CN103648077A - 基于zigbee的煤矿井下人员定位及信息传送系统 - Google Patents

Abstract

基于zigbee的煤矿井下人员定位及信息传送系统，属于煤矿安全设备领域。包括设置在井上的监控主机（2）以及信号转换模块（3），信号转换模块（3）与监控主机（2）的通讯接口相连，其特征在于：在井下巷道（4）内均布有多个用于传递信息以及实现语音文字信息转换的信号转换基站（5），各信号转换基站（5）通过zigbee无线信号与井下人员随身携带的便携式收发装置实现通讯。通过本发明的基于zigbee的煤矿井下人员定位及信息传送系统具有定位功能同时能够将井上的指令特别是发生矿难时的逃生指令以文字的形式发送至井下每个工作人员，确保人员安全。

Description

基于zigbee的煤矿井下人员定位及信息传送系统

技术领域

基于zigbee的煤矿井下人员定位及信息传送系统，属于煤矿安全设备领域。具体涉及一种应用在井下煤矿抽采及安全输送时的人员定位及网络通讯系统。

背景技术

在我国由于各个煤矿的地质条件的不同，煤层气（瓦斯）的瓦斯含量是动态变化的，浓度在0.5%-80%之间变化，而浓度进入5%-16%之间时就进入了瓦斯的爆炸范围，这样就存在重大的爆炸隐患。 一般的中小型矿井由于缺乏井上、井下必备的信息传输设备及安全通讯网路，所以在出现灾变时井上人员无法在第一时间及时的将逃生路线和救援信息传递到每名井下作业人员手上，造成井下作业人员出现灾变后慌忙逃生，井上指挥中心无法锁定人员位置、矿井和每个采掘面的受灾状况无法反馈至指挥中心。现有的人员定位和网络通讯系统相关产品市场上虽有销售，但存在以下缺陷：1、产品仅具有定位功能，无法接受井上的实时数据；2、仅针对井下指挥及领导人员，一般作业者仍然无法从根本上保证其人身安全；3、在通讯时一般采用语音信号传递，但是煤矿井下情况较为复杂，特别是发生矿难之后，仅靠语音方式进行信息的传递很难实现被困人员的安全撤离。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种具有定位功能同时能够将井上的指令特别是发生矿难时的逃生指令以文字的形式发送至井下每个工作人员，确保人员安全的基于zigbee的煤矿井下人员定位及信息传送系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该基于zigbee的煤矿井下人员定位及信息传送系统，包括设置在井上的监控主机以及信号转换模块，信号转换模块与监控主机的通讯接口相连，其特征在于：在井下巷道内均布有多个用于传递信息以及实现语音文字信息转换的信号转换基站，各信号转换基站通过zigbee无线信号与井下人员随身携带的便携式收发装置实现通讯。

所述的信号转换基站包括第一存储模块、第一微处理器、zigbee通讯模块、语音处理模块、字库模块以及第一无线接收模块，第一无线接收模块与第一微处理器相连，第一微处理器与zigbee通讯模块相连，第一微处理器与第一存储模块、语音处理模块以及字库模块互连，zigbee通讯模块同时与语音处理模块相连。

所述的便携式收发装置包括：第二微处理器、第二无线接收模块、定位模块、按键以及第一存储模块，按键以及第二无线接收模块与第二微处理器相连，第二微处理器与显示模块以及定位模块相连，微处理器与第一存储模块互连。

所述的监控主机同时连接有监控屏幕。

所述的zigbee通讯模块型号为CC2430。

所述的语音处理模块型号为AMBE-1000。

与现有技术相比，本发明的所具有的有益效果是：

本发明的基于zigbee的煤矿井下人员定位及信息传送系统所具有的有益效果是：具有现有技术中的人员定位功能，同时能将井上的语音指令在井下转换为文字信息，能够从根本上解决由于井下复杂喧闹的环境而造成的语音信号传递受阻的缺陷，特别是在发生矿难时，井上人员能够通过监控主机以及监控屏幕上准确判断井下人员的位置以及最佳的逃生路线，并能够将逃生路线准确的发至每个井下人员的便携式收发装置上，避免了由于情况紧急而造成的错过最佳逃生路线和逃生时机情况的发生，确保了逃生的有序性，从而使每个井下人员的人身安全得到更加有力的保障。

