基于射頻通訊的井下人員跟蹤定位系統(tǒng)技術(shù)研究

1、基于射頻通訊的井下人員跟蹤定位系統(tǒng)技術(shù)研究 摘要：基于射頻通訊的井下人員跟蹤定位系統(tǒng)是依靠井下現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)實 現(xiàn)了無線與有線通訊相結(jié)合的簡單高效的人員跟蹤與定位?？蓪崿F(xiàn)井 下人員的定位與跟蹤、生產(chǎn)調(diào)度指揮的直觀化、考勤與管理的遠程自 動化和數(shù)字化以及突發(fā)情況的報警。關(guān)鍵詞：射頻通訊人員跟蹤定位高頻無線收發(fā)模塊 井下人員在巷道的位置大多是動態(tài)的，有些巷道長達幾十公里，因此 對人員的定位是很重要的。尤其在突發(fā)事件時迅速判斷險區(qū)人員的數(shù) 量拉置、身份，就能采取措施及時救助，把事故的損失和影響降到最 低限度。人員定位跟蹤系統(tǒng)就具有這種功能，而且還可以提供監(jiān)視區(qū) 域內(nèi)的人數(shù)、工作區(qū)間歷史記錄和實時記錄的統(tǒng)計

2、報表。1 技術(shù)要求井下人員跟蹤定位系統(tǒng)技術(shù)為井下采煤作業(yè)的實際環(huán)境所限。目前我 國煤礦井下照明條件使得視頻信號對人員身份的界定方案不可行，而 且視頻監(jiān)視限于主巷道、工作面等區(qū)域，對于幾十公里的全礦區(qū)檢測 必須采用人員身份電子化的信號檢測。具體要求以下幾個方面 :(1) 系統(tǒng)能根據(jù)實際需要覆蓋井下巷道 ;(2) 系統(tǒng)依靠現(xiàn)有井下網(wǎng)絡(luò)，無需重新布線 ;(3) 及時反映井下人員的實際位置，實現(xiàn)人員跟蹤 ;(4) 實現(xiàn)人員身份界定，為礦井管理考勤提供信息 ;(5) 人員信息數(shù)字化，實現(xiàn)管理與檢測的無人值守 ;(6) 突發(fā)事件時能夠通知所有井下人員及時撤離。2 硬件實現(xiàn) 基于射頻通訊的井下人員跟蹤定位系

3、統(tǒng)，以性能優(yōu)異的無線收發(fā)一體 數(shù)傳模塊PTR2000為核心，以單片機配合其數(shù)據(jù)收發(fā)，依靠井下現(xiàn)有 網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)無線與有線通訊相結(jié)合的簡單高效的人員跟蹤與定位。PTR2000芯片的顯著特點是所需外圍元件少， 設(shè)計非常方便。該模塊在 內(nèi)部集成了高頻發(fā)射、高頻接收、PLL合成、FSK調(diào)制/解調(diào)、參量放大、 功率放大、頻道切換等功能。是目前集成度較高的無線數(shù)傳產(chǎn)品。PTR200的主要特性如下：(1) 該器件將接收和發(fā)射合為一體 ;(2) 工作頻率為國際通用的數(shù)傳頻段 433MHz;(3) 采用FSK調(diào)制/解調(diào)，可直接進行數(shù)據(jù)輸入/輸出，抗干擾能力強，特 別適合工業(yè)控制場合 ;(4) 采用DDS直接數(shù)字合成

4、)與 PLL頻率合成技術(shù)，因而頻率穩(wěn)定性極好；(5) 靈敏度高達 105dBm;(6) 最大發(fā)射功率可達 +10dBm;(7) 工作電壓低(2.7v),功耗小，接收待機狀態(tài)電流僅為 8卩A;(8) 具有兩個頻道，可滿足需要多信道工作的場合 ;(9) 工作速率最高達 20kbit/s，超小體積，約 40 X 27 x 5mm;（10）可直接與CPU串口進行連接（如8031）,也可以用PS232與計算機接 口，軟件編程非常方便 ;（11）標準的 DIP 引腳間距更適合于嵌入式設(shè)備 ;（12）由于采用了低發(fā)射功率、 高接收靈敏度的設(shè)計, 因此使用時無需申 請許可證，開闊地時的使用距離最遠可達 100

