CN103308881A

CN103308881A - 无线定位系统及信标卡

Info

Publication number: CN103308881A
Application number: CN2012100692272A
Authority: CN
Inventors: 李春雷; 刘强; 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: 2012-03-16
Filing date: 2012-03-16
Publication date: 2013-09-18

Abstract

本发明提供了一种无线远程智能机车定位系统，包括信标卡、机车定位报警仪、标识卡和综合分站，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，周期性接收来自信号辐射范围内的信标卡发送的信号，获取周边信标卡信息；信标卡固定在巷道里，不间断地或者周期性地广播自身位置信息，用于机车定位仪和标识卡的定位；多个综合分站间隔布置在巷道中，获取带有信标卡信息的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

无线定位系统及信标卡

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技术的矿用无线定位系统及信标卡。

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技术的矿用无线定位系统及信标卡。

根据本发明的一个方面，提供了一种无线远程智能机车定位系统，包括信标卡、机车定位报警仪、标识卡和综合分站，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，周期性接收来自信号辐射范围内的信标卡发送的信号，获取周边信标卡信息；信标卡固定在巷道里，不间断或者周期性地广播自身位置信息，以便机车定位仪和标识卡的定位；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，提供了一种机车定位报警仪，包括标识卡、信标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信标卡发送查询信号，并且接收返回信号，获取周边信标卡和标识卡的信息；信标卡固定在巷道里，不间断地或者周期性地广播自身位置信息，以便用于机车和标识卡接收来自信标卡的信息，从而定位。

信标卡为主动工作方式，它自身发出信号，实施无线覆盖，令经过它位置区域的机车定位报警仪、人员标识卡均能接收到它发出来的信息。机车定位报警仪、人员标识卡把接收到的信号上传到通讯分站，通讯分站与调度网络相联，井上管理人员和调度室可实现对区域的通信和监测。大大提高了人员、机车的井下位置的定位精度。

采用无线定位信标卡的优势：信标卡位主动工作方式，自身发出信号，具有无线发射的功能；信标卡可以固定在井上、井下任何位置；可以随时掌握到机车、人员的运行情况；精确度高达10～25米；具备矿用本质安全性的性能；融合了ZIGBEE技术而进行的创新；无线定位信标卡是一款以无线通信定位为主，基于ZIGBEE技术的一种设备。利用ZigBee的优势：近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的无线网络技术，主要用于近距离无线连接。

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是综合分站的结构框图；

图4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。

实施例1

图1是无线远程智能机车定位系统的组成结构图，如图1所示，该系统包括信标卡、机车定位报警仪、标识卡、综合分站、网络交换机。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信标卡发送查询信号，并且接收返回信号，通过系统获取周边信标卡信息。信标卡固定在巷道里，通常，相隔10到25米之间分布一个，周期性广播自身位置信息，用于机车定位仪和标识卡的定位。机车定位报警仪和标识卡可以接收到来自所处位置的自信标卡发射的信号，同时综合分站都可以接收到来自机车定位报警仪、标识卡发送过来的信号。井上的人可以通过定位系统显示屏看到井下机车、矿工的位置。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。

综合分站的无线通信距离200到250米之间，不间断接收信号。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，不间断接收信号。信标卡的无线通信距离10到25米之间，每隔1秒发射一次信号，不间断发射信号。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，如图1所示，井下的综合分站是固定在巷道里，相隔300到500米之间分布一台综合分站，每台综合分站都有唯一的编号。信标卡同样固定在巷道里，相隔10到25米之间分布一个信标卡，并在软件里体现每台综合分站、每个信标卡的分布位置。而机车定位报警仪则安装在机车上，标识卡则别在矿工的腰上。

在矿里，信标卡则每隔1秒发射一次信号，机车定位报警仪、标识卡可以接收到所处位置的来自信标卡发射的自身信号，同时综合分站都可以接收到来自机车定位报警仪、标识卡发送过来的信号。井上的人可以通过定位系统显示屏看到井下机车、矿工的位置。

