CN103297916A

CN103297916A - 无线远程智能机车定位系统及报警仪

Info

Publication number: CN103297916A
Application number: CN2012100513022A
Authority: CN
Inventors: 季文涛; 曹日晖; 彭敏; 蒋杨定兴; 刘钢; 柯慧敏
Original assignee: SHENZHEN ZHEYANG TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SHENZHEN ZHEYANG TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2012-03-01
Filing date: 2012-03-01
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2032-03-01
Also published as: CN103297916B

Abstract

本发明提供了一种无线远程智能机车定位系统和报警仪，其中该系统包括机车定位报警仪、标识卡、综合分站、网络交换机和定位显示屏；标识卡配置在井下人员身上，每个标识卡具有唯一的标识号码，周期性广播自身位置信息；机车定位仪安装在机车上，周期性向信号辐射范围内的标识卡发送查询信号，并且接收综合分站的信号，获取周边标识卡的综合信息；多个综合分站间隔布置在巷道中，获取机车的位置信号和标识卡位置信号，并将随同综合分站的编号一起发送给井上处理器。

Description

无线远程智能机车定位系统及报警仪

技术领域

本发明涉及无线定位设备，更具体地，本发明涉及一种基于ZigBee技术的无线远程智能机车定位系统及报警仪。

背景技术

目前，煤矿的安全生产受到前所未有的关注和重视，煤矿的安全生产是煤矿企业效益的保障和持续健康发展的重要条件，因此，建立可靠实用的煤矿井下定位系统，提高对井下人员的监控和调度，增强发生事故时井下人员的快速反应能力，以改善煤矿的安全生产管理，这都有着重要的现实意义。

随着井下定位系统的不断发展，矿方对井下人员定位提出更高的要求。井下人员定位设备也得到了发展，然而这个过程也有不尽人意的地方，比如井下机车的定位还没完全普及，甚至还处于无源RFID(射频标签)定位阶段。无源的RFID卡定位存在局限性，比如RFID的读卡距离近，一般只能10多公分，最大距离也只有10多米，导致读卡器分布数量多，读卡器之间存在有漏读的情况，而且存在安全的问题。

ZigBee技术是一种新兴的短距离、低速率无线网络技术，它是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术提案。ZigBee技术具备功耗小、时延短、网络容量大和安全等优点，在短距离、低功耗、无线通信中具备特有的技术优势，ZigBee技术可以应用于小范围的基于无线通信的控制和自动化等领域。

发明内容

为了解决煤矿生产中的人员车辆定位不准确、不全面而带来的安全问题，本发明提供了一种基于ZigBee技术的无线远程智能机车定位系统及报警仪。

根据本发明的一个方面，一种无线远程智能机车定位系统，包括机车定位报警仪、标识卡、综合分站、网络交换机和定位显示屏；其特征在于，标识卡配置在井下人员身上，每个标识卡具有唯一的标识号码，周期性广播自身位置信息；机车定位仪安装在机车上，周期性向信号辐射范围内的标识卡发送查询信号，并且接收综合分站的信号，获取周边标识卡的综合信息；多个综合分站间隔布置在巷道中，获取机车的位置信号和标识卡位置信号，并将随同综合分站的编号一起发送给井上处理器。

根据本发明的另一方面，提供一种机车定位报警仪，包括标识卡和机车定位显示设备，其特征在于，标识卡配置在井下人员身上，每个标识卡具有唯一的标识号码，周期性广播自身位置信息，机车定位显示设备安装在机车上，周期性向信号辐射范围内的标识卡发送查询信号，获取周边标识卡信息。

无线远程智能机车定位报警仪通过无线方式连接组网并对实施无线覆盖，通过通讯分站与调度室网络相联，管理人员和调度室可实现对区域的通信和监测。所述的机车定位仪具有无线读取标识卡功能，并显示附近标识卡数量，同时喇叭发出“滴滴”警告声音，可以检测机车周围的人数，提醒司机注意。机车定位仪具有和综合分站无线通信功能和区域定位功能，可以随时掌握到机车的运行情况。

