專利名稱：多功能無線定位搜救儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種定位儀，尤其涉及一種用于人員考勤、定位追蹤、工作監(jiān)察、搶險搜救的多功能無線定位搜救儀。
背景技術(shù)：
近年來，煤礦高瓦斯礦井的在數(shù)量不斷增加，如何加強(qiáng)安全生產(chǎn)，提高搜救工作效率，成為亟需解決的問題。通常煤礦發(fā)生的特大事故時，主要問題集中在以下幾個方面(1) 地面與井下人員的信息溝通不及時；(2)地面人員難以及時動態(tài)掌握井下人員的分布及作業(yè)情況，進(jìn)行精確人員定位；(3) —旦煤礦事故發(fā)生，搶險救災(zāi)、安全救護(hù)的效率低，搜救效^^^ ο為此，如何正確處理安全與生產(chǎn)、安全與效益的關(guān)系，如何準(zhǔn)確、實(shí)時、快速履行煤礦安全監(jiān)測職能，有效進(jìn)行礦工管理，保證搶險救災(zāi)、安全救護(hù)的高效運(yùn)作顯得尤為重要和緊迫。提升安全生產(chǎn)信息化管理水平，加強(qiáng)以災(zāi)害預(yù)防、搜救為主要目標(biāo)的安全生產(chǎn)長效機(jī)制，是我國安全生產(chǎn)工作的必由之路。在當(dāng)今所進(jìn)行的各種搜救工作中，常用到的定位搜救設(shè)備為紅外生命搜救儀，其能夠感應(yīng)7 14微米波長范圍內(nèi)的紅外光，可以偵測來自生物體內(nèi)產(chǎn)生的熱能，并將偵測到的熱源信息提示給操作者，從而達(dá)到搜救被困人員的目的。如圖1A，1B，2A以及2B所示， 所述紅外生命搜救儀的探頭部分，由四個獨(dú)立傳感器(A、B、C、D)組成，可工作于兩種工作模式，分別用于大型生命體的探測和小型生命體的探測。在使用該搜救儀進(jìn)行搜救時，如希望探測大型生命體(例如人)時，可偵測出A+D及B+C傳感器之間溫度的差異，若A+D的溫度>8+(的溫度，人可被偵測出來；如希望探測小型生命體(例如兔子)時，可偵測出A+C及 B+D傳感器之間溫度的差異，若A+C的溫度> B+D的溫度，那么兔子就可被偵測出來。這種探測方式，偵查范圍可從幾米到數(shù)百米，每接收一個熱源的信號，就能顯示一個紅外強(qiáng)度， 使用靈活方便，可用于夜間搜救，以及弱小目標(biāo)的識別和跟蹤。但是，其缺點(diǎn)也是顯而易見的該種探測方式要求低濕無風(fēng)的單純空間，而熱源溫度必須高于周圍環(huán)境。而且容易發(fā)生誤判。例如用于探測大型生命體(例如人)時，若A+D的溫度=B+C的溫度，則人就無法被偵測出來；用于探測小型生命體(例如兔子)時，若A+C的溫度=B+D的溫度，則兔子就無法被偵測出來。很顯然，這種類型的搜救儀，不適合在井下使用，特別是在事故發(fā)生后進(jìn)行救援時，更是難以滿足苛刻的檢測條件。在現(xiàn)有技術(shù)中，還包括一種通過對聲、光、溫度等特定信息進(jìn)行探測從而完成搜救的“生命探測系統(tǒng)”，該系統(tǒng)主要包括光學(xué)探生儀、聲波/振動探生儀和紅外熱像儀。其中， 光學(xué)探生儀可以深入地下20米的廢墟中尋找被困者。它的探頭直徑為3. 2厘米，探頭一轉(zhuǎn)， 就能看清四周事物，并很快將其“看”到的一切景象傳送到地面工作人員手中。它不僅可以探測生命，而且可以將被困者身邊的險情用圖片反映出來，更有利于組織救援；而聲波/振動探生儀利用聲波及振動探測生命，能檢測到到從0. 1到3000Hz的任何聲音；另外，其紅外熱像儀主要通過發(fā)射紅外線，探索被困人員的體溫，形成圖像輪廓。該生命探測系統(tǒng)不怕灰
3塵和黑暗，能鉆縫。人類和搜救犬無法工作的情況下，它卻可以進(jìn)出自如，將自己探測到的情報迅速成像傳輸給科研人員，使救援工作快速展開。不僅適用于地震、塌陷等自然災(zāi)害， 也可用于軍事救援、防恐怖事件等等。但是對于深達(dá)數(shù)百米的煤礦來說，該系統(tǒng)的使用也有局限性該系統(tǒng)受探頭長度限制，往往不可能深入幾百米以下的事故發(fā)生地進(jìn)行圖像探測， 所以用于煤礦事故搜救，尤其是深井煤礦，只能依靠聲波/振動探測生命，定位能力稍顯不足。