CN110996311B - 低功耗矿井人员定位识别卡及定位识别方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低功耗矿井人员定位识别卡及定位识别方法，低功耗矿井人员定位识别卡，包括无线射频芯片P1、单片机U2、紧急按钮S1、报警单元、晶振芯片Y1、电容C8、电阻R3、电阻R4、发光二极管D3，单片机U2的型号为MSP430F2012，无线射频芯片P1的型号为TICC2500，本发明在井下工作人员无需主动配合的情况下，动态获知井下人员实时位置，且通过低功耗、无线通信碰撞避让技术，实现高可靠率定位工作。当按动紧急按钮，识别卡的指示灯会闪烁，并且发送带紧急报警标志的数据包求救。当地面有呼叫本卡的指令时，识别卡的指示灯会闪烁、振动通知井下人员，实现寻人。
Description
技术领域
本发明涉及一种低功耗矿井人员定位识别卡及定位识别方法，属于无线通信技术领域。
背景技术
矿井人员定位是矿井人员实时管理体系中的一个重要组成部分，近年来矿井人员定位得到了广泛的应用。人员定位可以通过地面软件实时的观测到矿井工作人员在矿井里的相对位置情况，可以给管理人员现场工作管理提供一目了然的定位位置界面，地面调度可以根据环境安全监控系统给出的各位置传感器数据，通知相关地点的人员注意工作安全，对矿井安全生产起到非常大的作用。现有技术的人员定位方式主要有非接触RFID卡、摄像头人脸影像捕捉识别、虹膜考勤、人脸考勤等方式，这些方式都需要人员去主动配合完成，使用不便，也会造成检测数据不完整。近来，利用无线射频芯片制作人员定位识别卡，由定位识别卡读卡基站接收定位识别卡发射的无线信号，对人员定位识别的技术逐渐发展及应用，使井下工作人员在无需主动配合的情况下，也能进行定位。但是，在一个定位识别卡读卡基站附近有数量巨大的定位识别卡同时发出无线射频信号时，易造成无线通信信道拥堵，多个无线通信信号碰撞的问题发生，从而使得定位识别信号数据丢失、错乱，甚至定位识别系统瘫痪，危及井下安全。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低功耗矿井人员定位识别卡及定位识别方法，在井下工作人员无需主动配合的情况下，动态获知井下人员实时位置，且通过低功耗、无线通信碰撞避让技术，实现高可靠率定位工作。
本发明的目的通过以下技术方案予以实现：
一种低功耗矿井人员定位识别卡，包括无线射频芯片P1、单片机U2、紧急按钮S1、报警单元、晶振芯片Y1、电容C8、电阻R3、电阻R4、发光二极管D3，单片机U2的型号为MSP430F2012，无线射频芯片P1的型号为TICC2500，所述单片机U2的VCC脚接电源3V，电容C8一端接电源3V，另一端接地，单片机U2的VSS脚接地，晶振芯片Y1两端接于单片机U2的P2.6与P2.7之间，发光二极管D3的阳极接电源3V，发光二极管D3的阴极经电阻R3接单片机U2的P1.0脚，单片机U2的P1.1脚接二极管D3的阴极，电阻R4的一端接电源3V，另一端接单片机U2的P1.2脚，紧急按钮S1的一端接地，另一端接单片机U2的P1.2脚，无线射频芯片P1的1脚接电源3V，无线射频芯片P1的2脚接单片机U2的P1.6脚，无线射频芯片P1的3脚接单片机U2的P1.5脚，无线射频芯片P1的4脚接单片机U2的P1.7脚，无线射频芯片P1的8脚接单片机U2的P1.3脚，无线射频芯片P1的6脚接地；单片机U2的P1.4脚接报警单元。
一种低功耗矿井人员定位识别卡的定位识别方法，包含下列步骤：
(1)初始化定位识别卡，读取本定位识别卡的ID,本机ID分两个字节：IDH IDL，IDH代表ID编号的高字节，IDL代表ID编号的低字节；通过定时设置打开无线定位基站侦听功能，其余时刻设置定位识别卡的芯片为休眠方式，设定为1秒整机休眠，使设备耗电达到最低，1秒时间到，定位识别卡系统醒来2毫秒时间，侦听有无无线定位基站在附近；
