CN113115212A

CN113115212A - 基于uwb矿井工作人员的管理系统

Info

Publication number: CN113115212A
Application number: CN202110493748.XA
Authority: CN
Inventors: 何炳辰; 吕易卓; 张彦琪; 刘畅; 赵润琪
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2021-05-07
Filing date: 2021-05-07
Publication date: 2021-07-13

Abstract

本发明公开了一种基于UWB矿井工作人员的管理系统，包含：基站系统；标签系统，标签系统与基站系统之间进行数据的收发，标签系统设置在工人安全帽上；上位机，上位机与基站系统之间进行数据的收发；后台监控报警系统，后台监控报警系统用于接收上位机发送的数据信号。本发明能够通过系统上位机实时了解每一个工人的具体的位置，以及工人是否进入危险区域，并对进入违规区域的工作人员及时进行提醒；工人自身的生命安全也能得到更好的保障，若工人遇到紧急情况或者危险时，工人可通过标签系统上的呼救按钮进行求救，及时得到救助；矿井发生事故时可以对受困人员精准定位，实施精准有效的救援。

Description

基于UWB矿井工作人员的管理系统

技术领域

本发明涉及室内定位救援管理一体领域，特别涉及一种基于UWB矿井工作人员的管理系统。

背景技术

现有技术中，通常使用红外线定位技术，定位精度相对较高，但它的传输距离不长，穿透性极差，也极易受灯光、烟雾等环境因素影响，使其布局复杂，成本提升。目前仅适用于实验室内对简单物体的轨迹精确定位记录以及室内自走机器人的位置定位。或者使用Wi-Fi定位技术，Wi-Fi定位技术具有便于扩展、可自动更新数据、成本低的优势，因此最先实现了规模化。但其易受到周围环境的影响，精度较低。目前被应用于对人或车的定位导航上，以及医疗机构、主题公园、工厂、商场等各种需要定位导航的场合。红外线定位技术和Wi-Fi定位技术都不适合室内定位救援管理，对此设计一种基于UWB矿井工作人员的管理系统。

发明内容

根据本发明实施例，提供了一种基于UWB矿井工作人员的管理系统，包含：

基站系统；

标签系统，标签系统与基站系统之间进行数据的收发，标签系统设置在工人安全帽上；

上位机，上位机与基站系统之间进行数据的收发；

后台监控报警系统，后台监控报警系统用于接收上位机发送的数据信号。

进一步，基站系统包括：

四个基站模块，四个基站模块分别设置在矿井的四点，四个基站模块均与标签系统之间进行数据的收发，四个基站模块中的一个与上位机之间进行数据的收发。

进一步，其中一个基站模块包括：

第一主控制单元；

第一UWB单元，第一UWB单元与第一主控制单元电性连接；

第一无线收发单元，第一无线收发单元与第一主控制单元电性连接，第一无线收发单元用于对第一主控制单元需要发送的信号数据的进行发送并且接收外界的信号数据输送给第一主控制单元。

进一步，标签系统包括：

第二主控制单元；

第二UWB单元，第二UWB单元与第二主控制单元电性连接；

第二无线收发单元，第二无线收发单元与第二主控制单元电性连接，第二无线收发单元用于对第二主控制单元需要发送的信号数据的进行发送并且接收外界的信号数据输送给第二主控制单元；

移动电源，移动电源与第二主控制单元电性连接；

蜂鸣器，蜂鸣器与第二主控制单元电性连接。

进一步，标签系统还包括：

呼救按钮，呼救按钮与第二主控制单元电性连接。

进一步，标签系统还包括：

电量监测单元，电量监测单元的一端与移动电源电性连接，电量监测单元的另一端与第二主控制单元电性连接。

根据本发明实施例的基于UWB矿井工作人员的管理系统，可以通过系统上位机实时了解每一个工人的具体的位置，以及工人是否进入危险区域，并对进入违规区域的工作人员及时进行提醒；工人自身的生命安全也能得到更好的保障，若工人遇到紧急情况或者危险时，工人可通过标签系统上的呼救按钮进行求救，及时得到救助；矿井发生事故时可以对受困人员精准定位，实施精准有效的救援。