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種多功能無線定位搜救儀，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的搜救儀搜索靈敏度低，對環(huán)境條件要求高，定位能力不足的問題。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種多功能無線定位搜救儀，所述搜救儀包括控制核DSP，用于計算和處理各種數(shù)據(jù)信號，并在所述無線定位搜救儀的各模塊之間進(jìn)行協(xié)調(diào)和管理；存儲器，與所述控制核DSP相連接，用于信號及常見指令的寄存；射頻系統(tǒng)控制模塊，所述射頻系統(tǒng)控制模塊與所述控制核DSP相連接，用于對射頻信號進(jìn)行編碼、調(diào)制、解調(diào)以及解碼；與所述射頻系統(tǒng)控制模塊相連的天線，所述射頻系統(tǒng)控制模塊對該天線進(jìn)行饋電控制；音頻系統(tǒng)控制模塊，所述音頻系統(tǒng)控制模塊與所述控制核DSP相連接，用于對聲波信號進(jìn)行編碼、調(diào)制、解調(diào)以及解碼；聲波發(fā)生器以及聲波探頭，所述聲波發(fā)生器、聲波探頭與所述音頻系統(tǒng)控制模塊相連并受其控制；以及電源，用于對所述多功能無線定位搜救儀的各單元供電。從以上技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明有以下有益效果(1)本發(fā)明提供的多功能無線定位搜救儀，可單獨(dú)作為手持式讀卡器使用，實(shí)現(xiàn)普通的人員考勤和管理，亦可構(gòu)建無線網(wǎng)絡(luò)，為各讀卡器持有者和網(wǎng)絡(luò)終端的通信以及人員管理和高精度定位提供支持，特別適用于井下事故后人員的安全搜救和事故搶險。(2)本發(fā)明提供的多功能無線定位搜救儀，克服傳統(tǒng)RFID讀卡設(shè)備定位精度不足、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)脆弱、通信抗干擾能力差的的缺點(diǎn)，利用射頻、音頻、紅外多介質(zhì)綜合傳輸分析，提供靈活可靠的定位方式，并且在事故發(fā)生后，通信網(wǎng)絡(luò)具備自愈能力。(3)本發(fā)明提供的多功能無線定位搜救儀，遵守802. Ilb協(xié)議，與互聯(lián)網(wǎng)兼容，依托成熟的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，組網(wǎng)便利，可推廣性極強(qiáng)。


圖IA為使用現(xiàn)有技術(shù)紅外生命搜救儀對大型生命體進(jìn)行有效探測的原理說明圖；圖IB為使用現(xiàn)有技術(shù)紅外生命搜救儀對大型生命體進(jìn)行探測的原理說明圖；_圖2A為使用現(xiàn)有技術(shù)紅外生命搜救儀進(jìn)行小型生命體進(jìn)行有效探測的原理說明圖2B為使用現(xiàn)有技術(shù)紅外生命搜救儀進(jìn)行小型生命體進(jìn)行探測的原理說明圖；圖3為本發(fā)明提供的多功能無線定位搜救儀的系統(tǒng)框圖。圖4為本發(fā)明所述識別卡的系統(tǒng)框圖。
具體實(shí)施例方式為使于本領(lǐng)域一般技術(shù)人員能夠?qū)Ρ景l(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合某識別卡在安全模式以及事故模式下的工作過程為具體實(shí)例，并參照附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。所圖3所示，本發(fā)明所述多功能無線定位搜救儀，包括有控制核DSP 1，用于計算和處理各種數(shù)據(jù)信號，并在所述無線定位搜救儀的各模塊之間進(jìn)行協(xié)調(diào)和管理；存儲器，與所述控制核DSP相連接，用于信號及常見指令的寄存；射頻系統(tǒng)控制模塊3，所述射頻系統(tǒng)控制模塊3與所述控制核DSPl相連接，用于對射頻信號進(jìn)行編碼、調(diào)制、解調(diào)以及解碼；與所述射頻系統(tǒng)控制模塊3相連的天線4，所述所述射頻系統(tǒng)控制模塊3對該天線 4進(jìn)行饋電控制，所述天線4為相控陣天線，包括多個互成角度的天線面陣； 音頻系統(tǒng)控制模塊5，所述音頻系統(tǒng)控制模塊5與所述控制核DSPl相連接，用于對聲波信號進(jìn)行編碼、調(diào)制、解調(diào)以及解碼；聲波發(fā)生器6以及聲波探頭7，所述聲波發(fā)生器6、聲波探頭7與所述音頻系統(tǒng)控制模塊5相連并受其控制；以及用于對所述多功能無線定位搜救儀的各單元供電的電源。