附图说明

图1是无线远程智能机车定位系统的组成结构图；

图2是机车定位仪的电路原理框图；

图3是标识卡的电路原理框图；

图4是综合分站的结构框图；

图5是综合分站与机车定位仪以及标识卡之间的信息交互图。

为了能明确实现本发明的实施例的结构，在图中标注了特定的结构和器件，但这仅为示意需要，并非意图将本发明限定在该特定结构、器件和环境中，根据具体需要，本领域的普通技术人员可以将这些器件和环境进行调整或者修改，所进行的调整或者修改仍然包括在后附的权利要求的范围中。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明提供的一种基于ZigBee技术的无线远程智能机车定位系统及报警仪进行详细描述。

在以下的描述中，将描述本发明的多个不同的方面，然而，对于本领域内的普通技术人员而言，可以仅仅利用本发明的一些或者全部结构或者流程来实施本发明。为了解释的明确性而言，阐述了特定的数目、配置和顺序，但是很明显，在没有这些特定细节的情况下也可以实施本发明。在其他情况下，为了不混淆本发明，对于一些众所周知的特征将不再进行详细阐述。

首先，简要阐述本发明实现定位的原理。所述的机车定位仪和标示卡配备于需要定位的井下工作的机车设备或人员上，并在需要定位的范围内分布固定安装综合分站，所述标识卡定时周期性发出位置信息信号，该信号被其周围的综合分站接收到，综合分站将接收到的信息及自身的信息发送给标示卡和机车定位仪，综合分站接收到标示卡和机车定位仪的应答信息，确认后使转发至井上的通用计算机，由通用计算机处理。这样，井上的计算机根据接收到的信息使可以定位相应人员或设备的位置。

实施例1

图1示出无线远程智能机车定位系统的组成结构，如图1所示，在无线远程智能机车定位系统包括机车定位报警仪、标识卡、综合分站、网络交换机、定位显示屏。其中，标识卡配置在井下人员身上，每个标识卡具有唯一的标识号码，周期性广播自身位置信息。机车定位仪安装在机车上，周期性向信号辐射范围内的标识卡发送查询信号，并且接收返回信号，通过系统获取周边标识卡信息。多个综合分站间隔布置在巷道中，获取机车的位置对应信号，并将该综合分站的编号一起发送给井上处理器。

其中，综合分站的无线通信距离200到250米之间，不间断接收信号。其中，机车定位报警仪的无线通信距离250到300米之间，每1秒发送一次信号，不间断接收信号。标识卡的无线通信距离150到200米之间，每隔6秒发射一次信号。当然，可以理解，布置距离和发射频率相应于通信能力和精度要求，其余不同布置方式对于本领域的普通技术人员而言可以根据上述教导而获取。

进一步，如在图1所示里，井下的综合分站是通常固定在巷道里，相隔300到500米之间分布布置一台综合分站，每台综合分站具有唯一都有它的编号，并在处理器软件里体现每台综合分站的分布位置。进一步，而机车定位报警仪则安装在机车前端上，标识卡则别在矿工的腰上。

通常，在运行中，当机车携带定位报警仪运行到巷道中某个位置时，综合分站可以接收到来自机车定位报警仪发送过来的信号。井上的人可以通过定位显示屏获取井下机车的位置。

同时人员携带的标识卡则以每6秒或者其他更短的频率例如3秒、1秒周期性发送一次信号，机车定位报警仪与综合分站分别不间断接收来自标识卡的信号，井上的人也可以通过定位系统显示屏看到矿工所在位置井上的人也可以通过定位显示屏获取矿工所在位置。而机车定位报警仪接收到标识卡的信号并记录数量和相对位置，显示在机车定位报警仪上，同时通过喇叭和报警灯发出“滴滴”警发出警告告声音和灯光信号，提醒机车司机注意驾驶，机车司机则知道确定周边附近的工作人员数量和相对位置有多少矿工，相应调整并注意驾驶的速度。