要理解的是，前面的一般描述和下面的详细描述两者都是示例性的，并且意图在于提供要求保护的技术的进一步说明。

附图说明

图1为根据本发明实施例基于UWB矿井工作人员的管理系统的架构图。

图2为根据本发明实施例基于UWB矿井工作人员的管理系统的标签系统原理图。

图3为根据本发明实施例基于UWB矿井工作人员的管理系统的基站模块原理图。

具体实施方式

以下将结合附图，详细描述本发明的优选实施例，对本发明做进一步阐述。

首先，将结合图1~3描述根据本发明实施例的基于UWB矿井工作人员的管理系统，UWB（Ultra Wide Band，超宽带），用于室内定位救援管理。

如图1所示，本发明实施例的基于UWB矿井工作人员的管理系统，具有基站系统、标签系统、上位机和后台监控报警系统。

具体地，如图1所示，在本实施例中，标签系统与基站系统之间进行数据的收发，标签系统设置在工人安全帽上；上位机与基站系统之间进行数据的收发；后台监控报警系统用于接收上位机发送的数据信号。通过将标签系统设置在工人安全帽上，从而可以进行实时的传输坐标，通过通过基站系统与标签系统之间的短波通信，可以由基站系统将工人的坐标传输给上位机，上位机采用上行TDOA算法计算出标签的坐标，从而实现对标签系统的实时定位，进而对工人进行实时的定位，保证工人的安全性，在发生意外的时候可以进行实时的救援，后台监控报警系统用于进行后台报警处理，提示后台工作人员，及时对报警信息作出处理，保证工人安全。

进一步，如图1所示，基站系统包括：四个基站模块。在本实施例中，四个基站模块分别设置在矿井的四点，四个基站模块均与标签系统之间进行数据的收发，四个基站模块中的一个与上位机之间进行数据的收发，四个基站模块分别为基站1、基站2、基站3和基站 4，且进行数据输送的时候，四个基站模块的距离信息都汇总到基站1，然后基站1将定位信息发送给上位机，四个基站模块的具体坐标已知，对于四基站模块所在的空间，每一个点都能够通过定位算法计算出此点的坐标，有了每一个点的坐标之后，上位机就能构造出四个基站所在空间的一幅虚拟地图，在危险区域就可以设置电子围栏，一旦有标签系统进入此区域，上位机就会向基站1发出警告信息，基站1将警告信息发送给对应标签系统，对应标签系统的蜂鸣器就会发出响声，提醒工人已进入违规区域。从而在构建虚拟地图的基础上，实现电子围栏的建立和进入违规区域报警的功能；且在矿井下空间为40*40

的面积内，首先通过基站1向其他三个基站快速发送同步帧，多次发送同步帧之后，基站1可以获取基站天线以及传播路径遮挡所带来的误差，从而在硬件上有效的降低定位误差。软件上对四个基站获得的距离信息采用TDOA算法可以算的四个点的坐标，首先判断有没有异常的数据，若有将异常的数据剔除，若没有则采用四个点坐标的平均值进行计算标签的定位坐标，同时对每一个点的定位坐标采用卡尔曼滤波来减小误差，达到在软件上减小定位误差的效果；通过硬件和软件上两方面的优化，我们在定位上可以同时对60个工人实时定位，并且定位误差可以控制在30cm以内；在定位功能的基础上，我们构建的电子地图的虚拟坐标和实际测量的坐标误差在10cm以内；有了虚拟电子地图，成功的在虚拟电子地图上建立了危险区域的电子围栏，实现了当工人进入危险区域时系统及时通知工人的功能；

进一步，如图3所示，其中一个基站模块包括：第一主控制单元、第一UWB单元和第一无线收发单元。在本实施例中，第一UWB单元与第一主控制单元电性连接；第一无线收发单元与第一主控制单元电性连接，第一无线收发单元用于对第一主控制单元需要发送的信号数据的进行发送并且接收外界的信号数据输送给第一主控制单元。第一主控制单元采用stm32f4芯片，第一主控制单元用于基站模块的内部中心数据处理，第一UWB单元用于提供基站模块的定位坐标数据，第一无线收发单元采用sx1276无线数传芯片，第一无线收发单元用于数据的接收和发送。

进一步，如图2所示，标签系统包括：第二主控制单元、第二UWB单元、第二无线收发单元、移动电源和蜂鸣器。第二UWB单元与第二主控制单元电性连接；第二无线收发单元与第二主控制单元电性连接，第二无线收发单元用于对第二主控制单元需要发送的信号数据的进行发送并且接收外界的信号数据输送给第二主控制单元；移动电源与第二主控制单元电性连接；蜂鸣器与第二主控制单元电性连接。第二主控制单元采用stm32f4芯片第二主控制单元用于标签系统内部中心数据处理，第二UWB单元用于进行提供定位坐标数据，且与第一UWB单元配合可以实现每个基站模块与标签系统的位置距离，第二无线收发单元采用sx1276无线数传芯片，第二无线收发单元用于数据的接收和发送，移动电源用为标签系统提供电能，蜂鸣器用于当工人进入违规区域，对工人进行报警警示，防止工人出现意外，保证工人的安全。