進(jìn)一步地，所述多功能無線定位搜救儀還包括紅外系統(tǒng)控制模塊8、紅外探頭9， 所述紅外控制模塊8與紅外探頭9相連接，用于在惡劣環(huán)境下輔助通信。在本發(fā)明所述多功能無線定位搜救儀中，控制核DSPl為運(yùn)算主控模塊，以射頻系統(tǒng)控制模塊3、音頻系統(tǒng)控制模塊5以及紅外控制模塊8作為信號處理模塊，而以相控陣天線4、聲波發(fā)生器6、聲波探頭陣列7以及紅外探頭9為通信接口。在本發(fā)明的一個較佳實(shí)施例中，所述多功能無線定位搜救儀進(jìn)行的射頻通信所使用的是2. 4G電磁波，執(zhí)行802. Ilb通信協(xié)議；而所述聲波發(fā)生器可發(fā)射IOOHz的聲波，所述聲波探頭7為聲波傳感器陣列，其陣元空間結(jié)構(gòu)依據(jù)定位算法布置，可檢測20KHz和50Hz 兩種頻率的聲波；所述紅外探頭可偵測到8微米-13微米的紅外光。進(jìn)一步地，所述天線面陣由二維排列的輻射單元和移相器組成，所述天線各個天線面陣發(fā)出的電磁輻射均為窄波束電磁波，對周圍空間實(shí)現(xiàn)全向電子掃描。進(jìn)一步地，本發(fā)明所述多功能無線定位搜救儀還包括有存儲器2用于信號及常見指令的寄存。在本發(fā)明的一個較佳實(shí)施例中，本發(fā)明所述多功能無線定位搜救儀與一智能識別卡配套使用，該智能識別卡，包括有數(shù)據(jù)處理單元11，用于處理數(shù)據(jù)對所述智能識別卡進(jìn)行控制；射頻控制模塊13與天線14，所述射頻控制模塊13分別與所述數(shù)據(jù)處理單元11以及天線14相連接，并在該數(shù)據(jù)處理單元11控制下，控制天線收發(fā)射頻信號，以完成基本通信以及區(qū)域定位的功能，該智能識別卡通過天線14收發(fā)射頻信號，并完成智能識別卡與其他外設(shè)的通信，通信過程遵守802. Ilb協(xié)議，卡片與WiFi網(wǎng)絡(luò)兼容；音頻控制模塊15、蜂鳴器16以及聲波探頭17，所述音頻控制模塊15與所述數(shù)據(jù)處理單元11、所述蜂鳴器16以及聲波探頭17分別相連接，其在所述數(shù)據(jù)處理單元11的控制下，控制蜂鳴器16發(fā)出高頻或低頻聲波信號，所述聲波探頭17用于檢測搜救信號，并將相應(yīng)的信號通過所述音頻控制模塊15傳輸給所述數(shù)據(jù)處理單元11，；以及用于為所述識別卡提供電能的電源。在實(shí)際應(yīng)用中，天線14接收到信號后，經(jīng)射頻控制模塊13解調(diào)解碼后送至數(shù)據(jù)處理模塊11，數(shù)據(jù)處理模塊1依預(yù)設(shè)程序，將相應(yīng)的信息編碼后，經(jīng)射頻控制模塊13編碼調(diào)制后經(jīng)天線14輸出。該智能識別卡還包括紅外控制模塊18以及紅外LED19，所述紅外控制模塊18與紅外LED19相連接，所述數(shù)據(jù)處理單元11可管理紅外控制模塊18編碼信號，經(jīng)紅外LED19輸出，用于惡劣環(huán)境下輔助通信，提高可靠度。而紅外LED19所發(fā)射的紅外編碼信號的波段位于8um 13um之間。本發(fā)明所述多功能無線定位搜救儀具有兩種不同的工作模式，即安全模式以及搜救模式。在實(shí)際使用過程中，可以由使用者人工選擇工作模式，當(dāng)使用者選擇的是搜救模式，則發(fā)出低頻的搜救信號，并檢查是否有來自識別卡的應(yīng)答信號；當(dāng)使用者選擇選安全模式，則按照安全模式下的射頻信息識別以及高頻聲波精細(xì)定位程序?qū)λ鲎R別卡中的識別碼的讀取，此時，如果發(fā)生例如通信中斷等意外，在經(jīng)過預(yù)設(shè)的自檢等待時間后，自動跳轉(zhuǎn)至搜救模式，在本發(fā)明一較佳實(shí)施例中，優(yōu)選地，所述自檢等待時間為十分鐘。