同时标识卡则以每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、机车所在位置。而机车定位报警仪接收到标识卡的信号并记录数量，显示在机车定位报警仪上，同时喇叭发出“滴滴”警告声音，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、信标卡、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为机车定位仪、标识卡和信标卡的电路框图，如图2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3是综合分站的结构框图，如图3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4为标示卡、信标卡、综合分站之间的通信过程示意图，其中，在此实施例中，标识卡每6秒工作一次，工作时间10ms，平时处于睡眠状态(既不接收也不发送)，工作期间，标识卡广播自身信息，发送往综合分站，10ms内没有收到反馈信息，就进入睡眠状态。

综合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。综合分站如果收到机车定位信息后，应答和应答标识卡一样。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例如数码管上，同时发出“嘟嘟”提示声音。

信标卡每隔1秒发送一次自身信息，不间断发出信号，告诉机车定位仪、标识卡通过信标卡的定位，以便机车定位仪、标识卡识别，并把信标卡发过来的信号上传给分站。

数据通信协议如下：

信标卡发射信息格式：

字节数1	4
		帧头	信标信息

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、信标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信标卡发送查询信号，并且接收返回信号，获取周边信标卡信息。信标卡固定在巷道里，通常，相隔10到25米之间分布一个，周期性广播自身位置信息，用于机车定位显示设备和标识卡的定位。机车定位显示设备和标识卡可以接收到来所处位置的自信标卡发射的信号。

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，不间断接收信号。信标卡的无线通信距离10到25米之间，每隔1秒发射一次信号，不间断发射信号。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，信标卡固定在巷道里，相隔10到25米之间分布一个信标卡。而机车定位显示设备则安装在机车上，标识卡则别在矿工的腰上。

标识卡以每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，并且记录标识卡的数量，显示在机车定位显示设备上，同时喇叭发出“滴滴”警告声音，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。

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。

对于标示卡、信标卡和机车定位显示设备之间的通信过程，其中，在此实施例中，标识卡每6秒工作一次，工作时间10ms，平时处于睡眠状态(既不接收也不发送)，工作期间，标识卡广播自身信息，发送往机车定位显示设备，10ms内没有收到反馈信息，就进入睡眠状态。

信标卡每隔1秒发送一次自身信息，不间断发出信号，告诉机车定位显示设备、标识卡通过信标卡的定位，以便机车定位仪、标识卡识别。

机车定位显示设备一般处于接收状态，收到标识卡和信标卡的信息后应答，如果有报警信息，将报警信息加入到应答信息中。判断附近标识卡的数量并显示在例如数码管上，同时发出“嘟嘟”提示声音。

数据通信协议如下：

信标卡发射信息格式：

字节数1	4
		帧头	信标信息

标识卡或机车定位显示设备发送信息格式：

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，包括信标卡、机车定位报警仪、标识卡和综合分站，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，周期性接收来自信号辐射范围内的信标卡发送的信号，获取周边信标卡信息；信标卡固定在巷道里，不间断地或者周期性地广播自身位置信息，用于机车定位仪和标识卡的定位；多个综合分站间隔布置在巷道中，获取带有信标卡信息的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，其中，机车定位报警仪和标识卡接收周边信标卡发射的信号，根据信标卡的编号获取自身定位信息。

3.根据权利要求1所述的无线远程智能机车定位系统，其中，机车定位仪和标识卡均包括天线模块和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，信标卡包括用于发射自身位置信息和编号的天线模块。

4.根据权利要求1所述的无线远程智能机车定位系统，其中，多个综合分站固定在巷道里，相隔300到500米之间分布一台；多个信标卡固定在巷道里，相隔10到25米之间分布一个信标卡。

5.根据权利要求1所述的无线远程智能机车定位系统，其中，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。

6.根据权利要求1所述的无线远程智能机车定位系统，其中，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.根据权利要求1所述的无线远程智能机车定位系统，其中，所述的综合分站、信标卡、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。

8.一种机车定位报警仪，包括标识卡、信标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信标卡发送的信号，并且接收返回信号，获取周边信标卡和标识卡的信息；信标卡固定在巷道里，不间断或者周期性地广播自身位置信息，用于机车定位显示设备和标识卡的定位。

9.根据权利要求8所述的机车定位报警仪，其中，信标卡固定在巷道里，相隔10到25米之间分布一个信标卡，信标卡包括天线模块，用于发射自身位置信息和编号信息。

10.根据权利要求8所述的机车定位报警仪，其中，信标卡、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。