CN202177907U - 一种基于ZigBee技术的矿用读卡器及井下定位系统 - Google Patents

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崔荣涛
陈洵
任普耀
王体
文智力
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Abstract

本实用新型公开了一种基于ZigBee技术的矿用读卡器，旨在提供一种使井下定位系统覆盖率高的读卡器，其包括用于控制和数据处理的ZigBee无线模块、天线、受ZigBee无线模块控制且用于控制天线收发的射频模块和受ZigBee无线模块控制且用于与基站连接的通信模块，所述ZigBee无线模块、射频模块和天线依次连接，所述通信模块与所述ZigBee无线模块连接。本实用新型还公开了一种具有上述基于ZigBee技术的矿用读卡器的井下定位系统。本实用新型可用于矿井井下通信。

Description

一种基于ZigBee技术的矿用读卡器及井下定位系统
技术领域
本实用新型涉及矿井井下人员定位设备，尤其是涉及一种基于ZigBee技术的矿用读卡器及具有该读卡器的井下定位系统。
背景技术
当矿井出现瓦斯、透水及冒顶等危险事故时，需要准确、快速地掌握井下矿工的精确位置、环境状况和及时与被困人员沟通信息，以利于高效的抢险救灾和人员搜救。显然，井下人员定位系统具有重要的意义，关系到人民群众的生命和财产安全。
现有井下定位系统通常包括基站和若干设置在基站内并由其所属基站控制的定位卡，定位卡与基站之间进行通信，通过定位卡来实现定位。但是，由于矿井下环境复杂，小巷道、分支巷道众多，井下基站通常会出现覆盖范围不足，导致井下定位系统的覆盖范围不足。特别是定位卡具有下发撤离功能时，覆盖率不足会造成紧急信息的漏发，在出现紧急事故时有可能造成严重后果。
实用新型内容
本实用新型为了解决现有技术井下基站覆盖范围不足的技术问题，提供了一种基于ZigBee技术的矿用读卡器及井下定位系统。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为设计一种基于ZigBee技术的矿用读卡器，所述基于ZigBee技术的矿用读卡器包括用于控制和数据处理的ZigBee无线模块、天线、受ZigBee无线模块控制且用于控制天线收发的射频模块和受ZigBee无线模块控制且用于与基站连接的通信模块，所述ZigBee无线模块、射频模块和天线依次连接，所述通信模块与所述ZigBee无线模块连接。
所述通信模块为RS485通信模块。
所述通信模块包括SN65HVD59芯片。
所述ZigBee无线模块包括CC2430芯片；所述射频模块包括CC2591芯片。
所述通信模块与ZigBee无线模块之间还设置有光耦。
所述光耦为6N137芯片。
所述基于ZigBee技术的矿用读卡器还包括电源和LED指示灯。
本实用新型还提供了一种井下定位系统，包括基站和定位卡，所述井下定位系统还包括上述基于ZigBee技术的矿用读卡器，所述基于ZigBee技术的矿用读卡器与定位卡之间采用ZigBee技术进行通讯，所述基站与通信模块相连。
所述基站与通信模块通过RS485总线相连。
本实用新型通过在井下基站与定位卡之间设置一基于ZigBee技术的矿用读卡器，利用基于ZigBee技术的矿用读卡器作为基站与定位卡之间的通信桥梁，基于ZigBee技术的矿用读卡器与定位卡之间采用ZigBee技术进行通讯，具有低成本、高覆盖率、高稳定性的优点，有效解决了矿井井下基站覆盖范围不足的问题，提高了整个井下定位系统的覆盖率。
附图说明
下面结合实施例和附图对本实用新型进行详细说明，其中：
图1是本实用新型井下定位系统的结构原理图；
图2是本实用新型基于ZigBee技术的矿用读卡器的结构原理图；
图3是本实用新型基于ZigBee技术的矿用读卡器的一具体实施例原理图。
具体实施方式
请参见图1。本实用新型井下定位系统包括位于井下的基站、定位卡和基于ZigBee技术的矿用读卡器，基于ZigBee技术的矿用读卡器与定位卡之间采用ZigBee技术进行通讯，由于采用ZigBee协议进行通讯，具有低成本、高覆盖率、高稳定性的优点。所述基站与通信模块优选通过有线相连，优选基站与通信模块通过RS485总线相连，通过RS485总线与基站进行信息交互，其通信形式为总线型，即同一台基站可以挂接多部基于ZigBee技术的矿用读卡器，在本具体实施例中，包括两个，即基于ZigBee技术的矿用读卡器1和基于ZigBee技术的矿用读卡器2。多部基于ZigBee技术的矿用读卡器使用不同的地址，以做到基站对他们的分别寻址。系统采用485总线作为有线传输方式，利用差分信号进行信息传输，有效距离远，抗干扰能力好。
请一并参见图2和图3。基于ZigBee技术的矿用读卡器包括电源、LED指示灯、用于控制和数据处理的ZigBee无线模块、天线、受ZigBee无线模块控制且用于控制天线收发的射频模块和受ZigBee无线模块控制且用于与基站连接的通信模块，所述ZigBee无线模块、射频模块和天线依次连接，所述通信模块与所述ZigBee无线模块连接。优选通信模块为RS485通信模块。通信模块可设置多个，在本具体实施例中，通信模块为两个，即通信模块1和通信模块2。
电源负责给ZigBee无线模块和通信模块供电，外部输入为DC12V，供给ZigBee无线模块的电源为DC3.3V，供给通信模块的电源为DC5V。