當(dāng)所述多功能無線定位搜救儀處于安全模式時，所述多功能無線定位搜救儀應(yīng)用射頻識別技術(shù)，對所述識別卡中的信息加以讀取。其中，所述識別卡通過天線14接收和傳輸微波信號，如被管理人員身份的數(shù)據(jù)信息，所述搜救儀則與計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接，通過其天線 4向所述識別卡發(fā)出一定頻率的查詢信號，所述識別卡接收到查詢信號后通過天線，以電磁波的形式發(fā)出一反饋信號，該反饋信號中包含有諸如人員代碼之類的信息，搜救儀通過天線接收這個信息，將其轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)解碼后提取所需信息，通過網(wǎng)絡(luò)，回傳給終端處理
ο而當(dāng)所述多功能無線定位搜救儀處于搜救模式時，所述多功能無線定位搜救儀在搜救模式下的工作方法為由所述搜救儀通過聲波發(fā)生器6發(fā)射IOOHz的低頻聲波，并由所述聲波探頭7偵聽識別卡的應(yīng)答信號；當(dāng)所述識別卡的聲波探頭17搜索到了相應(yīng)的搜救信號后，該聲波探頭17將相應(yīng)的信號通過所述音頻控制模塊15傳輸給所述數(shù)據(jù)處理單元11， 再由所述數(shù)據(jù)處理單元11控制音頻控制模塊15，通過所述蜂鳴器16發(fā)出低頻聲波應(yīng)答信號；當(dāng)所述搜救儀檢測到了識別卡發(fā)出的低頻聲波信號后，通過應(yīng)答信號的到達(dá)搜救儀的時間判斷所述識別卡與該搜救儀之間的距離，應(yīng)答信號到達(dá)最早的距離最近，將與該識別卡相距最近的搜救儀視為主搜救儀，選擇其附近的至少兩個搜救儀作為副搜救儀，由所述主搜救儀與所述副搜救儀共同構(gòu)成定位組；由主搜救儀向識別卡發(fā)送遠(yuǎn)距離定位口令，所述識別卡啟動遠(yuǎn)距離搜救定位程序，進(jìn)行搜救定位。進(jìn)一步地，所述遠(yuǎn)距離搜救定位進(jìn)一步包括如下步驟首先由識別卡發(fā)射50Hz的音頻求救信號，同時將定位組中的搜救儀的計時器清零并記錄下一個求救信號到達(dá)時間；由主搜救儀的控制核DSPl依據(jù)本定位組搜救儀的相對位置以及求救信號的到達(dá)時間計算出信源與搜救儀的相對位置，完成遠(yuǎn)距離定位。在本發(fā)明的一個較佳實(shí)施例中，所述識別卡的應(yīng)答信號為頻率為50Hz的低頻聲波。而在實(shí)際深井救援中，尤其是遠(yuǎn)距離救援的時候，需要首先確定被困人員的大體位置，此時使用一臺所述多功能搜救儀，檢測大體的方位并估計距離即可，而鑒于電磁波和高頻聲波的穿透能力有限，所以采用低頻聲波信號來計算識別卡和搜救儀之間的距離。而當(dāng)確定了被困人員的大體方位和距離后，救援工作可以馬上展開。當(dāng)救援工作進(jìn)行到一定程度(例如挖掘得離待救援人員比較近了)，可以使用更高一些頻率的聲波來二次測量定位，這時的精度會提高一些。如此推進(jìn)，直到救援成功。在這個過程中，使用都可依據(jù)事故發(fā)生的情況，例如深度等等因素，靈活選用不同頻率的聲波，實(shí)現(xiàn)測量定位。進(jìn)一步地，本發(fā)明所述多功能搜救儀中所述的紅外系統(tǒng)控制模塊8與紅外探頭9 以及所述智能識別卡中所包括的紅外控制模塊18與紅外LED19主要用于輔助通信，由紅外控制模塊18將控制核需要向外傳遞的信息編碼并轉(zhuǎn)換為紅外信號并通過所述紅外LED19 發(fā)射，再由紅外探頭9采集上述紅外信號，并將采集到的紅外信號由紅外系統(tǒng)控制模塊8轉(zhuǎn)換為電信號并解碼，提取有用參數(shù)給控制核。以上所述的具體實(shí)施實(shí)例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)的說明。所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施實(shí)例而已，并不用于限制本發(fā)明。