CN115623415A - 一种基于低频感应用于煤矿人员定位的定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于低频感应用于煤矿人员定位的定位方法，该定位方法包括以下步骤：S1：控制器自动编码：S1‑1：将N台控制器设备按照一定间距均匀安装在煤矿采煤工作面；S1‑2：集控中心通过有线网络对控制器进行控制；S1‑3：通过MCU核心控制板，将该控制器地址设置为N；S2：人员定位：S2‑1：工作人员入矿之前佩戴人员定位卡；S2‑2：低频唤醒芯片中断唤醒MCU；S2‑3：人员定位卡内的通信模块将接收到的01控制器ID信息和A员工人员定位卡信息通过控制器内的通信模块发送至01控制器或者其它相邻控制器内的MCU核心控制板。该基于低频感应用于煤矿人员定位的定位方法，对多台控制器进行自动编码，而后对人员定位卡进行自动激活、数据传输和定位。

Description

一种基于低频感应用于煤矿人员定位的定位方法
技术领域
本发明涉及矿井安全设备技术领域，具体为一种基于低频感应用于煤矿人员定位的定位方法。
背景技术
煤矿在开采时，大都需要在矿井下工作，长期以来，煤矿企业，尤其是小型企业的安全投入不多，缺乏安全设备，安全管理落后，导致煤矿开采事故较多，其中煤矿局部坍塌尤为明显，如何保证坍塌时工作人员的及时救助已成为煤炭行业的重要问题，在发生坍塌后，对矿井下工作人员位置的准确监测是保证矿工安全的基本前期，采用煤矿人员定位技术是现有的常规手段，但是现有的煤矿人员定位技术在使用时存在以下问题：
目前人员定位技术有GPS定位，基站定位，蓝牙定位，UWB定位，WIFI定位技术等，而由于煤矿下无GPS信号，无法使用gps定位技术，基站和WiFi定位精度10m左右不满足煤矿定位要求，蓝牙每隔几m要部署一个蓝牙基站，部署和运维成本太高，现在矿下大多使用UWB定位技术，但是UWB也需要一定距离部署一个基站，基站部署过程复杂，UWB设备本身价格也高，导致整套定位系统成本也高，同时现有技术中，配合UWB定位技术使用，大都需要工作人员佩戴定位设备，常开的定位设备，耗电量较大，在发生矿难时，处理坍塌往往需要较长的时间，容易导致在救援到达之前电量耗尽无法定位的问题，为救援工作带来较大的阻碍。
针对上述问题，急需在原有煤矿人员定位技术的基础上进行创新设计。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于低频感应用于煤矿人员定位的定位方法，以解决上述背景技术提出现有的煤矿人员定位技术，整套定位系统成本较高，同时容易导致在救援到达之前电量耗尽无法定位的问题，本发明技术方案针对现有技术解决方案过于单一的技术问题，提供了显著不同于现有技术的解决方案。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于低频感应用于煤矿人员定位的定位方法，该定位方法包括以下步骤：
S1：控制器自动编码：
S1-1：将N台控制器设备按照一定间距均匀安装在煤矿采煤工作面，设备安装完后，默认配置所有控制器的低频信号发射模块关闭，低频信号接收模块开启；
S1-2：集控中心通过有线网络对控制器进行控制，从最左边开始选择第一台控制器作为01设备，设置地址为01，并开启该01控制器内的低频信号发射模块发射携带ID信息的低频信号，同时关闭该控制器内的低频信号接收模块，该低频发射信号激活控制器内的MCU核心控制板，将该控制器地址设置为02，然后再关闭02控制器的低频信号接收模块，并开启02控制器的低频
S1-3：根据上述步骤以此类推，直到最后一台控制器收到它左边相邻控制器发射的低频信号，通过MCU核心控制板，将该控制器地址设置为N，然后再关闭N控制器的低频信号接收模块，开启低频信号发射模块，完成所有控制器的自动编码；
