20.945MHz的晶体，OSC5为455KHz中频滤波器，OSC4为455KHz鉴频器，鉴频后的信号由R19R20R21C38C39C41及IC1内部的放大器组成的带通滤波整形放大电路，由C40隔离输出所接收到的解调信号送往图5无线数据接收设备信号处理部分的输入口INPUT。由于长波波段输入回路的频率低、电感很大，接收灵敏度调节电位器的调节范围相当大，已可满足使用要求，若还需增大灵敏度调节范围可以在L3上加一个开关并上电阻以形成远近两档灵敏度范围。

3、见图5本发明无线数据接收设备信号处理部分电路原理图。由于接收机不必要求微功耗，单片机采用普通的EM78P153S即可，当然也可以采用其它型号的单片机，本具体实施例介绍一个最基本的系统：从无线接收部分传送来的解调信号送入单片机的P53，经单片机解码后存入非易失性存储器24C01，保存所接收到的卡号，同一卡号记录一次即可，若单片机内部所自带的EEPROM够用，24C01也可以取消；液晶驱动器采用HT1621液晶驱动IC，液晶显示器轮流显示所接收到的所有编码，每次可同时显示多个，按钮S1、S2用于控制显示方式，可用于上下翻页以查看历史记录。在接收到被困人员发射的卡号时，单片机还通过P62驱动Q1使喇叭发出提示音，并通过P50驱动Q2使LED闪亮，用声光提示救援人员。以上是信号处理部分最基本的功能，设计者还可以根据要求增加其它功能，以使无线数据接收设备更加易于使用，这些就不在此一一介绍了。无线数据接收设备被设计成符合GB3836.4-2000规定的IIB类设备的本质安全标准。

Claims

1、地震及井下被困人员搜救系统，既能用于地震被困人员的搜救，又能用于井下被困人员的搜救；它包括无线数据发送单元和便携式无线数据接收设备，不必依赖于其他任何传输网络而能独立工作；无线数据发送单元随身携带于井下人员或可能发生地震地区的人身上，便携式无线数据接收设备由搜救人员在发生灾害时使用。

2、根据权利要求1所述的地震及井下被困人员搜救系统，其特征在于：所述无线数据发送单元和便携式无线数据接收设备采用低频甚低频无线电频率，既利用了低频甚低频无线电信号有利于穿透障碍物的优点，又解决了其所需的发射天线很长的缺点。

3、根据权利要求1所述的地震及井下被困人员搜救系统，其特征在于：所述无线数据发送单元有一根尾部焊接有一块能导电的小合金磁铁的外接天线，外接天线平时绕在无线数据发送单元的外壳上，地震时可以解开以增加发射距离，井下遇到险情时可以解开并让它吸附在井道内的铁轨上，让铁轨成为发射天线。

4、根据权利要求1所述的地震及井下被困人员搜救系统，其特征在于：所述无线数据发送单元平时不工作，遇到险情时拔出开关使其进入工作状态。

5、根据权利要求1所述的地震及井下被困人员搜救系统，其特征在于：所述便携式无线数据接收设备的灵敏度调节旋钮平时调在灵敏度高的位置，在地震现场搜救发现信号后可调低灵敏度以缩小搜救范围。

6、根据权利要求1所述的地震及井下被困人员搜救系统，其特征在于：所述无线数据接收设备外接天线可接到铁轨上以增加在井下现场搜救时的接收灵敏度。