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所做的任何修改、等同替換或者改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種多功能無線定位搜救儀，其特征在于，所述無線定位搜救儀控制核DSP(I)，用于計算和處理各種數(shù)據(jù)信號，并在所述無線定位搜救儀的各模塊之間進(jìn)行協(xié)調(diào)和管理；存儲器O)，與所述控制核DSP(I)相連接，用于信號及常見指令的寄存；射頻系統(tǒng)控制模塊(3)，所述射頻系統(tǒng)控制模塊C3)與所述控制核DSP(I)相連接，用于對射頻信號進(jìn)行編碼、調(diào)制、解調(diào)以及解碼；與所述射頻系統(tǒng)控制模塊(3)相連的天線G)，所述射頻系統(tǒng)控制模塊(3)對該天線 ⑷進(jìn)行饋電控制；音頻系統(tǒng)控制模塊(5)，所述音頻系統(tǒng)控制模塊(5)與所述控制核DSP(I)相連接，用于對聲波信號進(jìn)行編碼、調(diào)制、解調(diào)以及解碼；聲波發(fā)生器(6)以及聲波探頭(7)，所述聲波發(fā)生器(6)、聲波探頭(7)與所述音頻系統(tǒng)控制模塊( 相連并受其控制；以及電源，用于對所述多功能無線定位搜救儀的各單元供電。
2.如權(quán)利要求1所述的多功能無線定位搜救儀，其特征在于，所述天線(4)為相控陣天線，包括多個互成角度的天線面陣。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多功能無線定位搜救儀，其特征在于，所述天線面陣由二維排列的輻射單元和移相器組成，所述天線對周圍空間實(shí)現(xiàn)全向電子掃描。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多功能無線定位搜救儀，其特征在于，所述天線(4)的各個天線面陣發(fā)出的電磁輻射均為窄波束電磁波。
5.如權(quán)利要求1所述的多功能無線定位搜救儀，其特征在于，所述聲波探頭(7)為聲波傳感器陣列，用于檢測高頻以及低頻聲波。
6.如權(quán)利要求2-5中任一項權(quán)利要求所述的多功能無線定位搜救儀，其特征在于，所述多功能無線定位搜救儀設(shè)定有安全模式以及搜救模式兩種工作模式。
7.如權(quán)利要求6所述的多功能無線定位搜救儀，其特征在于，當(dāng)所述多功能無線定位搜救儀處于搜救模式下時，由所述搜救儀通過聲波發(fā)生器(6)發(fā)射低頻聲波信號，并由所述聲波探頭(7)偵聽的應(yīng)答信號，所述搜救儀在接收到應(yīng)答信號后發(fā)出遠(yuǎn)距離定位口令， 進(jìn)行搜救定位。
8.如權(quán)利要求6所述的多功能無線定位搜救儀，其特征在于，所述智能識別卡還包括紅外控制模塊(8)、紅外探頭(9)，所述紅外控制模塊⑶與紅外探頭(9)相連接，用于在惡劣環(huán)境下輔助通信。
9.如權(quán)利要求9所述的多功能無線定位搜救儀，其特征在于，所述紅外探頭(9)發(fā)射的紅外編碼信號的波段位于大氣窗口內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多功能無線定位搜救儀，包括用于計算和處理各種數(shù)據(jù)信號，并在所述無線定位搜救儀的各模塊之間進(jìn)行協(xié)調(diào)和管理的控制核DSP；與所述控制核DSP相連接，用于對射頻信號進(jìn)行處理的射頻系統(tǒng)控制模塊；與所述射頻系統(tǒng)控制模塊相連并由其進(jìn)行饋電控制的天線；與所述控制核DSP相連接，用于對聲波信號進(jìn)行處理的音頻系統(tǒng)控制模塊；與所述音頻系統(tǒng)控制模塊相連的聲波發(fā)生器、聲波探頭。本發(fā)明所述多功能無線定位搜救儀利用射頻、音頻、紅外多介質(zhì)綜合傳輸分析，提供靈活可靠的定位方式，并且在事故發(fā)生后，通信網(wǎng)絡(luò)具備自愈能力；另外，本發(fā)明所述搜救儀遵守802.11b協(xié)議，與互聯(lián)網(wǎng)兼容，組網(wǎng)便利，可推廣性強(qiáng)。
文檔編號E21F11/00GK102421058SQ20101029316
公開日2012年4月18日 申請日期2010年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月27日
發(fā)明者晁頂, 景玉鵬, 李鋼, 趙舵, 高超群 申請人:晁頂, 景玉鵬, 李鋼, 趙舵, 高超群