CN110619697A - 基于低频触发的入井唯一性检测装置及检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于低频触发的入井唯一性检测装置及检测方法，包括RF控制器、控制计算机、RF低频触发器、虹膜识别机、闸机、显示牌及语音广播，当人员靠近虹膜识别机时，随身携带的发射卡即被激活，并被RF控制器收到，开始扫描虹膜，比对成功后，将人员信息发送给RF控制器，由RF控制器结合收到的射频信息分别发送控制命令给闸机、显示牌和语音广播。本发明解决了目前煤矿入井唯一性检测信号接收距离难以控制和通行速度慢的问题，解决了人员定位替代卡、多带卡和未带卡入井问题，设计了RF控制器和RF低频触发器，射频接收距离控制在1米以内，解决了目前煤矿人员排队入井时射频误收问题，单人通行时间控制在2秒以内，提高了入井通行速度。
Description
技术领域：
本发明涉及矿山信息技术领域，尤其涉及一种基于低频触发的入井唯一性检测装置及检测方法。
背景技术：
根据《煤矿井下安全避险“六大系统”建设完善基本规范》和《煤矿井下作业人员管理系统通用技术条件》(AQ6210-2007)的要求，所有煤矿下井人员必须携带并且只能携带一张与自己身份匹配的发射卡，各个煤矿井口应设置检测发射卡工作是否正常的唯一性检测装置。
煤矿入井唯一性检测面临的主要问题有两点：一、下井人员排队时，如何保证后面人携带的发射卡信号不被误收，即如何控制接收距离；二、如何快速识别通过。
在解决接收距离问题上，目前煤矿唯一性检测采用的方法主要有以下三种：一、井口安装无源卡刷卡设备，在发射卡中加装无源卡，通过绑定无源卡和发射卡来实现带卡唯一性检测，该方法的缺点是需要人为刷卡，因为发射卡通常固定在灯绳或腰带上，刷卡时需要侧腰或转身，给工人带来不便；二、通过Zigbee射频功率调节来控制接收距离，但是因为发射卡本身信号强度存在差异，该方法误差较大；三、利用安检通道来屏蔽信号，该方法可以屏蔽通道外的射频，但是成本高，施工难度较大。
中煤科工集团重庆研究院的黄倩发表的“矿用唯一性检测装置的结构设计”(《煤矿机械》，2016(5)：120－121)设计了唯一性检测门，但该种方式检测卡时需要关闭识别门来屏蔽信号，对出入井通行要求较高，多人下井时通行效率较低。
唯一性检测的通行速度主要取决于射频接收时延。煤矿人员定位使用的发射卡均为电池供电，限于功耗要求发射卡的发送周期一般设计在1～3.5秒之间，这样当射频信号发出时，就存在多达几秒的延迟，影响了唯一性检测的速度。
专利申请号201710589974.1公开了一种基于RSSI的煤矿唯一性检测装置及方法，该方法通过计算多路的RSSI加权平均滤波值来判断发射卡是否位于金属门内，但因发射卡的发射周期较长，导致识别时间不低于3秒。
发明内容：
本发明设计了RF控制器和RF低频触发器，射频接收距离可调，并能控制在1米以内，解决了目前煤矿人员排队入井时射频误收问题；通过低频触发技术解决了因发射卡发射周期长导致的时延问题；通过RF控制器直接控制闸机，不需要经过上位机软件，缩短了放行时间。
本发明提供一种基于低频触发的入井唯一性检测装置，包括RF控制器、控制计算机、RF低频触发器、虹膜识别机、闸机、显示牌及语音广播；
所述控制计算机用于安装上位机软件，并实现通讯及数据交互；
所述RF控制器与控制计算机连接，用于接收入井人员所携带发射卡的卡号信息；
所述RF低频触发器与RF控制器连接，用于激活低频信号覆盖范围内的发射卡，并将位置信息发给发射卡；
所述虹膜识别机与RF控制器连接，用于识别比对入井人员的虹膜信息，并将比对结果发送给RF控制器；
所述闸机与RF控制器连接，用于限制或放行入井人员；
所述显示牌及语音广播分别与RF控制器连接，用于显示、播报当前入井人员信息、缺电信息及报警信息。
在本发明一较佳实施例中，单条入井通道内均设置有一组RF低频触发器、虹膜识别机、闸机、显示牌及语音广播，RF控制器与多条通道实现数据交互，从而便于集中管理。