(2)无线定位基站是每2ms发送一个数据包，作为定位识别卡的信标指示，信标数据格式为：FF 7E XX X1 X2 CRCL CRCH，其中FF 7E是数据帧头，XX是基站的地址编号，CRCL，CRCH为数据包的CRC-16检验码，低字节在先，高字节在后，X1 X2两个字节为信标的时间信息，两个字节的整型数据，低位在前，高位在后，数据从0-1000，可以告知定位识别卡的目前时隙数据，以控制定位识别卡的应答，如果定位识别卡收到无线定位基站信号，根据无线定位基站信标数据包的信息，进行避让逻辑计算，计算方法为根据本定位识别卡ID的编号，结合当前无线定位基站的时隙数据，计算定位识别卡的继续休眠时间，时间到才开始发送本定位识别卡的信息给无线定位基站，计算公式为ABS((IDH*256+IDL)-(X2*256+X1))毫秒；
(3)如果检测到发送信道空闲，本定位识别卡立即发送ID信息报文给无线定位基站，ID信息报文格式为：FE 1D IDL IDH CRCL CRCH；
(4)发送成功后，定位识别卡设置所有耗电器件为休眠方式，并且如果下一周期检测到还在同一个无线定位基站附近，15秒之内不重复发送本定位识别卡的ID，达到节电的功能；
(5)当有紧急按钮按下后，定位识别卡判断是否为：1秒短按+停顿1秒+2秒长按的求救逻辑，如符合求救逻辑，则在需要上传的信息中加上求救状态位ID信息报文，格式为FE2D H1 H2 CRCL CRCH，供上位机解析；
(6)上位机下发的寻人指令发给定位识别卡，定位识别卡判断是否为本识别卡编号H1 H2，符合的就触发蜂鸣器，达到寻人目的。
本发明的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现：
前述低功耗矿井人员定位识别卡，报警单元包括发光二极管D4、电阻R5、电阻R7、电容CD1、三极管Q1、蜂鸣器ZDDJ1，所述电阻R7一端与单片机U2的P1.4脚相连，电阻R7另一端与三极管Q1的基极相连，三极管Q1的集电极接地，发光二极管D4的阳极接电源3V，发光二极管D4的阴极经电阻R5后接三极管Q1的发射极，电容CD1的一端接电源3V，另一端接三极管Q1的发射极，蜂鸣器ZDDJ1的1脚接电源3V，蜂鸣器ZDDJ1的2脚接三极管Q1的发射极。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
在井下工作人员无需主动配合的情况下，动态获知井下人员实时位置，且通过低功耗、无线通信碰撞避让技术，实现高可靠率定位工作。当按动紧急按钮，识别卡的指示灯会闪烁，并且发送带紧急报警标志的数据包求救。当地面有呼叫本卡的指令时，识别卡的指示灯会闪烁、振动通知井下人员，实现寻人。
附图说明
图1是本发明的单片机单元电路图；
图2是本发明的无线射频芯片单元电路图；
图3是本发明的报警单元电路图；
图4是本发明的定位识别方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
本发明的低功耗矿井人员定位识别卡，包括无线射频芯片P1、单片机U2、紧急按钮S1、报警单元、晶振芯片Y1、电容C8、电阻R3、电阻R4、发光二极管D3，单片机U2的型号为MSP430F2012，无线射频芯片P1的型号为TICC2500，如图1所示，所述单片机U2的VCC脚接电源3V，电容C8一端接电源3V，另一端接地，单片机U2的VSS脚接地，晶振芯片Y1两端接于单片机U2的P2.6与P2.7之间，发光二极管D3的阳极接电源3V，发光二极管D3的阴极经电阻R3接单片机U2的P1.0脚，单片机U2的P1.1脚接二极管D3的阴极，电阻R4的一端接电源3V，另一端接单片机U2的P1.2脚，紧急按钮S1的一端接地，另一端接单片机U2的P1.2脚，如图2所示，无线射频芯片P1的1脚接电源3V，无线射频芯片P1的2脚接单片机U2的P1.6脚，无线射频芯片P1的3脚接单片机U2的P1.5脚，无线射频芯片P1的4脚接单片机U2的P1.7脚，无线射频芯片P1的8脚接单片机U2的P1.3脚，无线射频芯片P1的6脚接地；单片机U2的P1.4脚接报警单元。