CN102419824B - 矿用智能识别卡 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于井下人员考勤、定位追踪、工作监察、抢险搜救的矿用智能识别卡，其包括用于处理数据对所述智能识别卡进行控制数据处理单元；分别与所述数据处理单元以及天线相连接的射频控制模块，其在该数据处理单元的控制下，控制天线收发射频信号；分别与所述数据处理单元、所述蜂鸣器以及声波探头相连接的音频控制模块，其在所述数据处理单元的控制下，控制蜂鸣器发出信号，所述声波探头用于检测搜救信号，并将相应的信号通过所述音频控制模块传输给所述数据处理单元以及电源，本发明将射频远距离识别技术和高频声波近场识别技术相结合，结合专门算法，实现人员高精度定位，定位误差小于30cm，特别适用于井下恶劣环境下辅助通信及管理。

Description

矿用智能识别卡

技术领域

本发明涉及一种射频识别卡，尤其涉及一种用于井下人员考勤、定位追踪、工作监察、抢险搜救的矿用智能识别卡。

背景技术

近年来，煤矿高瓦斯矿井的数量在不断增加，如何加强安全生产，提高搜救工作效率，成为亟需解决的问题。通常煤矿发生的特大事故时，主要问题集中在以下几个方面：(1)地面与井下人员的信息沟通不及时；(2)地面人员难以及时动态掌握井下人员的分布及作业情况，进行精确人员定位；(3)一旦煤矿事故发生，抢险救灾、安全救护的效率低，搜救效果差。

为此，如何正确处理安全与生产、安全与效益的关系，如何准确、实时、快速履行煤矿安全监测职能，有效进行矿工管理，保证抢险救灾、安全救护的高效运作显得尤为重要和紧迫。提升安全生产信息化管理水平，加强以灾害预防、搜救为主要目标的安全生产长效机制，是我国安全生产工作的必由之路。

国内现有的井下人员定位考勤系统以RFID技术为主。RFID技术是一种利用射频信号通过空间耦合(交变磁场或电磁场)实现的无接触式信息传递的方式，通过所传递的信息达到目标识别的目的。整个系统成本虽较低，但是利用通信基站接收目标信号的归属来判定移动目标的位置，定位目标误差比较大，且方位不清晰，其精度、反应速度和有效作用距离尚不能满足煤矿安全生产信息化管理及灾后应急救援的要求。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种矿用智能识别卡，以解决现有射频识别定位技术中所存在的不足。

为达到上述目的，本发明提供了一种矿用智能识别卡，所述矿用智能识别卡包括：

数据处理单元，用于处理数据对所述矿用智能识别卡进行控制；

存储器，与所述数据处理单元相连接，用于信号及常见指令的寄存；

射频控制模块与天线，所述射频控制模块分别与所述数据处理单元以及天线相连接，并在该数据处理单元的控制下，控制天线收发射频信号；

音频控制模块、蜂鸣器以及声波探头，所述音频控制模块与所述数据处理单元、所述蜂鸣器以及声波探头分别相连接，其在所述数据处理单元的控制下，控制蜂鸣器发出信号，所述声波探头用于检测搜救信号，并将相应的信号通过所述音频控制模块传输给所述数据处理单元；以及

电源，用于对所述矿用智能识别卡的各单元供电。

从以上技术方案可以看出，本发明有以下有益效果：

(1)本发明提供的矿用智能识别卡，综合利用射频、声波、红外多种传输介质，可完成及时通信、管理沟通、人员定位、灾后急救等多种功能；

(2)本发明提供的矿用智能识别卡，将射频远距离识别技术和高频声波近场识别技术相结合，结合专门算法，实现人员高精度定位，定位误差小于30cm；

(3)本发明提供的矿用智能识别卡，融合低频长波通信技术，利用低频声波传输距离远不易衰减的特点，便于事故抢险定位；

(4)本发明提供的矿用智能识别卡，具有红外通信能力，特别适用于井下恶劣环境下辅助通信及管理。

附图说明

图1为本发明提供的矿用智能识别卡的系统框图；

图2为本发明所述电子扫描读卡器系统框图。

具体实施方式

为使于本领域一般技术人员能够对本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合某矿用智能识别卡在安全模式以及事故模式下的工作过程为具体实例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

如图1所示，本发明所述矿用智能识别卡，包括有

数据处理单元1，用于处理数据对所述智能识别卡进行控制；

存储器2，与所述数据处理单元1相连接，用于信号及常见指令的寄存；

射频控制模块3与天线4，所述射频控制模块3分别与所述数据处理单元1以及天线4相连接，并在该数据处理单元1控制下，控制天线收发射频信号，以完成基本通信以及区域定位的功能；