附图说明

图1为基于zigbee的煤矿井下人员定位及信息传送系统结构示意图。

图2为基于zigbee的煤矿井下人员定位及信息传送系统结构方框图。

图3为基于zigbee的煤矿井下人员定位及信息传送系统信号转换基站原理方框图。

图4为基于zigbee的煤矿井下人员定位及信息传送系统便携式收发装置原理方框图。

其中：1、监控屏幕  2、监控主机  3、信号转换模块  4、巷道  5、信号转换基站。

具体实施方式

图1~4是本发明的最佳实施例，下面结合附图1~4对本发明做进一步说明。

如图1所示，本发明的基于zigbee的煤矿井下人员定位及信息传送系统包括设置在巷道4内的多个信号转换基站5，身上携带有便携式收发装置（图中未画出）的井下人员在巷道4内行走时，可以通过便携式收发装置以及信号转换基站5的通讯实现人员的定位，同时可以通过信号转换基站5接收来自井上的指令和信息。井下巷道4内的多个信号转换基站5之间基于zigbee无线通讯技术互连。 通过多个信号转换基站5之间的无线通讯，可以将井下的信号传递至井上，zigbee信号传递至井上之后由信号转换模块3接收，由信号转换模块3转换成有线信号，并通过通讯接口与监控主机2相连，与监控主机2之间实现信息的互传。监控主机2同时与监控屏幕1相连，可以将井下的实时动态在监控屏幕1上进行显示。

若井下的巷道4相对笔直且无遮挡，则信号转换基站5均布设置在该巷道4内。若巷道4内有遮挡，则需要增加信号转换基站5的布设密度，以保证信号的传递。若在巷道4内出现转弯或分支，则在转弯及分支处需增设信号转换基站5。在井下通往井上的通道内同时应设置多个信号转换基站5，从而保证井下各处的实时信息均可通过zigbee无线网络传递至井上，实现了井上、井下的通讯无死角。通过zigbee无线传输可以将井下所有井下人员的位置状况实时反映到井上并通过监控屏幕1进行显示，同时井上的人员可以将语音指令通过无线传递至井下，并在信号转换基站5内完成语音和文字的转换，并在井下人员随身携带的便携式无线收发装置上进行显示。

如图2所示的本发明的基于zigbee的煤矿井下人员定位及信息传送系统的结构方框图，包括将依次互连的监控主机2、信号转换模块3、信号转换基站5以及便携式无线收发装置。监控主机2和信号转换模块3通过监控主机2的通讯接口实现互连，信号转换模块3用于实现zigbee无线信号和有线信号的转换，信号转换模块3与信号转换基站5之间通过zigbee无线信号实现互联，信号转换基站5以及井下人员随身携带的便携式无线收发装置同样通过zigbee无线信号与信号转换基站5相连。在监控主机2、通讯接口、信号转换模块3、信号转换基站5以及便携式无线收发装置之间存在有两条单向的信息传输线路：定位信息传输线路以及语音信息传输线路。定位信息传输线路由向井上传递，井下人员随身携带的便携式无线收发装置实时的向外发出定位信号，与井下人员相邻近的信号转换基站5接收到便携式无线收发装置发出的定位信号之后，将定位信号继续向相邻的信号转换基站5发送，直至传递至井上，设置在井上的信号转换模块3接收到定位信号之后，将定位信号转换为有线信号，并通过通讯接口上传至上位机，经上位机处理后，在监控屏幕1上进行实时显示。通过信号转换模块3可实现RS-485或RS-232与zigbee信号之间的转换。

语音传输信号由井上向井下传输，井上人员将语音信号经监控主机2向外发送，语音信号经过通讯接口传递至信号转换模块，由信号转换模块将有线信号转换为无线信号之后经zigbee向井下传输。语音信号传送至信号转换基站5之后，在信号转换基站5内完成语音和文字的转换，并将文字信息下发至井下人员随身携带的便携式无线收发装置上进行显示。由于井下环境较为复杂，所以直接进行语音信号的传输往往无法起到预期的效果。特别是发生矿难时，井下环境更为喧闹复杂，井下人员往往会忽略来自井上的语音提示，而且由于人员的大量拥挤，往往错过了最佳的逃生路线及逃生时机。然而，井上人员通过监控屏幕1对最佳的逃生路线有更直观的认识，通过语音将逃生信息传递至井下，在井下通过文字的形式对逃生的路线进行传输，可以有序的安排井下人员进行疏散，从而提高了逃生的成功率。