作为优选，所述虹膜识别机、RF低频触发器安装在入井通道的前段，所述闸机安装在入井通道的后段，所述显示牌和语音广播安装在闸机上方，所述RF控制器安装在井口30米内无信号遮挡的区域。
另外，所述RF控制器内置2.4GHz接收模块；所述RF控制器通过RS485总线与RF低频触发器、显示牌及语音广播连接；所述RF控制器通过UDP协议与虹膜识别机连接；所述RF控制器通过开关量(即高低电频脉冲信号)与闸机连接。
本发明还提供了一种上述基于低频触发的入井唯一性检测装置的检测方法，包括：
人员下井时首先经过虹膜识别机和RF低频触发器，当人员靠近虹膜识别机时，随身携带的发射卡即被激活，并被RF控制器收到；
然后开始扫描虹膜，虹膜识别机比对成功后，将人员信息发送给RF控制器，由RF控制器结合收到的射频信息分别发送控制命令给闸机、显示牌和语音广播。
需要说明的是，只有虹膜识别成功后，RF控制器才进行唯一性的判断；当没收到射频码时，则判定为未带卡，并发送未带卡报警；当收到射频码，但和本人身份不匹配时，则判定为替代卡，并发送报警替代卡；当收到多个射频码时，则判定为多带卡，并发送多带卡报警。
本发明具有以下积极的效果：
(1)本发明解决了目前煤矿入井唯一性检测信号接收距离难以控制和通行速度慢的问题，解决了人员定位替代卡、多带卡和未带卡入井问题，设计了RF控制器和RF低频触发器，射频接收距离控制在1米以内，解决了目前煤矿人员排队入井时射频误收问题，单人通行时间控制在2秒以内，提高了入井通行速度；
(2)采用低频信号控制接收距离，其效果是解决2.4G信号接收距离难以精确控制的问题，现有唯一性检测系统屏蔽通道等方式造价高、工程难度大；
(3)采用低频触发技术，2.4G信号在低频触发期间持续发送，其效果是解决了发射卡因发射周期长导致的接收时间长问题；
(4)通过RF控制器直接控制闸机，其效果是不需要经过上位机，实现了开闸的低时延；
(5)发射卡采用双频，高频信号通过低频唤醒，其效果是发射卡在没有低频触发之前2.4G芯片处于休眠状态，低频触发后才开始发射2.4G信号，降低了功耗，电池使用寿命提高2倍以上。
附图说明：
图1为本发明的基于低频触发的入井唯一性检测装置的结构示意图；
图2为本发明的基于低频触发的入井唯一性检测装置的工作过程示意图；
图3为本发明的基于低频触发的入井唯一性检测装置的检测方法的流程图；
图4为本发明的发射卡与RF控制器、RF低频触发器的原理图；
图5为本发明的发射卡的原理图。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易被本领域人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
如图1所示，一种基于低频触发的入井唯一性检测装置，包括RF控制器1、控制计算机4、RF低频触发器2、虹膜识别机3、闸机7、显示牌5及语音广播6。系统最大支持4路通道，进入通道时，首先完成射频接收，然后开始生物识别，最后由RF控制器1控制闸机7、显示牌5和语音广播6。
各部件的安装位置如下：对于单通道而言，虹膜识别机3和RF低频触发器2安装在一起，安装在通道的前段；闸机7安装在入井通道的后段，显示牌5和语音广播6安装在闸机7上方；RF控制器1安装在井口30米内无信号遮挡的区域。
RF控制器1，内置2.4GHz接收模块，接收入井人员所携带发射卡的卡号信息，结合虹膜识别结果控制闸机是否放行，并将人员信息发给显示牌和语音广播；
RF低频触发器2，激活低频信号覆盖范围内的发射卡，并将通道编码等信息发给发射卡；
虹膜识别机3，识别比对入井人员的虹膜信息，并将比对结果发送给RF控制器；
控制计算机4，用于安装上位机软件，和RF控制器进行通讯，并将数据存入数据库；
显示牌5，显示入井人员的基本信息、缺电信息、报警信息；
语音广播6，播报当前入井人员信息、缺电信息、报警信息；
闸机7，限制或放行入井人员。