在本具体实施例中，通信模块包括SN65HVD59芯片，所述ZigBee无线模块包括CC2430芯片，所述射频模块包括CC2591芯片，RS485通信模块包括SN65HVD59芯片。
ZigBee无线模块采用TI公司的CC2430芯片，它内部集成了8051单片机核心，负责控制有线和无线数据处理，协议交互和处理。其RF_N, TXRX_SW和RF_P三个引脚连接CC2591芯片, 负责ZigBee无线包的收发，P1.0, P1.1和P1.2三个引脚分别连接三个LED指示灯，其中LED0为红色指示灯，LED1和LED2为绿色指示灯。
射频模块采用TI公司的CC2591芯片，该芯片通过RF_N, TXRX_SW和RF_P三个引脚与主控芯片CC2430相连，并通过ANT脚，控制天线进行无线收发。
CC2430芯片与两路RS485通信模块连接，其中P0.1连接到SN65HVD59芯片的DE脚，为485模块0的数据发送控制引脚。P0.3和P0.2分别为数据发和数据收引脚，连接到SN65HVD59的D和R脚。P0.6连接到485芯片SN65HVD59的DE脚，为485模块1的数据发送控制引脚。P0.4和P0.5分别为数据发和数据收引脚，连接到SN65HVD59的D和R脚。
为了提高系统的安全性，本实用新型在ZigBee无线模块与通信模块的中间都加入光耦，在图3中，光耦芯片为6N137, CC2430芯片的六个连接引脚TX1_EN、 TX1、RX1、TX2_EN、TX2和RX2分别连接六个光耦芯片，其作用是对他们之间的信号进行隔离，如果RS485通信模块遭到大电流冲击，造成芯片损坏，不会影响到系统控制芯片CC2430。
两路RS485通信模块采用TI的芯片SN65HVD59，采用5V供电为电源，其控制脚DE、数据脚D和R连到CC2430芯片，负责与CC2430芯片之间的数据收发。A、B、Y、Z四个引脚为RS485通信模块的数据引脚，其中A、B两脚为差分输入信号，Y、Z两脚为差分输出信号。
本实用新型基于ZigBee技术的矿用读卡器还可具有读卡功能和下发撤离指令功能，其工作流程为：
1. 定位卡每5秒周期性通过无线上报读卡信息帧。
2. 基于ZigBee技术的矿用读卡器收到读卡信息帧之后，若存在撤退指令，向定位卡下发撤离指令。
3. 定位卡收到撤离指令后开始声光报警，提示用户紧急撤离。
4. 基于ZigBee技术的矿用读卡器定期向基站上发读卡数据。
本实用新型通过485总线与基站进行信息交互，其通信形式为总线型，即同一台基站可以挂接多部读卡器。多部读卡器使用不同的地址，以做到基站对他们的分别寻址。
由于基于ZigBee技术的矿用读卡器的设置，井下定位系统有效解决了矿用基站井下基站覆盖范围不足的问题，提高了整个定位系统的覆盖率。采用ZigBee无线协议来实现基于ZigBee技术的矿用读卡器与定位卡之间的通讯，具有低成本、高覆盖率、高稳定性的优点。同时，系统采用485总线作为有线传输方式，利用差分信号进行信息传输，有效距离远，抗干扰能力好。另外，本实用新型在ZigBee无线模块与通信模块之间加入光耦，使得ZigBee无线模块与通信模块之间得到有效隔离，当通信模块受到电流冲击时可以保护系统主控芯片ZigBee无线模块不受影响。本实用新型基于ZigBee技术的矿用读卡器具有读卡和下发撤离指令功能，作为矿用基站的有效补充，提高了读卡和下发撤离指令的有效性和实用性。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于ZigBee技术的矿用读卡器，其特征在于：所述基于ZigBee技术的矿用读卡器包括用于控制和数据处理的ZigBee无线模块、天线、受ZigBee无线模块控制且用于控制天线收发的射频模块和受ZigBee无线模块控制且用于与基站连接的通信模块，所述ZigBee无线模块、射频模块和天线依次连接，所述通信模块与所述ZigBee无线模块连接。
2.根据权利要求1所述的基于ZigBee技术的矿用读卡器，其特征在于：所述通信模块为RS485通信模块。
3.根据权利要求2所述的基于ZigBee技术的矿用读卡器，其特征在于：所述通信模块包括SN65HVD59芯片。
4.根据权利要求1所述的基于ZigBee技术的矿用读卡器，其特征在于：所述ZigBee无线模块包括CC2430芯片；所述射频模块包括CC2591芯片。
5.根据权利要求1所述的基于ZigBee技术的矿用读卡器，其特征在于：所述通信模块与ZigBee无线模块之间还设置有光耦。
6.根据权利要求5所述的基于ZigBee技术的矿用读卡器，其特征在于：所述光耦为6N137芯片。
7.根据权利要求1所述的基于ZigBee技术的矿用读卡器，其特征在于：所述基于ZigBee技术的矿用读卡器还包括电源和LED指示灯。
8.一种井下定位系统，包括基站和定位卡，其特征在于：所述井下定位系统还包括权利要求1至7任一项所述基于ZigBee技术的矿用读卡器，所述基于ZigBee技术的矿用读卡器与定位卡之间采用ZigBee技术进行通讯，所述基站与通信模块相连。
9.根据权利要求8所述的井下定位系统，其特征在于：所述基站与通信模块通过RS485总线相连。
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Pledgor: Shenzhen Yiri Technology Co.,Ltd.

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