藍牙井下人員定位系統(tǒng).doc

藍牙井下人員定位系統(tǒng)作者：安全文化網(wǎng)文章來源：安全文化網(wǎng)點擊數(shù)：701更新時間：2008-1-4一、前言目前煤礦井下普遍存在入井人員管理困難，井上人員難以及時掌握井下人員的動態(tài)分布及作業(yè)情況，尤其是一些關(guān)鍵崗位監(jiān)管失控會帶來嚴(yán)重安全隱患，一旦事故發(fā)生，對井下人員的搶救又缺乏可靠信息，搶險救災(zāi)、安全救護的效率低。針對煤礦目前現(xiàn)狀，我們率先在國內(nèi)采用遠距離識別最新技術(shù)，開發(fā)了藍牙井下人員定位系統(tǒng)，可對煤礦入井人員進行實時跟蹤和定位，隨時清楚掌握每個人員在井下的位置及活動軌跡。如果發(fā)生災(zāi)變，還可立即從監(jiān)控計算機上查詢事故現(xiàn)場的人員位置分布情況、被困人員數(shù)量、遇險人員撤退線路等信息，為事故搶險提供科學(xué)依據(jù)。同時，也可利用本系統(tǒng)的呼叫功能及日?？记诠芾砉δ埽瑢ΦV井人員進行管理。這一科技成果的實現(xiàn)，為煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)和經(jīng)營管理上臺階、上水平帶來了新的契機，將為我國煤礦的安全生產(chǎn)和事故后的搶險救災(zāi)發(fā)揮積極作用。二、產(chǎn)品介紹該產(chǎn)品是北京中礦華沃電子科技有限公司在總結(jié)射頻識別技術(shù)（RFID）的基礎(chǔ)上，結(jié)合煤礦井下安全生產(chǎn)的特點，通過自身的技術(shù)力量開發(fā)成功的高新技術(shù)產(chǎn)品，擁有自主知識產(chǎn)權(quán)，尤其是采用最新藍牙技術(shù)實現(xiàn)井下人員定位,填補了國內(nèi)信息技術(shù)領(lǐng)域的一項空白。該系統(tǒng)產(chǎn)品已根據(jù)煤礦安全生產(chǎn)企業(yè)的技術(shù)要求和安全標(biāo)準(zhǔn)進行獨立設(shè)計，完全可以滿足煤礦井下人員跟蹤定位的自動化管理要求。同時可充分利用礦井已有煤礦監(jiān)控系統(tǒng)平臺資源聯(lián)網(wǎng)運行，有效節(jié)約投資，是國內(nèi)最先進，最穩(wěn)定的井下人員定位系統(tǒng)。該系統(tǒng)由井下防爆電源，485總線，人員卡、基站,RS485轉(zhuǎn)以太網(wǎng)接口等組成，用于完成信息采集和識別，從而實現(xiàn)預(yù)設(shè)的系統(tǒng)功能和信息化管理目標(biāo).三、工作原理每人隨身佩帶的人員卡自動發(fā)出代表自身身份的射頻信號，經(jīng)最近的基站接收，該基站將人員卡的身份信息和自身基站的地址信息相組合，經(jīng)RS485總線發(fā)送給臨近的上一個基站，再由這個基站上傳，直至發(fā)送到數(shù)據(jù)中心站，傳入到到中心計算機，由中心計算機進行數(shù)據(jù)的分析，處理，并提供查詢，管理等功能。使管理者能實時的觀察到井下工作人員的即時位置，實現(xiàn)井下人員定位,并且能區(qū)分井下人員等級，管理者如要找井下某個人,可以向目標(biāo)發(fā)出呼叫信息（如尋人呼叫、撤離呼叫、緊急撤離等信息），可以呼叫某一個目標(biāo)，也可以群呼。信息可以在第一時刻立即傳達到每一個人，每個人有緊急情況也可呼救井上管理中心,實現(xiàn)實時信息雙向傳遞。本系統(tǒng)更有利于礦山調(diào)度,救災(zāi)，安全及日常生產(chǎn)管理。四、與其它產(chǎn)品相比較的優(yōu)點l將藍牙新技術(shù)運用到礦山井下人員定位上,屬國內(nèi)首創(chuàng),由于藍牙采用跳頻通訊,一個頻率聯(lián)系不上,可以更換另一頻率,直到連接上為止,解決了誤讀,漏讀人員現(xiàn)象,系統(tǒng)可適應(yīng)井下復(fù)雜,苛刻的條件,運行穩(wěn)定,擁有自主知識產(chǎn)權(quán)和自有技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系。