音频控制模块5、蜂鸣器6以及声波探头7，所述音频控制模块5与所述数据处理单元1、所述蜂鸣器6以及声波探头7分别相连接，其在所述数据处理单元1的控制下，控制蜂鸣器6发出信号，所述声波探头7用于检测搜救信号，并将相应的信号通过所述音频控制模块5传输给所述数据处理单元1，其中所述声波探头7为一高灵敏度长波探头；以及

电源，用于对所述矿用智能识别卡的各单元供电。

在本发明的一个较佳实施例中，本发明所述矿用智能识别卡通过天线4收发射频信号，并完成矿用智能识别卡与其他外设的通信，通信过程遵守802.11b协议，卡片与WiFi网络兼容。

外设信号由天线4接收，经射频控制模块3解调解码后送至数据处理模块1，数据处理模块1依预设程序，将相应的信息编码后，经射频控制模块3编码调制后经天线4输出。

所述矿用智能识别卡与相应的电子扫描读卡器之间的通信，可完成日常管理信息沟通，并利用该矿用智能识别卡回传的基本信息，实现人员考勤。

如图2所示，所述电子扫描读卡器包括控制核DSP11，用于计算和处理各种数据信号，并在所述无线定位搜救仪的各模块之间进行协调和管理；射频系统控制模块13，所述射频系统控制模块13与所述控制核DSP11相连接，用于对射频信号进行编码、调制、解调以及解码；与所述射频系统控制模块13相连的天线14，所述射频系统控制模块13对该天线14进行馈电控制；音频系统控制模块15，所述音频系统控制模块15与所述控制核DSP11相连接，用于对声波信号进行编码、调制、解调以及解码；声波发生器16以及声波探头17，所述声波发生器16、声波探头17与所述音频系统控制模块15相连并受其控制；以及电源，用于对所述多功能无线定位搜救仪的各单元供电。

所述天线14为相控阵天线，包括多个互成角度的天线面阵。所述天线14的不同阵列分区工作，同时完成信号的发射、接收以及全方位巡扫。所述天线面阵由二维排列的辐射单元和移相器组成，所述天线14对周围空间实现全向电子扫描。在射频系统控制模块13的作用下，天线14各辐射元发射不同相位的电磁波，从而使天线面阵的电磁波瓣不断偏转，完成扫描；所述互成角度的多个面阵的组合，可使所述相控阵天线完成全向扫描。在一个扫描周期内，读卡器周围读取距离范围内的矿用智能识别卡片均可与读卡器完成通信，并执行相应指令。

进一步地，所述电子扫描读卡器还包括红外系统控制模块18、红外探头19，所述红外控制模块18与红外探头19相连接，用于在恶劣环境下辅助通信。

在所述电子扫描读卡器中，控制核DSP11为运算主控模块，以射频系统控制模块13、音频系统控制模块15以及红外控制模块18作为信号处理模块，而以相控阵天线14、声波发生器16、声波探头17以及红外探头19为通信接口。

在本发明的具体实施方式中，所述电子扫描读卡器与本发明所述矿用智能识别卡配套使用，其进行的射频通信所使用的也是2.4G电磁波，执行802.11b通信协议；而所述声波发生器16可发射100Hz的声波，所述声波探头17为声波传感器阵列，其阵元位置依据定位算法布置，可检测20KHz和50Hz两种频率的声波；所述红外探头可侦测到8微米-13微米的红外光。

进一步地，电子扫描读卡器该还包括有存储器2用于信号及常见指令的寄存。

本发明所述矿用智能识别卡设定有安全监测模式以及事故求救模式两种工作模式，在实际应用中，持卡人可根据矿井内的实际情况选择工作模式。

当所述煤矿用智能识别卡被设定为安全监测模式时，当该矿用智能识别卡处于某一组读卡器读写范围内时，该识别卡向周围的多个读卡器发出信号，该多个读卡器在收到识别卡所发出的信号后由信号发射模块通过天线发出一应答信号，识别卡通过各个读卡器所发出的应答信号到达的时间来判断各个读卡器与识别卡之前的距离，距离最近的读卡器作为主读卡器，其它距离稍远的读卡器作为副读卡器，所述主读卡器与副读卡器共同组成一读卡器组。由主读卡器发出定位口令，该口令被识别卡及周围副读卡器接收后，启动高频声波定位程序：由音频控制模块5在信号处理模块1的控制下，控制蜂鸣器6发出20KHz声波，同时读卡器组计时器同步清零计时。各读卡器依据高频声波信号到达的时间计算定位卡与读卡器的距离后，将本组信息传至计算终端。计算终端结合读卡器网络地图，确定识别卡的相对位置，实现人员高精度定位，定位精度30cm。