其中，所述的处理器和机车定位系统以及每个综合分站之间采用有线的传输方式，优选的可以采用串行通讯方式，例如RS232或者RS485等串行通讯方式等。所述的通用计算机并不一定采用通用计算机，还可以采用其他设备，本发明不受此限制。当然，对于巷道的特殊环境，使用无线也是可以的，但是无线的信号稳定性差，在发生事故时的安全通信能力较弱。

其中，所述的综合分站、机车定位仪和标识卡之间均采用基于ZigBee协议进行无线传输。机车定位仪、标识卡和综合分站都配置了一块拥有ZigBee射频模块的cc2430芯片，ZigBee射频模块所发出的射频信息经由天线发出。图2是机车定位仪的电路原理框图，如图2所示，机车定位仪包括电源模块、ZigBee射频模块、天线模块和显示模块。其中，ZigBee射频模块模块用于获取标识卡和综合分站发送的信号，并且处理为辐射范围内工作人员的数量和距离，发送给显示模块，显示模块将对应数据显示以告知机车驾驶员。其中，显示方式为某个距离范围的数量，例如20米内3人，20-50米内5人，等等；或者显示为每个工作人员的精确相对距离。

图3是标识卡的电路原理框图，如图3所示，标识卡包括天线模块和ZigBee射频模块，ZigBee射频模块用于接收综合分站的数据信息，天线模块用于将自身位置信息周期性发送出去。

图4是综合分站的结构框图，如图4所示，该综合分站包括供电模块、光纤接口、光电转换器、内部无线通信模块(诸如wifi电路板)、ZigBee射频模块和天线合路器以及天线模块。

图5示出综合分站与机车定位仪以及标识卡之间的运行关系图。其中，在一个实施例中，标识卡每6秒工作一次，工作时间10ms，平时处于休眠状态(不接收也不发送)。工作期间，标识卡广播自身信息，10ms内没有收到信息就进入睡眠状态。分站一般处于接收状态，收到标识卡的信息后应答，如果有报警信息，将报警信息加入到应答信息中；如果收到机车定位信息后应答和应答标识卡一样，则在收到标识卡或者机车定位仪无线信息后通过网络线将标识卡或机车定位仪的信息发送到上位机。机车定位仪每隔1秒发送一次自身信息，其余时间处于接收状态，接收到标识卡的广播信息后判断附近标识卡的数量并显示在数码管上，同时发出“嘟嘟”提示声音。其中，数据通信协议如下描述。当然以下的数据格式仅用于示例说明，并不是限制本发明的思想和应用方式。

标识卡或机车定位仪上报信息格式：

字节数1	1	4	1	2	2
						上行帧头	数据长度	源地址	状态字节	保留	校验码

分站应答信息格式：

字节数1	4	1	N	2
					应答帧头	目的节点标识地址	命令ID	命令参数	检验码

分站上传到上位机的信息格式：

分站接收上位机的信息格式：

字节数1	4	1	N
				下行帧头	目的节点标识地址	命令ID	命令参数

实施例2

实施例2提供一种机车定位报警仪，包括标识卡和机车定位显示设备。其中，标识卡配置在井下人员身上，每个标识卡具有唯一的标识号码，周期性广播自身位置信息。机车定位显示设备安装在机车上，周期性向信号辐射范围内的标识卡发送查询信号，并且接收返回信号，获取周边标识卡信息。

其中，机车定位显示设备的无线通信距离250到300米之间，每1秒发送一次信号，不间断接收信号。标识卡的无线通信距离150到200米之间，每隔6秒发射一次信号。当然，可以理解，布置距离和发射频率相应于通信能力和精度要求，其余不同布置方式对于本领域的普通技术人员而言可以根据上述教导而获取。

通常，在运行中，当机车携带定位显示设备运行到巷道中某个位置时，人员携带的标识卡则以每6秒或者其他更短的频率例如3秒、1秒周期性发送一次信号，机车定位显示设备不间断接收来自标识卡的信号，并记录数量和相对位置，显示在机车定位显示设备上，同时通过喇叭和报警灯发出“滴滴”警发出警告声音和灯光信号，提醒机车司机注意驾驶，机车司机则知道确定周边附近的工作人员数量和相对位置有多少矿工，相应调整并注意驾驶的速度。