S2：人员定位：
S2-1：工作人员入矿之前佩戴人员定位卡，当工作人员A靠近01控制器，A员工人员定位卡内的低频感应线圈会接收到01控制器内低频信号发射模块发出的带01控制器ID的低频信号，低频感应线圈接收到低频信号激活低频唤醒芯片；
S2-2：低频唤醒芯片中断唤醒MCU，并将01控制器的ID传输至MCU，MCU将接收到的01控制器ID信息和A员工人员定位卡信息通过串口发送给人员定位卡内的通信模块；
S2-3：人员定位卡内的通信模块将接收到的01控制器ID信息和A员工人员定位卡信息通过控制器内的通信模块发送至01控制器或者其它相邻控制器内的MCU核心控制板，01控制器或者其它相邻控制器可以通过有线网络将该信息传输至集控中心，通过集控中心计算出该工作人员A的位置。
优选的，所述控制器设备每间隔大于1m且不超过2m均匀安装在煤矿采煤工作面，最佳为1.5m。
优选的，所述控制器设备内的低频信号发射模块发射距离设置为最大2m。
优选的，所述控制器包括交换机、低频信号发射模块、低频信号接收模块、MCU核心控制板、通信模块以及其它功能模块。
优选的，所述控制器通过集控中心发送命令，且集控中心与控制器通过有线网络连接，并且编码完毕后控制器内的低频信号发射模块定时发射低频信号，而且低频信号发射模块的信号发射时间间隙为1-5min。
优选的，所述人员定位卡包括低频感应线圈、低频唤醒芯片、MCU以及通信模块。
优选的，所述低频感应线圈的感应距离设置为0-2m，所述低频感应线圈的频率采用110-130khz。
优选的，所述人员定位卡内MCU传输至通信模块的A员工人员定位卡信息包括低频感应线圈所接收的信号强度信息以及A员工的个人信息，且低频感应线圈所接收的信号强度以距离区分，并且集控中心通过对应编码的控制器和信号强度信息更为精确的计算该员工的大概位置，而且通信模块使用无线通信模块。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明，设置控制器自动编码机构，每个控制器增加低频信号发射模块和低频信号接收模块，用于发射低频信号和接收相邻控制器发射的低频信号，根据接收到的信号携带的ID信息，定义自己的ID，集控中心通过有线网络给所有控制器发送命令，定义控制器的编码规则，修改控制器低频发射和低频接收功能模块的开关状态，来确保自动编址的稳定性和单向性，通过对控制器安装间隔的设置，同时低频信号发射距离统一设置为最大2m，使得只有相邻右边设备能收到信号，或者只有相邻左边设备能收到，杜绝出现左右两边同时收到的情况，利用低频信号的有限距离传输，通过开启和关闭低频信号发射功能和低频信号接收功能，实现批量成套设备自动编址功能，极大地提高了编址的效率和灵活性，并且控制器内所用器件较少，所占空间较小，极大的节约了整体的使用和安装成本，为中小型企业解决成本难题；
2.本发明，设置长效自动定位机构，通过煤矿控制器上设置的低频信号发射模块，可以定时发射低频信号，配合人员定位卡上的低频感应线圈将低频唤醒芯片激活，配合MCU，来确定人员定位卡位于那一台控制器设备附近，控制器和人员定位卡采用zigbee通讯用作无线通讯，但不局限于zigbee通讯，通过zigbee等通讯手段传输人员定位卡发给控制器的数据，人员定位卡给控制器发送的数据携带控制器ID、人员定位卡自己ID以及接收到的低频信号强度，通过控制器ID和人员定位卡ID，确定哪一个人员靠近哪一个控制器，通过低频信号强度确定人员与控制器的具体距离，低频信号发射感应距离0-2m，接收信号强度值越大，则距离越近，本发明，将低频定位技术应用于煤矿井下人员定位，提高定位精度，将低频定位卡与煤矿现有的控制器设备结合，降低采购成本和运营维护成本，同时通过定时发送和激活反馈，在对人员进行定位的同时，可以有效减缓电能损耗，提高续航时间，为救援工作提供长时间的定位，提高救援效率。