在本发明的一个较佳实施例中，所述高频声波信号的频率范围为10KHz-20KHz。

反之，当矿井发生瓦斯泄露、爆炸或渗水等一系列突发事故时，持卡人可将所述矿用智能识别卡的工作模式切换至事故求救模式或由所述矿用智能识别卡自动切换至事故求救模式，此时，所述识别卡的声波探头7开始搜索搜救信号，当声波探头7搜索到了相应的搜救信号后，该声波探头7将相应的信号通过所述音频控制模块5传输给所述数据处理单元1，再由所述数据处理单元1控制音频控制模块5，通过所述蜂鸣器6发出低频声波信号，以供搜救设备识别检测。由于低频声波的传播范围远，衰减小，易于捕捉，更利于灾后抢险急救。而所述低频声波信号的频率范围为50Hz-100Hz。

在本发明的一个较佳实施例中，所述低频声波信号的频率为100Hz。

进一步地，在本发明又一较佳实施例中，当所述智能识别卡处于事故求救模式下时，所述智能识别卡进入休眠状态，以减少电量消耗。所述矿用智能识别卡通过声波探头7每隔1分钟定时搜索是否有搜救信号，当该声波探头7检测到搜救信号时，该矿用智能识别卡则将再次启动，之后则由所述数据处理单元1通过所述音频控制模块5控制所述蜂鸣器6间歇地发射低频声波信号，所述电源仅向数据处理单元1、音频控制模块5，以及蜂鸣器6供电。

除此以外，本发明所述矿用智能识别卡还包括红外控制模块8以及红外LED9，所述红外控制模块8与红外LED9相连接，所述数据处理单元1可管理红外控制模块8编码信号，经红外LED9输出，用于恶劣环境下辅助通信，提高可靠度。而红外LED9所发射的红外编码信号的波段是位于大气窗口内的。

在本发明一较佳实施例中，所述红外LED9发射的红外编码信号的波段位于8um～13um之间。

以上所述的具体实施实例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细的说明。所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施实例而已，并不用于限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换或者改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种矿用智能识别卡，其特征在于，所述智能识别卡包括：

数据处理单元(1)，用于处理数据对所述智能识别卡进行控制；

存储器(2)，与所述数据处理单元(1)相连接，用于信号及常见指令的寄存；

射频控制模块(3)与天线(4)，所述射频控制模块(3)分别与所述数据处理单元(1)以及天线(4)相连接，并在该数据处理单元(1)的控制下，控制天线收发射频信号；

音频控制模块(5)、蜂鸣器(6)以及声波探头(7)，所述音频控制模块(5)与所述数据处理单元(1)、所述蜂鸣器(6)以及声波探头(7)分别相连接，其在所述数据处理单元(1)的控制下，控制蜂鸣器(6)发出信号，所述声波探头(7)用于检测搜救信号，并将相应的信号通过所述音频控制模块(5)传输给所述数据处理单元(1)；以及

电源，用于对所述矿用智能识别卡的各单元供电；其中，

所述智能识别卡设定有安全监测模式以及事故求救模式两种工作模式，所述两种工作模式之间自动或人工切换，当所述智能识别卡处于安全监测模式下时，所述数据处理单元(1)控制所述蜂鸣器(6)发出高频声波信号，反之，当所述智能识别卡处于事故求救模式下时，所述声波探头(7)搜索搜救信号，并将相应的信号通过所述音频控制模块(5)传输给所述数据处理单元(1)，再由所述数据处理单元(1)控制所述蜂鸣器(6)发出低频声波信号。

2.如权利要求1所述的矿用智能识别卡，其特征在于，所述高频声波信号的频率范围为10KHz-20KHz。

3.如权利要求1所述的矿用智能识别卡，其特征在于，所述低频声波信号的频率范围为50Hz-100Hz。

4.如权利要求1-3中任一项权利要求所述的矿用智能识别卡，其特征在于，当所述智能识别卡处于事故求救模式下时，所述智能识别卡进入休眠状态，当所述声波探头(7)检测到搜救信号后，将所述矿用智能识别卡开启，以控制所述蜂鸣器(6)间断地发射低频声波信号，所述电源仅向所述数据处理单元(1)、音频控制模块(5)以及蜂鸣器(6)供电。

5.如权利要求1-3中任一项权利要求所述的矿用智能识别卡，其特征在于，所述矿用智能识别卡还包括红外控制模块(8)、红外LED(9)，所述红外控制模块(8)与红外LED(9)相连接，用于在恶劣环境下辅助通信。

6.如权利要求5所述的矿用智能识别卡，其特征在于，所述红外LED(9)发射的红外编码信号的波段位于大气窗口内。

7.如权利要求6所述的矿用智能识别卡，其特征在于，所述红外LED(9)发射的红外编码信号的波段位于8um～13um之间。