如图3所示，报警单元包括发光二极管D4、电阻R5、电阻R7、电容CD1、三极管Q1、蜂鸣器ZDDJ1，所述电阻R7一端与单片机U2的P1.4脚相连，电阻R7另一端与三极管Q1的基极相连，三极管Q1的集电极接地，发光二极管D4的阳极接电源3V，发光二极管D4的阴极经电阻R5后接三极管Q1的发射极，电容CD1的一端接电源3V，另一端接三极管Q1的发射极，蜂鸣器ZDDJ1的1脚接电源3V，蜂鸣器ZDDJ1的2脚接三极管Q1的发射极。
本发明利用无线射频芯片制作人员定位识别卡，由定位识别卡读卡基站接收定位识别卡发射的无线信号，在井下工作人员无需主动配合的情况下，动态获知井下人员实时位置。当按动紧急按钮，识别卡的指示灯D3会闪烁，并且发送带紧急报警标志的数据包求救。当地面有呼叫本卡的指令时，识别卡报警单元的指示灯D4闪烁，蜂鸣器ZDDJ1振动以通知佩戴识别卡的井下人员，实现寻人。为了解决在一个定位识别卡读卡基站附近有数量巨大的定位识别卡同时发出无线射频信号时造成无线通信信道拥堵，多个无线通信信号碰撞的问题，本发明采用无线通信碰撞避让技术，且通过低功耗运行方式，实现高可靠率定位工作。
如图4所示，本发明低功耗矿井人员定位识别卡的定位识别方法具体如下：
(1)初始化定位识别卡，读取本定位识别卡的ID,本机ID分两个字节：IDH IDL，IDH代表ID编号的高字节，IDL代表ID编号的低字节；通过定时设置打开无线定位基站侦听功能，其余时刻设置定位识别卡的芯片为休眠方式，设定为1秒整机休眠，使设备耗电达到最低，1秒时间到，定位识别卡系统醒来2毫秒时间，侦听有无无线定位基站在附近；本发明将单片机编程1秒时间作为最低耗电休眠，只开启维持心跳的低速时钟，当1秒时间到，单片机激活后，初始化无线射频芯片工作，进入无线基站信号搜索模式，如接收到基站信号，则进入回答机制；如果没有收到则再次进入低功耗休眠模式，对整机耗电管理达到节电功能。
(2)无线定位基站是每2ms发送一个数据包，作为定位识别卡的信标指示，信标数据格式为：FF 7E XX X1 X2 CRCL CRCH，其中FF 7E是数据帧头，XX是基站的地址编号，CRCL，CRCH为数据包的CRC-16检验码，低字节在先，高字节在后，X1 X2两个字节为信标的时间信息，两个字节的整型数据，低位在前，高位在后，数据从0-1000，可以告知定位识别卡的目前时隙数据，以控制定位识别卡的应答，如果定位识别卡收到无线定位基站信号，根据无线定位基站信标数据包的信息，进行避让逻辑计算，计算方法为根据本定位识别卡ID的编号，结合当前无线定位基站的时隙数据，计算定位识别卡的继续休眠时间，时间到才开始发送本定位识别卡的信息给无线定位基站，计算公式为ABS((IDH*256+IDL)-(X2*256+X1))毫秒，ABS表示将运算结果取正数；
(3)如果检测到发送信道空闲，本定位识别卡立即发送ID信息报文给无线定位基站，ID信息报文格式为：FE 1D IDL IDH CRCL CRCH；
(4)发送成功后，定位识别卡设置所有耗电器件为休眠方式，并且如果下一周期检测到还在同一个无线定位基站附近，15秒之内不重复发送本定位识别卡的ID，达到节电的功能；
(5)当有紧急按钮按下后，定位识别卡判断是否为：1秒短按+停顿1秒+2秒长按的求救逻辑，如符合求救逻辑，则在需要上传的信息中加上求救状态位ID信息报文，格式为FE2D H1 H2 CRCL CRCH，供上位机解析；
(6)上位机下发的寻人指令发给定位识别卡，定位识别卡判断是否为本识别卡编号H1 H2，符合的就触发蜂鸣器，达到寻人目的。