附图说明
图1为本发明控制器自动编码步骤示意图；
图2为本发明人员定位卡激活和数据传输示意图；
图3为本发明人员定位卡定位步骤示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种基于低频感应用于煤矿人员定位的定位方法；
实施例1
该定位方法包括以下步骤：
S1：控制器自动编码：
S1-1：将N台控制器设备按照一定间距均匀安装在煤矿采煤工作面，控制器设备每间隔1.5m均匀安装在煤矿采煤工作面；设备安装完后，默认配置所有控制器的低频信号发射模块关闭，低频信号接收模块开启；
S1-2：集控中心通过有线网络对控制器进行控制，从最左边开始选择第一台控制器作为01设备，设置地址为01，并开启该01控制器内的低频信号发射模块发射携带ID信息的低频信号，同时关闭该控制器内的低频信号接收模块，低频信号发射距离统一设置为最大2m，故只有定义为01地址控制器的右边相邻的控制器能够收到低频发射信号，该低频发射信号激活控制器内的MCU核心控制板，将该控制器地址设置为02，然后再关闭02控制器的低频信号接收模块，并开启02控制器的低频信号发射模块发射携带02控制器ID信息的低频信号；
S1-3：根据上述步骤以此类推，直到最后一台控制器收到它左边相邻控制器发射的低频信号，通过MCU核心控制板，将该控制器地址设置为N，然后再关闭N控制器的低频信号接收模块，开启低频信号发射模块，完成所有控制器的自动编码；
受发射信号2m距离限制，所以只有02控制器右边相邻的控制器设备能够接收到02控制器发射的低频信号，接收到的02控制器发射的低频信号激活该控制器MCU核心控制板，将该控制器地址设置为03，然后再关闭03控制器的低频信号接收模块，开启低频信号发射模块发射携带03控制器ID信息的低频信号；控制器设备整体打乱重新安装到别的工作面或者增减了控制器设备数量，只需要集控中心通过有线网络发送命令让所有控制器设备恢复默认配置，即低频信号发射模块关闭，低频信号接收模块开启，根据上述步骤就可以重新开始自动编址；
S2：人员定位：
S2-1：工作人员入矿之前佩戴人员定位卡，当工作人员A靠近01控制器，A员工人员定位卡内的低频感应线圈会接收到01控制器内低频信号发射模块发出的带01控制器ID的低频信号，低频感应线圈接收到低频信号激活低频唤醒芯片；
S2-2：低频唤醒芯片中断唤醒MCU，并将01控制器的ID传输至MCU，MCU将接收到的01控制器ID信息和A员工人员定位卡信息通过串口发送给人员定位卡内的通信模块；
S2-3：人员定位卡内的通信模块将接收到的01控制器ID信息和A员工人员定位卡信息通过控制器内的通信模块发送至01控制器或者其它相邻控制器内的MCU核心控制板，01控制器或者其它相邻控制器可以通过有线网络将该信息传输至集控中心，通过集控中心计算出该工作人员A的位置；
控制器包括交换机、低频信号发射模块、低频信号接收模块、MCU核心控制板、通信模块以及其它功能模块，通过交换机将该控制器与集控中心进行连接，通过低频信号发射模块发射低频信号，通过低频信号接收模块接收低频信号，整体由MCU核心控制板进行控制，同时通过通信模块方便人员定位卡信息的传输，其他功能模块可以包括供电模块或者基板模块。
控制器通过集控中心发送命令，且集控中心与控制器通过有线网络连接，并且编码完毕后控制器内的低频信号发射模块定时发射低频信号，而且低频信号发射模块的信号发射时间间隙为1-5min，在进行救援工作时，通过集控中心对控制器进行控制、数据的处理等，同时控制低频信号发射模块定时发送，方便及时识别到人员定位卡的位置，通过间隙激活，节约电能，为救援提供时间。
