CN109195108A - 煤矿综采工作面人员精确定位系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种煤矿综采工作面人员精确定位系统，包括设置在井上相互通讯连接的监控主机、交换机，设置在井下巷道内、井口位置处和综采工作面的多个ZigBee读写器，以及装配在井下工作人员身上的定位卡；所述交换机通过RS232通信电缆与每个所述ZigBee读写器通讯连接，从而组成ZigBee通信网络，即井下人员定位网络。本发明与现有的人员定位系统比较，定位精确、续航时间长、成本低（见表1）；同时，定位卡体积小、操作方便。
Description
技术领域
本发明涉及人员定位系统，尤其是涉及煤矿综采工作面人员精确定位系统。
背景技术
随着煤矿井下作业监控和煤矿安全生产要求的不断提高，对煤矿危险监测、应急救援、井下考勤、设备跟踪等的要求也越来越高。因此，对煤矿综采工作面人员定位是保证实现上述煤矿安全生产要求的前提。目前，传统的人员定位识别系统有：一、基于RFID技术（Radio Frequency Identification，无线射频识别）的人员定位系统；二、基于WI-FI技术（WIreless-Fidelity；无线宽带）的人员定位系统；三、基于UWB技术（Ultra Wideband；无载通信技术）的人员定位系统。
基于RFID技术的人员定位系统存在的不足是：1、技术成熟度不够：由于超高频RFID电子标签具有反向反射性特点，使得其在金属、液体等商品中应用比较困难。2、成本高：RFID电子标签相对于普通条码标签价格较高，为普通条码标签的几十倍。3、安全性不够强：RFID技术面临的安全性问题主要表现为RFID电子标签信息被非法读取和恶意篡改。4、技术标准不统一：RFID技术目前还没有形成统一的标准，而且市场上多种标准并存，致使不同企业产品的RFID标签互不兼容，进而在一定程度上造成RFID技术的应用的混乱。
基于WI-FI技术的人员定位系统存在的不足是：1、安全性非常低，产品的无线稳定性也比较差，用户体验度不好。2、功耗高。3、组网能力低，扩展空间受限制，WIFI网络的实际规模一般不超过16个设备。
基于UWB技术的人员定位系统存在的不足是：1、成本高：在定位基站和定位标签的价格上，UWB基本是在10倍以上的价格差距。2、研发难度高，投入大：UWB定位技术目前基本都是采用DW1000的芯片，实际上这个芯片集成的算法很少，就是发个脉冲信号，主要的定位算法都是需要做定位的集成厂商来自己研究和优化，导致开发的难度高，投入的人力大，而且定位的偶然性误差会较大。3、精度难以保证：UWB所需要的频段我国分配是从6G-9G，这么高的频段，脉冲的穿透性不好，因此UWB定位的要求是无遮挡是最优的，如果有背对着定位基站等情况发生，精度就会下降。4、发射功率低：UWB定位的频段的频率过高，而且发射功率的要求过于严格，是-40db；在很低的发射功率的情况下，发射距离一般小于100米。
通过上述分析可知，上述三种人员定位系统不适于对煤矿综采工作面的人员定位。
发明内容
本发明目的在于提供一种煤矿综采工作面人员精确定位系统。
为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：
本发明所述的煤矿综采工作面人员精确定位系统，包括设置在井上相互通讯连接的监控主机、交换机，设置在井下巷道内、井口位置处和综采工作面的多个ZigBee读写器，以及装配在井下工作人员身上的定位卡；所述交换机通过RS232通信电缆与每个所述ZigBee读写器通讯连接，从而组成ZigBee通信网络，即井下人员定位网络。
布置在所述综采工作面的多个所述ZigBee读写器的间隔距离为50 m；布置在所述井下巷道内的多个ZigBee读写器的间隔距离为200 m。
所述定位卡包括主控单片机、Zigbee模块、电源模块；所述主控单片机的信号输出端与所述Zigbee模块的信号输入端连接，主控单片机的输出控制端连接有电量指示灯，主控单片机的报警信号输入端连接有报警按键；所述电源模块的输出端分别与主控单片机和Zigbee模块的电源输入端连接，电源模块的输入端通过电池保护模块与蓄电池连接。
所述电量指示灯由三色LED灯和信息发送成功灯组成，通过三色LED灯显示蓄电池电量，每秒显示1次；信息发送成功灯收到所述主控单片机发送的ACK确认信息后闪烁一次。
本发明与现有的人员定位系统比较，定位精确、续航时间长、成本低（见表1）；同时，定位卡体积小、操作方便。
表1
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明所述的定位卡电路结构框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
