藍(lán)牙井下人員定位系統(tǒng).doc

藍(lán)牙井下人員定位系統(tǒng)作者：安全文化網(wǎng)文章來(lái)源：安全文化網(wǎng)點(diǎn)擊數(shù)：701更新時(shí)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(shí)掌握井下人員的動(dòng)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(huì)帶來(lái)嚴(yán)重安全隱患，一旦事故發(fā)生，對(duì)井下人員的搶救又缺乏可靠信息，搶險(xiǎn)救災(zāi)、安全救護(hù)的效率低。針對(duì)煤礦目前現(xiàn)狀，我們率先在國(guó)內(nèi)采用遠(yuǎn)距離識(shí)別最新技術(shù)，開(kāi)發(fā)了藍(lán)牙井下人員定位系統(tǒng)，可對(duì)煤礦入井人員進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤和定位，隨時(shí)清楚掌握每個(gè)人員在井下的位置及活動(dòng)軌跡。如果發(fā)生災(zāi)變，還可立即從監(jiān)控計(jì)算機(jī)上查詢事故現(xiàn)場(chǎng)的人員位置分布情況、被困人員數(shù)量、遇險(xiǎn)人員撤退線路等信息，為事故搶險(xiǎn)提供科學(xué)依據(jù)。同時(shí)，也可利用本系統(tǒng)的呼叫功能及日?？记诠芾砉δ埽瑢?duì)礦井人員進(jìn)行管理。這一科技成果的實(shí)現(xiàn)，為煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)管理上臺(tái)階、上水平帶來(lái)了新的契機(jī)，將為我國(guó)煤礦的安全生產(chǎn)和事故后的搶險(xiǎn)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(shí)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(diǎn)，通過(guò)自身的技術(shù)力量開(kāi)發(fā)成功的高新技術(shù)產(chǎn)品，擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，尤其是采用最新藍(lán)牙技術(shù)實(shí)現(xiàn)井下人員定位,填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)信息技術(shù)領(lǐng)域的一項(xiàng)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(jìn)行獨(dú)立設(shè)計(jì)，完全可以滿足煤礦井下人員跟蹤定位的自動(dòng)化管理要求。同時(shí)可充分利用礦井已有煤礦監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)資源聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，有效節(jié)約投資，是國(guó)內(nèi)最先進(jìn)，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(shí)別，從而實(shí)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(dòng)發(fā)出代表自身身份的射頻信號(hào)，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(gè)基站，再由這個(gè)基站上傳，直至發(fā)送到數(shù)據(jù)中心站，傳入到到中心計(jì)算機(jī)，由中心計(jì)算機(jī)進(jìn)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(shí)時(shí)的觀察到井下工作人員的即時(shí)位置，實(shí)現(xiàn)井下人員定位,并且能區(qū)分井下人員等級(jí)，管理者如要找井下某個(gè)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(gè)目標(biāo)，也可以群呼。信息可以在第一時(shí)刻立即傳達(dá)到每一個(gè)人，每個(gè)人有緊急情況也可呼救井上管理中心,實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)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(diǎn)l將藍(lán)牙新技術(shù)運(yùn)用到礦山井下人員定位上,屬國(guó)內(nèi)首創(chuàng),由于藍(lán)牙采用跳頻通訊,一個(gè)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(yùn)行穩(wěn)定,擁有自主知識(shí)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(jià)廉.由于采用新技術(shù),成本降低,價(jià)格相當(dāng)與同類(lèi)產(chǎn)品的三分之一,功能卻更多,更完善由于產(chǎn)品價(jià)格低，使多數(shù)量布點(diǎn)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(duì)于調(diào)度日常生產(chǎn),搶險(xiǎn)救災(zāi)具有積極意義本產(chǎn)品獨(dú)創(chuàng)系統(tǒng)延伸功能.可隨礦井巷道的變化,在顯示頁(yè)面任意根據(jù)需要改動(dòng)本產(chǎn)品帶有故障自動(dòng)診斷功能,可自動(dòng)報(bào)警故障地點(diǎn),維護(hù)異常方便l遠(yuǎn)距離識(shí)別，無(wú)需將無(wú)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(shí)能夠連續(xù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。l系統(tǒng)運(yùn)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(shí)識(shí)別多個(gè)標(biāo)識(shí)卡。l井下人員跟蹤定位基站與地面中心站失去聯(lián)系時(shí)，基站仍能獨(dú)立工作,自動(dòng)存儲(chǔ)人員監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。l信號(hào)穿透力和繞射力強(qiáng)，系統(tǒng)識(shí)別標(biāo)識(shí)卡可做到無(wú)方向性。