进一步，如图2所示，在本实施例中，标签系统还包括：呼救按钮，呼救按钮与第二主控制单元电性连接。当工人在矿井内部发生意外的时候，通过按动呼救按钮，可以将求救信号IP由第二主控制单元通过第二无线收发单元进行发送出去，然后由基站1上的第二无线收发单元进行IP数据的接收并发送给上位机，上位机接收到求救信号后控制后台监控报警系统发出警报，从而实现对需要求救的工人及时施救。

进一步，如图2所示，标签系统还包括：电量监测单元，电量监测单元的一端与移动电源电性连接，电量监测单元的另一端与第二主控制单元电性连接，通过设有的电量监测单元可以对标签系统内的移动电源进行实时的监测，防止出现没有电的现象，工作人员未能及时发现，出现佩戴此标签的工人不能得到实时监控的情况，从而在工人发生意外的时候不能及时救援。

在使用的时候，当工人进入矿井前，先配带具有标签系统的工人安全帽，通过电量监测单元可以进行电量的监测，防止没有电不能对工人的位置进行定位，当进入矿井后，通过标签系统内的第二UWB单元对工人进行坐标的定位，并通过第二主控制单元由第二无线收发单元将坐标数据进行发出，此时四个基站模块内的第一无线收发单元进行数据的接收，让通过第一主控制单元将数据发生给第一UWB单元进行距离的判断，然后将距离信息都汇总到基站1内，通过基站1发送给上位机，上位机采用上行TDOA算法计算出标签的坐标，从而实现对标签系统的实时定位，进而对工人进行实时的定位，

以上，参照图1~3描述了根据本发明实施例的基于UWB矿井工作人员的管理系统，可以通过系统上位机实时了解每一个工人的具体的位置，以及工人是否进入危险区域，并对进入违规区域的工作人员及时进行提醒；工人自身的生命安全也能得到更好的保障，若工人遇到紧急情况或者危险时，工人可通过标签系统上的呼救按钮进行求救，及时得到救助；矿井发生事故时可以对受困人员精准定位，实施精准有效的救援。

需要说明的是，在本说明书中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包含……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims

1.一种基于UWB矿井工作人员的管理系统，其特征在于，包含：

基站系统；

标签系统，所述标签系统与所述基站系统之间进行数据的收发，所述标签系统设置在工人安全帽上；

上位机，所述上位机与所述基站系统之间进行数据的收发；

后台监控报警系统，所述后台监控报警系统用于接收所述上位机发送的数据信号。

2.如权利要求1所述基于UWB矿井工作人员的管理系统，其特征在于，所述基站系统包括：

四个基站模块，四个所述基站模块分别设置在所述矿井的四点，四个所述基站模块均与所述标签系统之间进行数据的收发，四个所述基站模块中的一个与所述上位机之间进行数据的收发。

3.如权利要求2所述基于UWB矿井工作人员的管理系统，其特征在于，其中一个所述基站模块包括：

第一主控制单元；

第一UWB单元，所述第一UWB单元与所述第一主控制单元电性连接；

第一无线收发单元，所述第一无线收发单元与所述第一主控制单元电性连接，所述第一无线收发单元用于对所述第一主控制单元需要发送的信号数据的进行发送并且接收外界的信号数据输送给所述第一主控制单元。

4.如权利要求1所述基于UWB矿井工作人员的管理系统，其特征在于，所述标签系统包括：

第二主控制单元；

第二UWB单元，所述第二UWB单元与所述第二主控制单元电性连接；

第二无线收发单元，所述第二无线收发单元与所述第二主控制单元电性连接，所述第二无线收发单元用于对所述第二主控制单元需要发送的信号数据的进行发送并且接收外界的信号数据输送给所述第二主控制单元；

移动电源，所述移动电源与所述第二主控制单元电性连接；

蜂鸣器，所述蜂鸣器与所述第二主控制单元电性连接。

5.如权利要求4所述基于UWB矿井工作人员的管理系统，其特征在于，所述标签系统还包括：

呼救按钮，所述呼救按钮与所述第二主控制单元电性连接。

6.如权利要求4或5所述基于UWB矿井工作人员的管理系统，其特征在于，所述标签系统还包括：

电量监测单元，所述电量监测单元的一端与所述移动电源电性连接，所述电量监测单元的另一端与所述第二主控制单元电性连接。