其中，机车定位显示设备包括电源模块、ZigBee射频模块、天线模块和显示模块。其中，ZigBee射频模块用于获取标识卡发送的信号，并且处理为辐射范围内工作人员的数量和距离，发送给显示模块，显示模块将对应数据显示以告知机车驾驶员。其中，显示方式为某个距离范围的数量，例如20米内3人，20-50米内5人，等等；或者显示为每个工作人员的精确相对距离。

其中，标识卡包括天线模块和ZigBee射频模块，ZigBee射频模块用于接收周边的机车定位显示设备的运行信息以起到警告自身的作用，而天线模块用于将自身位置信息周期性发送出去。

最后应说明的是，以上实施例仅用以描述本发明的技术方案而不是对本技术方法进行限制，本发明在应用上可以延伸为其他的修改、变化、应用和实施例，并且因此认为所有这样的修改、变化、应用、实施例都在本发明的精神和教导范围内。

Claims

1.一种无线远程智能机车定位系统，包括机车定位报警仪、标识卡、综合分站、网络交换机和定位显示屏；其特征在于，标识卡配置在井下人员身上，每个标识卡具有唯一的标识号码，周期性广播自身位置信息；机车定位仪安装在机车上，周期性向信号辐射范围内的标识卡发送查询信号，并且接收综合分站的信号，获取周边标识卡的综合信息；多个综合分站间隔布置在巷道中，获取机车的位置信号和标识卡位置信号，并将随同综合分站的编号一起发送给井上处理器。

2.根据权利要求1所述的无线远程智能机车定位系统，其特征在于，所述机车定位仪包括电源模块、ZigBee射频模块、天线模块和显示模块，其中，ZigBee射频模块模块用于获取标识卡和综合分站发送的信号，并且处理为辐射范围内工作人员的数量和距离发送给显示模块，显示模块将对应数据显示。

3.根据权利要求1所述的无线远程智能机车定位系统，其特征在于，所述标识卡包括天线模块和ZigBee射频模块，ZigBee射频模块用于接收综合分站的数据信息，天线模块用于将自身位置信息周期性广播。

4.根据权利要求1所述的无线远程智能机车定位系统，其特征在于，综合分站包括供电模块、光纤接口、光电转换器、内部无线通信模块、ZigBee射频模块和天线合路器以及天线模块。

5.根据权利要求1所述的无线远程智能机车定位系统，其特征在于，综合分站的布置距离为每隔300到500米之间分布布置，具有唯一标识编号。

6.根据权利要求1所述的无线远程智能机车定位系统，其特征在于，处理器和机车定位显示器以及每个综合分站之间采用有线的传输方式，优选采用串行通讯方式。

7.一种机车定位报警仪，包括标识卡和机车定位显示设备，其特征在于，标识卡配置在井下人员身上，每个标识卡具有唯一的标识号码，周期性广播自身位置信息，机车定位显示设备安装在机车上，周期性向信号辐射范围内的标识卡发送查询信号，获取周边标识卡信息。

8.根据权利要求7所述的机车定位报警仪，其特征在于，机车定位显示设备不间断接收来自标识卡的信号，并记录数量和相对位置，显示在机车定位显示设备上。

9.根据权利要求7所述的机车定位报警仪，其特征在于，机车定位显示设备包括电源模块、ZigBee射频模块、天线模块和显示模块，其中，ZigBee射频模块模块用于获取标识卡发送的信号，并且处理为辐射范围内工作人员的数量和距离，发送给显示模块；显示模块将对应数据显示以告知机车驾驶员。

10.根据权利要求7所述的机车定位报警仪，其特征在于，标识卡包括天线模块和ZigBee射频模块，ZigBee射频模块用于接收周边的机车定位显示设备的运行信息；天线模块用于将自身位置信息周期性广播。