本產(chǎn)品真正的質(zhì)優(yōu)價廉.由于采用新技術(shù),成本降低,價格相當(dāng)與同類產(chǎn)品的三分之一,功能卻更多,更完善由于產(chǎn)品價格低，使多數(shù)量布點精確定位成為可能,而不是以往單純的考勤式定位.本產(chǎn)品首創(chuàng)呼叫功能,具有井上井下聯(lián)系功能,對于調(diào)度日常生產(chǎn),搶險救災(zāi)具有積極意義本產(chǎn)品獨創(chuàng)系統(tǒng)延伸功能.可隨礦井巷道的變化,在顯示頁面任意根據(jù)需要改動本產(chǎn)品帶有故障自動診斷功能,可自動報警故障地點,維護異常方便l遠距離識別，無需將無線發(fā)射卡靠近讀卡設(shè)備讀卡。l系統(tǒng)的正常工作不受環(huán)境變化的影響，保證在惡劣環(huán)境下24小時能夠連續(xù)正常運轉(zhuǎn)。l系統(tǒng)運行安全、穩(wěn)定、可靠、誤碼率幾乎為0。l具有信息防沖撞功能，可同時識別多個標(biāo)識卡。l井下人員跟蹤定位基站與地面中心站失去聯(lián)系時，基站仍能獨立工作,自動存儲人員監(jiān)測數(shù)據(jù)。l信號穿透力和繞射力強，系統(tǒng)識別標(biāo)識卡可做到無方向性。l識別距離不小于50米，最大可到200米。l無對人體傷害的微波電磁污染，信息的安全性和保密性能高。l可靠識別快速移動目標(biāo)。l基站防爆電源有多種接入方式（127V/220V/380V/660V）供選擇。l系統(tǒng)安裝、維護方便。五、系統(tǒng)設(shè)計特點查詢當(dāng)前井下人員分布根據(jù)各礦實際情況繪制井下巷道、采區(qū)圖，并在該圖上顯示各個區(qū)域當(dāng)前人數(shù)。該圖是動態(tài)的，隨著井下人員的移動，該圖顯示的各區(qū)域人數(shù)會隨時更新。在該圖上用鼠標(biāo)點擊，可以顯示某個選定區(qū)域的人員名單；進一步點擊還可以顯示某個選定人員下井后的行蹤l查找人員當(dāng)前位置輸入任意人員的姓名或編號，可以立即以圖形方式顯示此人當(dāng)前所在區(qū)域；也可以同時輸入多個人員，以文字方式顯示這些人各自在井下的當(dāng)前位置l井下人員跟蹤可以為一個或幾個人員指定不同顏色的特殊符號，如小圓圈、三角形、星形等，在井下巷道圖上實時動態(tài)地顯示他們的行蹤l復(fù)示井下人員行蹤所有下井人員的行蹤在系統(tǒng)內(nèi)都可以保留一段指定時間，無論此人是否已經(jīng)上井。在該時段內(nèi)可以圖形方式或列表方式重現(xiàn)任意人員在井下的行蹤l統(tǒng)計查詢進入特殊區(qū)域人員對于井下的某些特殊區(qū)域，例如規(guī)定不準(zhǔn)一般人員進入的危險區(qū)域，在行蹤保留時段內(nèi)可以隨時進行查詢，列出進入該區(qū)域的人員和出、入時間l下井人員考勤管理軟件可以從系統(tǒng)記錄的人員行蹤信息中自動提取出每個下井人員的入、出井時間，從而形成考勤記錄，進而形成各種考勤報表和查詢、統(tǒng)計功能基于RFID技術(shù)煤礦井下人員定位系統(tǒng)研究作者：安全文化網(wǎng)文章來源：安全文化網(wǎng)點擊數(shù)：594更新時間：2007-8-21 目前，煤礦井下普遍存在入井人員管理困難，管理人員難以及時掌握井下人員的動態(tài)分布及作業(yè)情況，一旦事故發(fā)生，對井下人員的搶救缺乏可靠信息，搶險救災(zāi)、安全救護的效率低。引入和運用煤礦井下人員定位系統(tǒng)，工作人員佩戴的電子標(biāo)簽通過井下監(jiān)控節(jié)點向監(jiān)控中心傳送他們的位置信息，實時掌握每個人在井下的位置及活動軌跡，對煤礦的安全生產(chǎn)將有積極作用，在一定程度上減少人員傷亡。