l識(shí)別距離不小于50米，最大可到200米。l無(wú)對(duì)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(shí)別快速移動(dòng)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(hù)方便。五、系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)查詢當(dāng)前井下人員分布根據(jù)各礦實(shí)際情況繪制井下巷道、采區(qū)圖，并在該圖上顯示各個(gè)區(qū)域當(dāng)前人數(shù)。該圖是動(dòng)態(tài)的，隨著井下人員的移動(dòng)，該圖顯示的各區(qū)域人數(shù)會(huì)隨時(shí)更新。在該圖上用鼠標(biāo)點(diǎn)擊，可以顯示某個(gè)選定區(qū)域的人員名單；進(jìn)一步點(diǎn)擊還可以顯示某個(gè)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(hào)，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(shí)輸入多個(gè)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(gè)或幾個(gè)人員指定不同顏色的特殊符號(hào)，如小圓圈、三角形、星形等，在井下巷道圖上實(shí)時(shí)動(dòng)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(shí)間，無(wú)論此人是否已經(jīng)上井。在該時(shí)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(jì)查詢進(jìn)入特殊區(qū)域人員對(duì)于井下的某些特殊區(qū)域，例如規(guī)定不準(zhǔn)一般人員進(jìn)入的危險(xiǎn)區(qū)域，在行蹤保留時(shí)段內(nèi)可以隨時(shí)進(jìn)行查詢，列出進(jìn)入該區(qū)域的人員和出、入時(shí)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(dòng)提取出每個(gè)下井人員的入、出井時(shí)間，從而形成考勤記錄，進(jìn)而形成各種考勤報(bào)表和查詢、統(tǒng)計(jì)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(lái)源：安全文化網(wǎng)點(diǎn)擊數(shù)：594更新時(shí)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(shí)掌握井下人員的動(dòng)態(tài)分布及作業(yè)情況，一旦事故發(fā)生，對(duì)井下人員的搶救缺乏可靠信息，搶險(xiǎn)救災(zāi)、安全救護(hù)的效率低。引入和運(yùn)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(guò)井下監(jiān)控節(jié)點(diǎn)向監(jiān)控中心傳送他們的位置信息，實(shí)時(shí)掌握每個(gè)人在井下的位置及活動(dòng)軌跡，對(duì)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(shí)，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(shí)別技術(shù) 1、1射頻識(shí)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(dòng)識(shí)別技術(shù)，它利用無(wú)線傳輸方式進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)通信，進(jìn)而達(dá)到自動(dòng)識(shí)別并交換信息的目的。近年來(lái)，自動(dòng)識(shí)別技術(shù)得到了快速普及和推廣，自動(dòng)識(shí)別方法多種多樣：條形碼是一種應(yīng)用廣泛、廉價(jià)的自動(dòng)識(shí)別術(shù)，但條形碼信息量小，不能改寫(xiě)；有觸點(diǎn)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(jī)械觸點(diǎn)的接通是不可靠的；RFID卻可以讓物品實(shí)現(xiàn)真正的自動(dòng)化管理，其優(yōu)勢(shì)非常明顯：存儲(chǔ)信息量大，每一個(gè)產(chǎn)品擁有獨(dú)一無(wú)二的ID號(hào)；讀寫(xiě)不需要光源，可以透過(guò)外部材料讀取數(shù)據(jù)；使用壽命長(zhǎng)，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(lèi)型的產(chǎn)品上；讀取距離更遠(yuǎn)，可以寫(xiě)入及存取數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)標(biāo)簽的內(nèi)容動(dòng)態(tài)改變；能夠同時(shí)處理多個(gè)標(biāo)簽；標(biāo)簽的數(shù)據(jù)存取有密碼保護(hù)，安全性更高；可以對(duì)RFID標(biāo)簽所附著的物體進(jìn)行追蹤定位。 1、2射頻識(shí)別系統(tǒng)組成 射頻識(shí)別系統(tǒng)主要由Tag、讀寫(xiě)器、天線等組成，一般還需要其他軟硬件的支持。 (1)讀寫(xiě)器。讀寫(xiě)器可以簡(jiǎn)化為兩個(gè)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(xiě)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(wú)源電子標(biāo)簽。電子標(biāo)簽由耦合元件和ASIC(IC)組成。無(wú)源電子標(biāo)簽，即沒(méi)有自己的電源供給的電子標(biāo)簽，由讀寫(xiě)器發(fā)出的高頻場(chǎng)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(chē)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(cè)到產(chǎn)生的任何錯(cuò)誤。CAN在微控制器之間需要互相通信或微控制器和遠(yuǎn)程的外圍器件要互相通信的情況下是一個(gè)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(dú)特的設(shè)計(jì)，與RS485相比具有突出的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性。