如图3所示，信号转换基站包括：第一存储模块、第一微处理器、zigbee通讯模块、语音处理模块、字库模块以及第一无线接收模块。第一无线接收模块与第一微处理器相连，第一微处理器与zigbee通讯模块相连，第一微处理器与第一存储模块、语音处理模块以及字库模块互连，zigbee通讯模块同时与语音处理模块相连。在进行人员定位时，第一无线接收模块接收到便携式收发装置的定位信号之后，将定位信号传递至第一微处理器，经第一微处理器处理之后传递至zigbee通讯模块，由zigbee通讯模块向外继续发送，直至发送至井上。在进行语音信号的传递时，zigbee通讯模块接收到井上传递的语音信号之后，首先将语音信号送至语音处理模块运行处理，在语音处理模块内进行处理之后，将语音信号传递至第一微处理器，第一微处理器根据语音信号调取字库模块内的信息，与预存的字库信息进行匹配，匹配成功之后读取相应的文字信息，然后由第一微处理器将形成的文字信息发送至zigbee通讯模块，由zigbee通讯模块发送至每个井下人员的便携式收发装置内进行显示。在本发明中，zigbee通讯模块可用CC2430芯片实现，语音处理模块可用AMBE-1000芯片实现，第一微处理器可采用市售常见的单片机实现。

如图4所示，便携式无线收发装置包括：第二微处理器、第二无线接收模块、定位模块、按键以及第一存储模块。按键以及第二无线接收模块与第二微处理器相连，第二微处理器与显示模块以及定位模块相连，微处理器与第一存储模块互连。在进行人员定位时，第二位处理器控制定位模块定时向外发送定位信息，以实现人员的准确定位。在进行语音信号传递时，第二无线接收模块接收到来自信号转换基站发送的文字信息，将文字信息传送至第二位处理器，由第二位处理器继续发送至显示模块进行显示。当文字信息为多行时，可通过按键实现多行的切换。在便携式收发装置内同时设置有对整个便携式收发装置进行供电的充电电池。

具体工作过程及原理如下：当井下人员在巷道4内工作时，随身携带的便携式收发装置通过其内的定位模块不断向外发送定位信号，相邻近的信号转换基站5内的第一无线接收模块接收到定位信号之后，将定位信号传递至第一微处理器，经第一微处理器处理之后传递至zigbee通讯模块，由zigbee通讯模块向外继续发送，直至发送至井上，发送至井上之后，经信号转换模块3转换成有线信号，并经通讯接口传送至监控主机2内，通过监控主机2在监控屏幕1上进行显示。

当井上人员需要向井下人员传递讯息或井下发生矿难需要井上向井下发送逃生路线时，井上人员通过监控主机2上的话筒发出语音信号，语音信号经通讯接口传送至信号转换模块3，经信号转换模块3转换为无线信号，并通过zigbee无线信号向井下传送，当传送到信号转换基站5内后，信号转换基站5内的zigbee通讯模块接收到语音信号之后发送至语音处理模块，在语音处理模块内进行处理之后，将语音信号传递至第一微处理器，第一微处理器根据语音信号调取字库模块内的信息，与预存的字库信息进行匹配，匹配成功之后读取相应的文字信息，然后由第一微处理器将形成的文字信息发送至zigbee通讯模块，由zigbee通讯模块发送至井下人员随身携带的便携式收发装置，便携式收发装置内的第二无线接收模块接收到文字信息之后，经第二微处理器处理后通过显示模块进行显示。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (6)

1.基于zigbee的煤矿井下人员定位及信息传送系统，包括设置在井上的监控主机（2）以及信号转换模块（3），信号转换模块（3）与监控主机（2）的通讯接口相连，其特征在于：在井下巷道（4）内均布有多个用于传递信息以及实现语音文字信息转换的信号转换基站（5），各信号转换基站（5）通过zigbee无线信号与井下人员随身携带的便携式收发装置实现通讯。

2.根据权利要求1所述的基于zigbee的煤矿井下人员定位及信息传送系统，其特征在于：所述的信号转换基站（5）包括第一存储模块、第一微处理器、zigbee通讯模块、语音处理模块、字库模块以及第一无线接收模块，第一无线接收模块与第一微处理器相连，第一微处理器与zigbee通讯模块相连，第一微处理器与第一存储模块、语音处理模块以及字库模块互连，zigbee通讯模块同时与语音处理模块相连。

3.根据权利要求1所述的基于zigbee的煤矿井下人员定位及信息传送系统，其特征在于：所述的便携式收发装置包括：第二微处理器、第二无线接收模块、定位模块、按键以及第一存储模块，按键以及第二无线接收模块与第二微处理器相连，第二微处理器与显示模块以及定位模块相连，微处理器与第一存储模块互连。

4. 根据权利要求1所述的基于zigbee的煤矿井下人员定位及信息传送系统，其特征在于：所述的监控主机（2）同时连接有监控屏幕（1）。

5. 根据权利要求2所述的基于zigbee的煤矿井下人员定位及信息传送系统，其特征在于：所述的zigbee通讯模块型号为CC2430。

6.根据权利要求2所述的基于zigbee的煤矿井下人员定位及信息传送系统，其特征在于：所述的语音处理模块型号为AMBE-1000。

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