平時，上傳的位置信息也可以用做工作人員的考勤記錄。 1射頻識別技術(shù) 1、1射頻識別發(fā)展 RFID是20世紀(jì)90年代興起的一種非接觸式的新型自動識別技術(shù)，它利用無線傳輸方式進行雙向數(shù)據(jù)通信，進而達到自動識別并交換信息的目的。近年來，自動識別技術(shù)得到了快速普及和推廣，自動識別方法多種多樣：條形碼是一種應(yīng)用廣泛、廉價的自動識別術(shù)，但條形碼信息量小，不能改寫；有觸點排的IC卡是電子數(shù)據(jù)載體最普遍的結(jié)構(gòu)，但在許多情況下，機械觸點的接通是不可靠的；RFID卻可以讓物品實現(xiàn)真正的自動化管理，其優(yōu)勢非常明顯：存儲信息量大，每一個產(chǎn)品擁有獨一無二的ID號；讀寫不需要光源，可以透過外部材料讀取數(shù)據(jù)；使用壽命長，能在惡劣環(huán)境下工作；能夠輕易嵌入或附著在不同形狀、類型的產(chǎn)品上；讀取距離更遠，可以寫入及存取數(shù)據(jù)，實現(xiàn)標(biāo)簽的內(nèi)容動態(tài)改變；能夠同時處理多個標(biāo)簽；標(biāo)簽的數(shù)據(jù)存取有密碼保護，安全性更高；可以對RFID標(biāo)簽所附著的物體進行追蹤定位。 1、2射頻識別系統(tǒng)組成 射頻識別系統(tǒng)主要由Tag、讀寫器、天線等組成，一般還需要其他軟硬件的支持。 (1)讀寫器。讀寫器可以簡化為兩個基本的功能模塊：高頻接口模塊(發(fā)送器和接收器)和控制單元兩部分。讀寫器讀取電子標(biāo)簽中的信息，然后將信息發(fā)送到地面監(jiān)控中心。 (2)無源電子標(biāo)簽。電子標(biāo)簽由耦合元件和ASIC(IC)組成。無源電子標(biāo)簽，即沒有自己的電源供給的電子標(biāo)簽，由讀寫器發(fā)出的高頻場提供能量。模擬前端配合解調(diào)器從電子標(biāo)簽天線吸收電流，整流后使電容充電，再經(jīng)穩(wěn)壓后為電子標(biāo)簽供電。 2 CAN總線技術(shù) CAN是由ISO定義的串行通訊總線，最初應(yīng)用在80年代末的汽車工業(yè)里。它具有高位速率、高抗電磁干擾性、高可靠性而且能夠檢測到產(chǎn)生的任何錯誤。CAN在微控制器之間需要互相通信或微控制器和遠程的外圍器件要互相通信的情況下是一個理想的解決方法，在各種控制系統(tǒng)得到了廣泛應(yīng)用。 CAN采用了新技術(shù)及獨特的設(shè)計，與RS485相比具有突出的可靠性、實時性和靈活性。CAN具有多主節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)特性，總線利用率高，數(shù)據(jù)傳輸速度快，可擴充性好，通訊距離長，加中繼器通訊距離可達數(shù)十千米，具有可靠的錯誤處理和檢錯機制，個別節(jié)點失效并不影響整個通訊網(wǎng)絡(luò)的運行，實時性好等優(yōu)點。另外，CAN的雙向通信彌補了RS485半雙工通信的缺陷，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)位置信息的上傳，當(dāng)需要時還可以實時修改井下某監(jiān)控接點信息。比較可知，RS-485網(wǎng)絡(luò)除了硬件成本、開發(fā)難度比CAN-bus網(wǎng)絡(luò)稍具優(yōu)勢外其他性能方面都沒有可比性。在產(chǎn)品更新速度特別快的今天，如果將產(chǎn)品的上市時間，產(chǎn)品的后期維護軟件開發(fā)難度等計算在一起，RS-485的硬件成本優(yōu)勢也變得不十分明顯，因而用CAN總線取代RS-485總線是一種比較徹底的方案。 3煤礦井下人員定位系統(tǒng)設(shè)計 3、1定位系統(tǒng)基本構(gòu)成 系統(tǒng)由井上與井下兩部分設(shè)備組成。