如图1、2所示，本发明所述的煤矿综采工作面人员精确定位系统，包括设置在井上相互通讯连接的监控主机1、交换机2，设置在井下巷道3内、井口4位置处和综采工作面5的多个ZigBee读写器6，以及装配在井下工作人员身上的定位卡；交换机2通过RS232通信电缆7与每个ZigBee读写器6通讯连接，从而组成ZigBee通信网络，即井下人员定位网络。
布置在综采工作面5的多个ZigBee读写器6的间隔距离为50 m；布置在井下巷道3内的多个ZigBee读写器6的间隔距离为200 m。
如图2所示，定位卡包括主控单片机（STM32F103R8）、Zigbee模块、电源模块（TPS62046DGQ芯片）；主控单片机的信号输出端与Zigbee模块（ZM5161P1-2C）的信号输入端连接，主控单片机的输出控制端连接有电量指示灯，主控单片机的报警信号输入端连接有报警按键；电源模块的输出端分别与主控单片机和Zigbee模块的电源输入端连接，电源模块的输入端通过电池保护模块与蓄电池连接。电量指示灯由三色LED灯和信息发送成功灯组成，通过三色LED灯显示蓄电池电量，每秒显示1次；信息发送成功灯收到主控单片机发送的ACK确认信息后闪烁一次。采用LM4132A-2.0作为参考基准源，输出基准电压为2.048V，精度可以达到0.05%，温漂系数10-20ppm/℃。主控单片机的ADC采样电压为此基准，参考电压为电池电压；通过固定采样点电压而反推电池电压。
本发明工作时，通过ZigBee读写器6实现井下无线信号全覆盖，工作人员佩带定位卡，定位卡不断向ZigBee读写器6发送无线信息，ZigBee读写器6将接收到的无线信息上传到交换机2，交换机2上传到监控主机1，监控主机1根据系统软件对定位卡的信息分析，计算出定位卡的实时位置并在监控主机1的显示屏上显示，从而实现人员精确定位。
监控主机的作用：
1、实现实时监控：地图实时监控包括人员显示和设备显示；人员显示内容包括区域名称、人员数量等；设备显示时显示出监控区所有设备的情况。
2、人员信息管理：包括出入井下人员基本信息登记、发卡登记等。
3、人员查询：人员信息查询、人员轨迹查询。
4、地图监控：显示所有人员分布情况和设备分布情况。在人员显示时以人员图标加姓名的方式进行显示，点击人员图标可进一步查看详细信息和轨迹。设备显示时可查看设备信息、链路、人员列表等。
5、区域报警：当人员进入某些危险区域时，系统就会产生报警。
6、一键求救报警：井下人员通过报警按键一件报警求救（SOS）。
7、人员历史轨迹查询回放：系统具有人员历史轨迹查询功能，有两种显示方式，一种是列表显示该人员在查询时间段内所经过的区域，另一种是对该人员进行历史轨迹回放，当点击该人员的历史轨迹回放后，地图上显示该人员图标并自动描绘出轨迹路线。
8、设备低电、故障管理功能：包括定位卡低电、定位卡故障、ZigBee读写器故障管理功能。
9、统计分析：包括：发卡统计、区域出入统计等。
10、用户管理：用户管理，可设置系统管理员用户和监控用户，系统管理员可进行设备、区域等操作设置，监控用户只可进行相关信息查看，不可对相关设置进行修改。
11、可拓展功能：如报警急救信息集成、视频联动、虚拟电子围栏报警、人员巡更与考勤系统、短信互动推送等需求功能。
Claims (4)
1.一种煤矿综采工作面人员精确定位系统，其特征在于：包括设置在井上相互通讯连接的监控主机、交换机，设置在井下巷道内、井口位置处和综采工作面的多个ZigBee读写器，以及装配在井下工作人员身上的定位卡；所述交换机通过RS232通信电缆与每个所述ZigBee读写器通讯连接，从而组成ZigBee通信网络，即井下人员定位网络。
2.根据权利要求1所述的煤矿综采工作面人员精确定位系统，其特征在于：布置在所述综采工作面的多个所述ZigBee读写器的间隔距离为50 m；布置在所述井下巷道内的多个ZigBee读写器的间隔距离为200 m。
3.根据权利要求1或2所述的煤矿综采工作面人员精确定位系统，其特征在于：所述定位卡包括主控单片机、Zigbee模块、电源模块；所述主控单片机的信号输出端与所述Zigbee模块的信号输入端连接，主控单片机的输出控制端连接有电量指示灯，主控单片机的报警信号输入端连接有报警按键；所述电源模块的输出端分别与主控单片机和Zigbee模块的电源输入端连接，电源模块的输入端通过电池保护模块与蓄电池连接。
4.根据权利要求3所述的煤矿综采工作面人员精确定位系统，其特征在于：所述电量指示灯由三色LED灯和信息发送成功灯组成，通过三色LED灯显示蓄电池电量，每秒显示1次；信息发送成功灯收到所述主控单片机发送的ACK确认信息后闪烁一次。
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