CAN具有多主節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)特性，總線利用率高，數(shù)據(jù)傳輸速度快，可擴(kuò)充性好，通訊距離長(zhǎng)，加中繼器通訊距離可達(dá)數(shù)十千米，具有可靠的錯(cuò)誤處理和檢錯(cuò)機(jī)制，個(gè)別節(jié)點(diǎn)失效并不影響整個(gè)通訊網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行，實(shí)時(shí)性好等優(yōu)點(diǎn)。另外，CAN的雙向通信彌補(bǔ)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(shí)還可以實(shí)時(shí)修改井下某監(jiān)控接點(diǎn)信息。比較可知，RS-485網(wǎng)絡(luò)除了硬件成本、開(kāi)發(fā)難度比CAN-bus網(wǎng)絡(luò)稍具優(yōu)勢(shì)外其他性能方面都沒(méi)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(shí)間，產(chǎn)品的后期維護(hù)軟件開(kāi)發(fā)難度等計(jì)算在一起，RS-485的硬件成本優(yōu)勢(shì)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(jì) 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(kāi)發(fā)相應(yīng)的煤礦井下人員監(jiān)控節(jié)點(diǎn)，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(shí)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(shí)現(xiàn)井下人員及設(shè)備安全監(jiān)測(cè)工作。在坑道、作業(yè)面的交叉道口安裝監(jiān)控節(jié)點(diǎn)，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(xiě)器通過(guò)固定頻率的射頻載波向電子標(biāo)簽傳送信號(hào)，電子標(biāo)簽(工作人員隨身佩戴)進(jìn)入讀寫(xiě)器的天線工作區(qū)域后被激活，并將載有個(gè)人信息的射頻信號(hào)經(jīng)卡內(nèi)收發(fā)模塊發(fā)射出去；讀寫(xiě)器天線接收到電子標(biāo)簽發(fā)來(lái)的射頻信號(hào)，經(jīng)過(guò)處理后，提取出個(gè)人信息，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線送至井上監(jiān)控中心，記錄井下工作人員經(jīng)過(guò)地點(diǎn)、時(shí)間、活動(dòng)軌跡等實(shí)時(shí)信息，還可自動(dòng)生成考勤作業(yè)的統(tǒng)計(jì)與管理等方面的報(bào)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(diǎn) (1)RFID監(jiān)控節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)。監(jiān)控節(jié)點(diǎn)由讀寫(xiě)器、微控制器(MCU)、CAN節(jié)點(diǎn)組成。設(shè)計(jì)中讀寫(xiě)器使用的射頻芯片是RI-STU-650A，它具有抗干擾能力強(qiáng)、通信速率高、功耗低、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。考慮到成本等方面的問(wèn)題，設(shè)計(jì)時(shí)RFID采用的工作頻率為915MHz，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)測(cè)試，證明在傳輸距離及數(shù)據(jù)可靠性等方面，可以達(dá)到本系統(tǒng)的功能要求。讀寫(xiě)器與微控制器89C51間利用SPI串行接口進(jìn)行通信。CAN節(jié)點(diǎn)由三部分所構(gòu)成：獨(dú)立CAN控制器SJA1000、CAN驅(qū)動(dòng)器82C250和高速光電耦合器6N137。為了增強(qiáng)CAN節(jié)點(diǎn)的抗干擾能力，SJA1000并不是直接與82C250相連，而是通過(guò)高速光耦6N137與82C250相連，這樣就很好的實(shí)現(xiàn)了總線上各CAN節(jié)點(diǎn)間的電氣隔離。 (2)RFID監(jiān)控節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)。監(jiān)控節(jié)點(diǎn)單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)是使用C51和匯編語(yǔ)言混合編程，包括復(fù)位模塊、防沖突模塊、讀寫(xiě)模塊、通信模塊。當(dāng)Tag被驗(yàn)證為合法時(shí)，讀寫(xiě)器才正式讀/寫(xiě)Tag數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)信息處理之后，由CAN總線上傳到地面監(jiān)控心。當(dāng)Tag被驗(yàn)證為非法時(shí)，讀寫(xiě)器轉(zhuǎn)到直接復(fù)位應(yīng)答狀態(tài)，等待下次讀寫(xiě)操作開(kāi)始。 3、4系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的主要功能 (1)考勤管理功能。通過(guò)操作平臺(tái)專用管理軟件對(duì)下井人員進(jìn)行下井次數(shù)、井下停留時(shí)間等信息分類(lèi)統(tǒng)計(jì)，便于考核，實(shí)現(xiàn)工作人員的考勤統(tǒng)計(jì)管理功能和有關(guān)報(bào)表的打印。 (2)安全保障功能。系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)中儲(chǔ)存下來(lái)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(duì)現(xiàn)場(chǎng)被困人員進(jìn)行定位和搜尋，便于有效救護(hù)。 (3)生產(chǎn)調(diào)度功能。通過(guò)調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，可以查詢