矿井人员安全定位系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于定位设备技术领域，涉及一种矿井人员安全定位系统。
【背景技术】
[0002] 煤炭是我国重要的能源，在能源的生产及使用中大约占70%，估计到2050年还将 达到50 %以上。因而，在未来很长一段时间内，煤炭在我国的能源市场中仍将占据重要地 位，对促进我国的经济发展以及提高人民的日常生活水平有着举足轻重的作用。我国煤炭 资源丰富，具有高达6000亿吨的存储量，但分布不均匀，地质结构相对复杂。此外，我国煤 炭开采条件复杂、生产环境恶劣、生产过程繁杂、安全生产形势不容乐观，煤矿事故时有发 生，故煤矿企业的安全生产问题已经成为煤炭开采过程当中一个不容忽视的的主要因素。 近年来，中国、美国、印度和其他许多不同程度的能源超级大国逐渐将能源重心向煤炭倾 斜，使世界煤炭生产产量显著增长。当然煤炭在开采过程当中产生的安全问题受到广泛关 注。我国煤矿事故的特点是：危险性大、波及面广，对环境的破坏很大，容易形成许多伤亡， 造成极其恶劣的社会危害。
[0003] 如今，在我国大中型煤矿企业中，监测系统已被广泛应用于煤矿安全生产，使安全 生产形势在我国的煤矿企业中有相当大的改进，但是相比发达国家而言仍然存在较大差 距。而且近年来煤矿事故的频繁发生以及灾后救援效率偏低，均反映出现阶段监控系统存 在缺陷。目前的煤矿安全工作的研宄主要综合并应用多专业进行展开，如数值计算、报表分 析管理、图形绘制等，并未结合从底层设计与建立煤矿安全生产信息和通过网络平台进行 决策的煤矿安全生产工作特点，这不利于煤矿安全监察、实时管理和开展安全事故应急处 理的实施。一旦矿难事故发生，井上管理人员很难及时、动态获得井下人员的具体位置分布 以及作业情况，无法提供可靠信息，致使人员搜索抢救工作缓慢、效果差强人意。同时不能 有效地监察矿井的一些关键岗位和工种，一些检测员检测瓦斯不按规定执行，甚至伪造瓦 斯数据，也是煤矿安全生产存在隐患的重要因素。因此，规范管理井下作业人员，对煤矿下 井人员进行实时跟踪定位，即便发生矿难事故，地面监管人员通过上位机管理系统便可以 快速定位人员位置分布，为井下被困人员的搜救工作提供强有力的科学依据，减少人员伤 亡和一定程度的经济损失，对灾后快速重建工作具有一定的指导意义。
[0004] 随着无线通信技术、自动识别技术以及计算机网络技术在煤矿安全生产监测应用 领域中的不断发展，如何确定矿难事故中遇险人员的具体情况和分布位置得到进一步解 决。特别是射频识别（RFID)技术在我国的引进和开发，使井下人员实时定位变得可行。基 于RFID技术的矿井人员安全定位系统，其优势主要体现在井下人员的位置可以得到实时 监测，现有资源可以得到充分利用，煤矿企业人员管理机制得到有效加强，工作量得到一定 减轻，工作效率得到有效提高。除此之外，若发生事故，营救人员可以根据上位机管理系统 所提供的数据、图形等信息，快速掌握井下遇险人员的具体位置分布，及时指定相应的方案 措施开展营救工作，提高救援工作的效率，在提高煤矿安全管理和救灾工作方面起着重要 作用。因此该项研宄对煤矿行业安全生产方面有着重大意义。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种矿井人员安全定位系统，实现对井下人员的实时定位、 显示、管理等功能，实现矿井人员安全定位。
[0006] 本发明所采用的技术方案是，一种矿井人员安全定位系统，分为井上和井下两部 分，井上部分为上位机，井下部分为标签与阅读器，标签通过信号与阅读器连接，阅读器通 过RS485总线与上位机连接。
[0007] 本发明的特征还在于，阅读器由阅读器主控模块、阅读器无线射频模块、热释电红 外传感器模块、红外处理模块、报警模块、通信模块、阅读器电源模块、时钟模块和天线组 成，热释电红外传感器模块依次与红外处理模块、阅读器主控模块连接；报警模块、通信模 块、阅读器电源模块、时钟模块、阅读器无线射频模块分别与阅读器主控模块连接，天线与 阅读器无线射频模块连接。
[0008] 阅读器主控模块采用STC89C52RC单片机，包括中央处理器、数据存储器、程序存 储器、I/O接口、定时/计数器、异步串行口、带点可擦可编程只读存储器EEPROM以及看门 狗结构模块。
[0009] 阅读器无线射频模块采用nRF24L01无线收发芯片，由晶体振荡器、去耦电容器、 偏置电阻和天线组成一个单端匹配网络。
[0010] 热释电红外传感器模块上加装菲涅尔透镜。
[0011] 红外处理模块采用PS202芯片，由振荡器、模数转换器、窄带和低通滤波器、串行 接口及电平比较器组成。
[0012] 标签由标签主控模块、标签无线射频模块、标签电源模块和外围串行接口、标签天 线组成，外围串行接口、标签主控模块、标签无线射频模块分别与标签电源模块连接，外围 串行接口、标签主控模块、标签无线射频模块之间依次连接，标签天线与标签无线射频模块 连接。
[0013] 本发明的有益效果是，综合RFID技术与单片机技术构建的井下人员定位系统研 宄现状，结合红外探测技术，重点研宄了 RFID技术、热释电红外探测技术与上位机所构建 的安全定位系统。对阅读器与标签芯片进行选型，设计出相应的RFID阅读器与标签硬件系 统。标签中微处理器和无线模块的功耗最大，所以要选择具有超低功耗的微处理器和无线 射频芯片。在满足标签功能的前提条件下，尽量要选择高集成化芯片，这样便会减少外围 器件，对降低功耗起到一定的作用。有源标签是否能够正常工作取决于电池电量的高低，所 以要尽量选择宽范围工作电压的芯片，保证标签在较低的工作电压下也能正常工作。而且 标签上配有电源开关，使用时手动打开，不使用时应手动关闭，以节约电量延长电池供电时 间。选择STC89C52RCRC/RD+系列核心芯片就能满足系统的设计要求，该系列单片机运行速 度高、功耗低，具有很强的抗干扰能力，指令代码完全与传统8051单片机兼容。故本系统选 择STC89C52RC单片机，以满足系统的性能要求。nRF24L01无线收发芯片。其内部集成了 功率放大器、晶体振荡器、频率合成器、调制器等模块，并将增强型ShockBurst技术进行融 合，其中输出功率、地址和通信频道可以通过程序对其进行配置，适合于多通道通信，且该 芯片的功耗很低。本系统采用有源标签，故无线射频模块不需要提高发射功率就可以实现 远距离的数据通信。
【附图说明】
[0014] 图1是本发明的结构示意图。
[0015] 图2是阅读器的结构框图。
[0016] 图3是标签的结构框图。
[0017] 图4是阅读器无线射频模块的外部结构图。
[0018] 图5是阅读器无线射频模块外围电路图。
[0019] 图6是nRF24L01无线射频芯片与单片机的应用电路图。
[0020] 图7是热释电效应的形成原理图。
[0021] 图8是红外处理模块的引脚图。
[0022] 图9是红外处理模块内部结