井上設(shè)備主要由監(jiān)控中心(包括服務(wù)器)及共享網(wǎng)絡(luò)終端等組成；井下設(shè)備以CAN總線作為主傳輸途徑，開發(fā)相應(yīng)的煤礦井下人員監(jiān)控節(jié)點，配合天線、電子標(biāo)簽、傳輸介質(zhì)、中繼器R等與監(jiān)控中心掛接，從而實現(xiàn)井下作業(yè)人員的定位和安全管理。 3、2定位系統(tǒng)工作原理 定位系統(tǒng)主要實現(xiàn)井下人員及設(shè)備安全監(jiān)測工作。在坑道、作業(yè)面的交叉道口安裝監(jiān)控節(jié)點，入井工作人員按照要求佩戴安裝電子標(biāo)簽的腰帶，或佩戴裝有電子標(biāo)簽的安全帽。RFID讀寫器通過固定頻率的射頻載波向電子標(biāo)簽傳送信號，電子標(biāo)簽(工作人員隨身佩戴)進入讀寫器的天線工作區(qū)域后被激活，并將載有個人信息的射頻信號經(jīng)卡內(nèi)收發(fā)模塊發(fā)射出去；讀寫器天線接收到電子標(biāo)簽發(fā)來的射頻信號，經(jīng)過處理后，提取出個人信息，通過現(xiàn)場總線送至井上監(jiān)控中心，記錄井下工作人員經(jīng)過地點、時間、活動軌跡等實時信息，還可自動生成考勤作業(yè)的統(tǒng)計與管理等方面的報表資料，提高管理效益。 3、3定位系統(tǒng)核心部件RFID監(jiān)控節(jié)點 (1)RFID監(jiān)控節(jié)點硬件設(shè)計。監(jiān)控節(jié)點由讀寫器、微控制器(MCU)、CAN節(jié)點組成。設(shè)計中讀寫器使用的射頻芯片是RI-STU-650A，它具有抗干擾能力強、通信速率高、功耗低、性能穩(wěn)定等優(yōu)點?？紤]到成本等方面的問題，設(shè)計時RFID采用的工作頻率為915MHz，經(jīng)過試驗測試，證明在傳輸距離及數(shù)據(jù)可靠性等方面，可以達到本系統(tǒng)的功能要求。讀寫器與微控制器89C51間利用SPI串行接口進行通信。CAN節(jié)點由三部分所構(gòu)成：獨立CAN控制器SJA1000、CAN驅(qū)動器82C250和高速光電耦合器6N137。為了增強CAN節(jié)點的抗干擾能力，SJA1000并不是直接與82C250相連，而是通過高速光耦6N137與82C250相連，這樣就很好的實現(xiàn)了總線上各CAN節(jié)點間的電氣隔離。 (2)RFID監(jiān)控節(jié)點軟件設(shè)計。監(jiān)控節(jié)點單片機軟件設(shè)計是使用C51和匯編語言混合編程，包括復(fù)位模塊、防沖突模塊、讀寫模塊、通信模塊。當(dāng)Tag被驗證為合法時，讀寫器才正式讀/寫Tag數(shù)據(jù)，經(jīng)過信息處理之后，由CAN總線上傳到地面監(jiān)控心。當(dāng)Tag被驗證為非法時，讀寫器轉(zhuǎn)到直接復(fù)位應(yīng)答狀態(tài)，等待下次讀寫操作開始。 3、4系統(tǒng)實現(xiàn)的主要功能 (1)考勤管理功能。通過操作平臺專用管理軟件對下井人員進行下井次數(shù)、井下停留時間等信息分類統(tǒng)計，便于考核，實現(xiàn)工作人員的考勤統(tǒng)計管理功能和有關(guān)報表的打印。 (2)安全保障功能。系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)庫中儲存下來的歷史數(shù)據(jù)信息，可迅速知道井下人員及重要設(shè)備的分布情況，一旦出現(xiàn)礦井災(zāi)難，可對現(xiàn)場被困人員進行定位和搜尋，便于有效救護。 (3)生產(chǎn)調(diào)度功能。通過調(diào)用數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，可以查詢