人员定位卡包括低频感应线圈、低频唤醒芯片、MCU以及通信模块，通过低频感应线圈接收低频信号并唤醒低频唤醒芯片，再由MCU和通信模块对数据进行处理和传输，同时人员定位卡内配备常规的储能供电机构，例如蓄电池。
低频感应线圈的感应距离设置为0-2m，低频感应线圈的频率采用110-130khz，配合控制器的间隔，可以有效识别到人员定位卡在哪个控制器位置处。
人员定位卡内MCU传输至通信模块的A员工人员定位卡信息包括低频感应线圈所接收的信号强度信息以及A员工的个人信息，且低频感应线圈所接收的信号强度以距离区分，并且集控中心通过对应编码的控制器和信号强度信息更为精确的计算该员工的大概位置，而且通信模块使用无线通信模块，集控中心接收到控制器反馈的信息，可以识别到人员定位卡位于哪台控制器处，并且识别人员定位卡距离该控制器的大概位置，同时识别人员定位卡的员工信息；
实施例2
该定位方法包括以下步骤：
S1：控制器自动编码：
S1-1：将N台控制器设备按照一定间距均匀安装在煤矿采煤工作面，控制器设备每间隔1.5m均匀安装在煤矿采煤工作面；设备安装完后，默认配置所有控制器的低频信号发射模块关闭，低频信号接收模块开启；
S1-2：集控中心通过有线网络对控制器进行控制，从最右边开始选择第一台控制器作为01设备，设置地址为01，并开启该01控制器内的低频信号发射模块发射携带ID信息的低频信号，同时关闭该控制器内的低频信号接收模块，低频信号发射距离统一设置为最大2m，故只有定义为01地址控制器的左边相邻的控制器能够收到低频发射信号，该低频发射信号激活控制器内的MCU核心控制板，将该控制器地址设置为02，然后再关闭02控制器的低频信号接收模块，并开启02控制器的低频信号发射模块发射携带02控制器ID信息的低频信号；
S1-3：根据上述步骤以此类推，直到最后一台控制器收到它右边相邻控制器发射的低频信号，通过MCU核心控制板，将该控制器地址设置为N，然后再关闭N控制器的低频信号接收模块，开启低频信号发射模块，完成所有控制器的自动编码；
S2：人员定位：
S2-1：工作人员入矿之前佩戴人员定位卡，当工作人员A靠近01控制器，A员工人员定位卡内的低频感应线圈会接收到01控制器内低频信号发射模块发出的带01控制器ID的低频信号，低频感应线圈接收到低频信号激活低频唤醒芯片；
S2-2：低频唤醒芯片中断唤醒MCU，并将01控制器的ID传输至MCU，MCU将接收到的01控制器ID信息和A员工人员定位卡信息通过串口发送给人员定位卡内的通信模块；
S2-3：人员定位卡内的通信模块将接收到的01控制器ID信息和A员工人员定位卡信息通过控制器内的通信模块发送至01控制器或者其它相邻控制器内的MCU核心控制板，01控制器或者其它相邻控制器可以通过有线网络将该信息传输至集控中心，通过集控中心计算出该工作人员A的位置；
实施例3
本实施例与实施例1不同之处在于，控制器设备每间隔1.2m均匀安装在煤矿采煤工作面；
实施例4
本实施例与实施例1不同之处在于，控制器设备每间隔1.8m均匀安装在煤矿采煤工作面。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于低频感应用于煤矿人员定位的定位方法，其特征在于：该定位方法包括以下步骤：
S1：控制器自动编码：
S1-1：将N台控制器设备按照一定间距均匀安装在煤矿采煤工作面，设备安装完后，默认配置所有控制器的低频信号发射模块关闭，低频信号接收模块开启；
S1-2：集控中心通过有线网络对控制器进行控制，从最左边开始选择第一台控制器作为01设备，设置地址为01，并开启该01控制器内的低频信号发射模块发射携带ID信息的低频信号，同时关闭该控制器内的低频信号接收模块，该低频发射信号激活控制器内的MCU核心控制板，将该控制器地址设置为02，然后再关闭02控制器的低频信号接收模块，并开启02控制器的低频信号发射模块发射携带02控制器ID信息的低频信号；