该基于低频触发的入井唯一性检测装置的工作过程如图2所示：人员下井时首先经过虹膜识别机3和RF低频触发器2，当人员靠近虹膜识别机3时，随身携带的发射卡8即被激活，并被RF控制器1收到，然后人员开始扫描虹膜，虹膜识别机3比对成功后，将人员信息发送给RF控制器1，最后由RF控制器1结合收到的射频信息分别发送控制命令给闸机7、显示牌5和语音广播6。
本装置的工作流程如3所示，只有虹膜识别成功后，RF控制器1才进行唯一性的判断，当没收到射频码时，则判定为未带卡，并发送未带卡报警；当收到射频码，但和本人身份不匹配时，则判定为替代卡，并发送报警替代卡；当收到多个射频码时，则判定为多带卡，并发送多带卡报警。
如图4所示，发射卡同时采用高频2.4GHz和低频125KHz两个发射频率，利用2.4GHz进行数据的交互和传输，通过125KHz实现信号接收距离的精确控制。发射卡进入低频触发器125KHz信号覆盖范围内，会接收到RF低频触发器发出的信号，该信号包含RF低频触发器的位置编码，用来确定是哪个通道入口。在低频触发后，125KHz低频芯片立刻唤醒2.4GHz芯片，由2.4GHz芯片和RF控制器进行数据通信。在整个触发周期内，发射卡一直处于发送状态，从而保证2.4GHz信号接收的快速即时。
如图5所示，发射卡的低频天线采用二维设计，保证了发射卡在不同角度接收低频信号的可靠性。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种基于低频触发的入井唯一性检测装置，其特征在于：包括RF控制器、控制计算机、RF低频触发器、虹膜识别机、闸机、显示牌及语音广播；
所述控制计算机用于安装上位机软件，并实现通讯及数据交互；
所述RF控制器与控制计算机连接，用于接收入井人员所携带发射卡的卡号信息；
所述RF低频触发器与RF控制器连接，用于激活低频信号覆盖范围内的发射卡，并将位置信息发给发射卡；
所述虹膜识别机与RF控制器连接，用于识别比对入井人员的虹膜信息，并将比对结果发送给RF控制器；
所述闸机与RF控制器连接，用于限制或放行入井人员；
所述显示牌及语音广播分别与RF控制器连接，用于显示、播报当前入井人员信息、缺电信息及报警信息。
2.根据权利要求1所述的基于低频触发的入井唯一性检测装置，其特征在于：单条入井通道内均设置有一组RF低频触发器、虹膜识别机、闸机、显示牌及语音广播，RF控制器与多条通道实现数据交互。
3.根据权利要求2所述的基于低频触发的入井唯一性检测装置，其特征在于：所述虹膜识别机、RF低频触发器安装在入井通道的前段，所述闸机安装在入井通道的后段，所述显示牌和语音广播安装在闸机上方，所述RF控制器安装在井口30米内无信号遮挡的区域。
4.根据权利要求2所述的基于低频触发的入井唯一性检测装置，其特征在于：所述RF控制器内置2.4GHz接收模块。
5.根据权利要求2所述的基于低频触发的入井唯一性检测装置，其特征在于：所述RF控制器通过RS485总线与RF低频触发器、显示牌及语音广播连接。
6.根据权利要求2所述的基于低频触发的入井唯一性检测装置，其特征在于：所述RF控制器通过UDP协议与虹膜识别机连接。
7.根据权利要求2所述的基于低频触发的入井唯一性检测装置，其特征在于：所述RF控制器通过开关量与闸机连接。
8.一种如权利要求1-7任一项所述的基于低频触发的入井唯一性检测装置的检测方法，其特征在于，包括：
人员下井时首先经过虹膜识别机和RF低频触发器，当人员靠近虹膜识别机时，随身携带的发射卡即被激活，并被RF控制器收到；
然后开始扫描虹膜，虹膜识别机比对成功后，将人员信息发送给RF控制器，由RF控制器结合收到的射频信息分别发送控制命令给闸机、显示牌和语音广播。
9.根据权利要求8所述的基于低频触发的入井唯一性检测装置的检测方法，其特征在于：只有虹膜识别成功后，RF控制器才进行唯一性的判断；当没收到射频码时，则判定为未带卡，并发送未带卡报警；当收到射频码，但和本人身份不匹配时，则判定为替代卡，并发送报警替代卡；当收到多个射频码时，则判定为多带卡，并发送多带卡报警。
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