(6)上位机下发的寻人指令发给定位识别卡，定位识别卡判断是否为本识别卡编号H1 H2，ID信息报文(格式为FE 1E H1 H2 CRCL CRCH)。符合特定要求的就触发蜂鸣器，达到寻人目的。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。
Claims (1)
1.一种低功耗矿井人员定位识别卡，其特征在于,包括无线射频芯片P1、单片机U2、紧急按钮S1、报警单元、晶振芯片Y1、电容C8、电阻R3、电阻R4、发光二极管D3，单片机U2的型号为MSP430F2012，无线射频芯片P1的型号为TICC2500，所述单片机U2的VCC脚接电源3V，电容C8一端接电源3V，另一端接地，单片机U2的VSS脚接地，晶振芯片Y1两端接于单片机U2的P2.6与P2.7之间，发光二极管D3的阳极接电源3V，发光二极管D3的阴极经电阻R3接单片机U2的P1.0脚，单片机U2的P1.1脚接二极管D3的阴极，电阻R4的一端接电源3V，另一端接单片机U2的P1.2脚，紧急按钮S1的一端接地，另一端接单片机U2的P1.2脚，无线射频芯片P1的1脚接电源3V，无线射频芯片P1的2脚接单片机U2的P1.6脚，无线射频芯片P1的3脚接单片机U2的P1.5脚，无线射频芯片P1的4脚接单片机U2的P1.7脚，无线射频芯片P1的8脚接单片机U2的P1.3脚，无线射频芯片P1的6脚接地；
报警单元包括发光二极管D4、电阻R5、电阻R7、电容CD1、三极管Q1、蜂鸣器ZDDJ1，所述电阻R7一端与单片机U2的P1.4脚相连，电阻R7另一端与三极管Q1的基极相连，三极管Q1的集电极接地，发光二极管D4的阳极接电源3V，发光二极管D4的阴极经电阻R5后接三极管Q1的发射极，电容CD1的一端接电源3V，另一端接三极管Q1的发射极，蜂鸣器ZDDJ1的1脚接电源3V，蜂鸣器ZDDJ1的2脚接三极管Q1的发射极；
低功耗矿井人员定位识别卡进行定位识别包含下列步骤：
1)初始化定位识别卡，读取本定位识别卡的ID,本机ID分两个字节：IDH IDL，IDH代表ID编号的高字节，IDL代表ID编号的低字节；通过定时设置打开无线定位基站侦听功能，其余时刻设置定位识别卡的芯片为休眠方式，设定为1秒整机休眠，使设备耗电达到最低，1秒时间到，定位识别卡系统醒来2毫秒时间，侦听有无无线定位基站在附近；
2)无线定位基站是每2ms发送一个数据包，作为定位识别卡的信标指示，信标数据格式为：FF 7E XX X1 X2 CRCL CRCH，其中FF 7E是数据帧头，XX是基站的地址编号，CRCL，CRCH为数据包的CRC-16检验码，低字节在先，高字节在后，X1 X2两个字节为信标的时间信息，两个字节的整型数据，低位在前，高位在后，数据从0-1000，可以告知定位识别卡的目前时隙数据，以控制定位识别卡的应答，如果定位识别卡收到无线定位基站信号，根据无线定位基站信标数据包的信息，进行避让逻辑计算，计算方法为根据本定位识别卡ID的编号，结合当前无线定位基站的时隙数据，计算定位识别卡的继续休眠时间，时间到才开始发送本定位识别卡的信息给无线定位基站，计算公式为ABS((IDH*256+IDL)-(X2*256+X1))毫秒；
3)如果检测到发送信道空闲，本定位识别卡立即发送ID信息报文给无线定位基站，ID信息报文格式为：FE 1D IDL IDH CRCL CRCH；
4)发送成功后，定位识别卡设置所有耗电器件为休眠方式，并且如果下一周期检测到还在同一个无线定位基站附近，15秒之内不重复发送本定位识别卡的ID，达到节电的功能；
5)当有紧急按钮按下后，定位识别卡判断是否为：1秒短按+停顿1秒+2秒长按的求救逻辑，如符合求救逻辑，则在需要上传的信息中加上求救状态位ID信息报文，格式为FE 2D H1H2 CRCL CRCH，供上位机解析；
6)上位机下发的寻人指令发给定位识别卡，定位识别卡判断是否为本识别卡编号H1H2，符合的就触发蜂鸣器，达到寻人目的。
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