S1-3：根据上述步骤以此类推，直到最后一台控制器收到它左边相邻控制器发射的低频信号，通过MCU核心控制板，将该控制器地址设置为N，然后再关闭N控制器的低频信号接收模块，开启低频信号发射模块，完成所有控制器的自动编码；
S2：人员定位：
S2-1：工作人员入矿之前佩戴人员定位卡，当工作人员A靠近01控制器，A员工人员定位卡内的低频感应线圈会接收到01控制器内低频信号发射模块发出的带01控制器ID的低频信号，低频感应线圈接收到低频信号激活低频唤醒芯片；
S2-2：低频唤醒芯片中断唤醒MCU，并将01控制器的ID传输至MCU，MCU将接收到的01控制器ID信息和A员工人员定位卡信息通过串口发送给人员定位卡内的通信模块；
S2-3：人员定位卡内的通信模块将接收到的01控制器ID信息和A员工人员定位卡信息通过控制器内的通信模块发送至01控制器或者其它相邻控制器内的MCU核心控制板，01控制器或者其它相邻控制器可以通过有线网络将该信息传输至集控中心，通过集控中心计算出该工作人员A的位置。
2.根据权利要求1所述的一种基于低频感应用于煤矿人员定位的定位方法，其特征在于：所述控制器设备每间隔大于1m且不超过2m均匀安装在煤矿采煤工作面，最佳为1.5m。
3.根据权利要求1所述的一种基于低频感应用于煤矿人员定位的定位方法，其特征在于：所述控制器设备内的低频信号发射模块发射距离设置为最大2m。
4.根据权利要求1所述的一种基于低频感应用于煤矿人员定位的定位方法，其特征在于：所述控制器包括交换机、低频信号发射模块、低频信号接收模块、MCU核心控制板、通信模块以及其它功能模块。
5.根据权利要求1所述的一种基于低频感应用于煤矿人员定位的定位方法，其特征在于：所述控制器通过集控中心发送命令，且集控中心与控制器通过有线网络连接，并且编码完毕后控制器内的低频信号发射模块定时发射低频信号，而且低频信号发射模块的信号发射时间间隙为1-5min。
6.根据权利要求1所述的一种基于低频感应用于煤矿人员定位的定位方法，其特征在于：所述人员定位卡包括低频感应线圈、低频唤醒芯片、MCU以及通信模块。
7.根据权利要求1所述的一种基于低频感应用于煤矿人员定位的定位方法，其特征在于：所述低频感应线圈的感应距离设置为0-2m，所述低频感应线圈的频率采用110-130khz。
8.根据权利要求1所述的一种基于低频感应用于煤矿人员定位的定位方法，其特征在于：所述人员定位卡内MCU传输至通信模块的A员工人员定位卡信息包括低频感应线圈所接收的信号强度信息以及A员工的个人信息，且低频感应线圈所接收的信号强度以距离区分，并且集控中心通过对应编码的控制器和信号强度信息更为精确的计算该员工的大概位置，而且通信模块使用无线通信模块。
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Denomination of invention: A positioning method based on low-frequency induction for coal mine personnel positioning

Effective date of registration: 20230904

Granted publication date: 20230328

Pledgee: Wuhu Yangzi rural commercial bank Limited by Share Ltd.

Pledgor: Faner Intelligent Technology Group Co.,Ltd.

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