5、0m,PTR2000管腳圖如圖1。各引腳的功能說明如下:VCC（1腳）正輸入端，電壓范圍為2.7 5.25V;CS（2腳）:頻道選擇端。CS= 0時，選擇工作頻道1,即433.92MHz;CS =1時選擇工作頻道2,即434.33MHz;D0（3腳）:數(shù)據(jù)輸出端；DI（4腳）:數(shù) 據(jù)輸入端;GND（5腳）:電源;PWR（6腳）:節(jié)能控制端。當(dāng)PWR= 1時，模塊 處于正常工作狀態(tài);PWR=0時，模塊處于待機微功耗狀態(tài)；TXEN（7腳）: 發(fā)射/接收控制端。當(dāng)TXET= 1時，模塊為發(fā)射狀態(tài)；當(dāng)TXEN= 0時，模塊被設(shè)置為接收狀態(tài)。PTR2000可與計算機串口進行通訊，此時需要在中間簡單的接一

6、個RS232電平轉(zhuǎn)換芯片，女口 MAX232等。也可與單片機（如 89C52配合使 用，直接接單片機的串口或I/O 口。連接時，PTR2000無線MODEM的 DI端應(yīng)接單片機串口的發(fā)送端，DO接單片機串口的接收端。利用單片 機的 I/O 可以控制模塊的發(fā)射控制、頻道轉(zhuǎn)換和低功耗模式。3 軟件編程實現(xiàn)在軟件編程過程中，對 PTR2000的工作模式和工作頻道的選擇尤為重要。發(fā)送PTR200的通信速率最高為 20kb/s,也可工作在其它速率如4800bps.9600bps下。在發(fā)送數(shù)據(jù)之前，應(yīng)將模塊先置于發(fā)射模式，即 TXEN=1然后在等待至少5ms后（接收到發(fā)射的轉(zhuǎn)換時間）才可以發(fā)送 任意長度的

7、數(shù)據(jù)。接收時應(yīng)將 ptr2000置于接收狀態(tài)，即TXEN=0然 后將接收到的數(shù)據(jù)直接送到單片機串口或經(jīng)電平轉(zhuǎn)換后送到計算機。 待機模式，當(dāng)PWR=O時，PTR2000進入節(jié)電待機模式，此時的功耗大 約為8A,在待機模式下不能接收和發(fā)射數(shù)據(jù)。PTR2000在無信號時，串口輸出的是隨機數(shù)據(jù)，此時 換行，定義一個簡單的通信協(xié)議，在發(fā) 送時，在有效數(shù)據(jù)之前加兩個字節(jié)的起始位標志，以便在接收方的軟 件中檢測該標志并將其作為正式數(shù)據(jù)的開始。為了使系統(tǒng)能夠可靠地 通信，考慮數(shù)據(jù)的檢錯，采用奇偶校驗方式。為了實現(xiàn)人員身份定位，對每一個井下人員確定一個身份編碼，存入 所攜帶的發(fā)射模塊，在井下依靠對此模塊發(fā)射出的

8、特殊身份編碼來監(jiān) 測和識別人員身份。同時依靠井下網(wǎng)絡(luò)布設(shè)多個接收模塊，布設(shè)間距 可以參考PTR2000參數(shù)表，考慮到井下特殊環(huán)境，實地的實驗數(shù)據(jù)更 為可靠。對每一個接收模塊，分配一個獨立地址編碼，此編碼表示該 接收模塊的實際位置。當(dāng)接收模塊接收到一個人員所攜帶發(fā)射模塊發(fā) 射的人員編碼后，將此編碼與自身編碼合為一個發(fā)送碼通過網(wǎng)絡(luò)送往 監(jiān)控PC機。在監(jiān)控端，監(jiān)控程序通過對同一個人的身份編碼與不同接 收模塊的地址編碼的組合碼的連續(xù)分析， 就實現(xiàn)了人員的跟蹤與定位。 將此信息在顯示屏上實時顯示，可直觀地觀察到井下人員的位置、身 份。將此信息輸入管理數(shù)據(jù)庫，可實現(xiàn)人員考勤與管理的遠程自動化 和數(shù)字化。對于個人所攜帶的發(fā)射端，設(shè)置為每秒鐘交替進入發(fā)射與 接收狀態(tài)，對于接收端的各個節(jié)點， 當(dāng)收到一個有效人員身份信號后， 進入發(fā)射狀態(tài)，發(fā)射一個井上監(jiān)控機發(fā)來的安全信號。當(dāng)有突發(fā)事件 時，此信號變?yōu)閳缶盘?，及時通知所有井下人員撤離。4 結(jié)束語基于射頻通訊的井下人員跟蹤定位系統(tǒng)依靠井下現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)了無線 與有線通訊相結(jié)合的簡單高效的人員跟蹤與定位。在礦井發(fā)生突變或 緊急情況時，還可使井下作業(yè)人員在最短時間內(nèi)收到緊急