專利名稱：地震及井下被困人員搜救系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于電子與信息領域，特別是涉及一種地震及井下被困人員搜救系統(tǒng)它是為地震或礦難發(fā)生后的被困人員提供一種求救方式，為救援人員 提供一種了解被困人數(shù)、確定施救區(qū)域的搜救工具。
背景技術：
中國是震災頻發(fā)的國家，加強地震現(xiàn)場的應急搜救，是保障人民生命安全、 減輕地震災害的有效途徑。如今，用鋼筋、預制板建成的高樓大廈到處聳立， 而一旦遇到強烈地震倒塌后將給救援工作帶來很大影響，1976年發(fā)生的唐山大 地震中，就是因為缺少設備，使很多被埋壓受傷人員未能被及時發(fā)現(xiàn)得到搶救 而造成死亡。目前地震災害中，僅依靠現(xiàn)有設備很難發(fā)現(xiàn)埋壓在廢墟深處的人 員，急需發(fā)明一種有效的專業(yè)搜救設備。另外，在煤礦等礦井下，由于地質(zhì)情況復雜，產(chǎn)生危險的可能性大，通常 要安裝井下人員監(jiān)測系統(tǒng)，但這種監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸必須通過電纜、光纖或 無線監(jiān)測節(jié)點等傳輸網(wǎng)絡傳送，可是在礦難時由于塌方等原因，很可能造成電 纜、光纖或監(jiān)測節(jié)點斷裂、燒毀、故障以致無法傳輸數(shù)據(jù)，使得這種系統(tǒng)的傳 輸網(wǎng)絡遭到破壞，因此需要一種在這種情況下還能傳送數(shù)據(jù)的方法以作為緊急 情況下的搜救手段。'綜上所述，發(fā)明一種專業(yè)的地震及井下被困人員搜救系統(tǒng)，它不必依賴于 其他任何傳輸網(wǎng)絡而能獨立工作，以便迅速發(fā)現(xiàn)被埋壓在深處的被困人員，將 會有效加強現(xiàn)場的應急;f叟救效果，使被困人員的生還幾率得到明顯提高。實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種適用于地震或井下被困人員的搜救系統(tǒng)。 為實現(xiàn)上述目的，本實用新型的技術解決方案是地震及井下被困人員搜救系統(tǒng)，包括無線數(shù)據(jù)發(fā)送單元和便攜式無線數(shù)據(jù)接收設備，它不必依賴于其他任何傳輸網(wǎng)絡而能獨立工作；無線數(shù)據(jù)發(fā)送單元隨身攜帶于井下人員或可能發(fā)生 地震地區(qū)的人身上，便攜式無線數(shù)據(jù)接收設備由搜救人員在發(fā)生災害時使用。 無線數(shù)據(jù)信號采用低頻甚低頻無線電頻率。為了有效地進行穿透障礙物的無線傳輸，合理的選擇無線通信頻率很重要。 我們知道長波波段的無線電信號有利于穿透障礙物，所以如羅蘭-C定位系統(tǒng)采 用傳播衰減低的100千赫的低頻頻率，而美國軍用奧米加定位系統(tǒng)采用約14千 赫的甚低頻頻率，信號能穿透水下幾十米，美國TeleMag的TTE系統(tǒng)也采用甚 低頻通信，信號可以穿透井下，但它們共有的缺點是所需的天線很長，若工作 于井下，則需要專門布設笨重的天線，如TeleMag的TTE系統(tǒng)布設于井下的環(huán) 狀天線其直徑竟達60英尺，以至于在礦難時失去了實用價值。如果能既利用低頻甚低頻無線電信號有利于穿透障礙物的優(yōu)點，而又能解 決其所需的發(fā)射天線很長的缺點，就能把低頻甚低頻通信應用于井下搜救系統(tǒng)。 本實用新型通過合理地選擇無線通信頻率，采用磁棒發(fā)射天線，加大接收設備 的靈敏度，使得在發(fā)射機沒有外接天線時就能達到較遠的數(shù)據(jù)傳輸距離，又設 計了巧妙的使用方法，可以很容易地把在井難時不會如電纜線那樣會斷裂的鐵 軌作為發(fā)射天線，使低頻甚低頻通信可以實際應用于井下被困人員搜救系統(tǒng)， 而由于地震時的倒塌建筑物的掩埋深度沒有井下塌方那么深，本實用新型同樣 也適用于地震被困人員的搜救，這時發(fā)射機就不需要再外接鐵軌作發(fā)射天線了 。無線數(shù)據(jù)發(fā)送單元包含電源、穩(wěn)壓器、單片機、推挽發(fā)射電路、磁棒發(fā)射 天線及發(fā)射指示燈，還含有一根尾部焊接有一塊能導電的小合金磁鐵的外接天 線，它被設計成符合本質(zhì)安全標準，以適合在井下工作，其原理框圖見圖l，電 路原理圖見圖2。信號采用調(diào)頻FSK方式，發(fā)射頻率為20 100KHz,波長為3~ 15千米，調(diào)制度為土3KHz，為了使無線數(shù)據(jù)發(fā)送單元體積小巧，本實用新型采 用比甚低頻略高的低頻頻率的低端，具體實施例采用50KHz,波長為6千米。這里介紹編碼方式碼長40bit，前16bit為引導碼，后24bit為卡號，共有約1680萬個編碼，采用可變波特率信號0為2400波特率，碼長約0. 42毫 秒，信號1為1200波特率，碼長約0. 84毫秒，每bit改變一次相位，引導碼 為信號O,每發(fā)射一串碼平均約22毫秒，為節(jié)省電能以延長發(fā)射時間，每10秒 發(fā)射一串碼，電源使用時間占空比約為1: 450,若選用6V供電，發(fā)射時電流調(diào) 在約50 60mA，采用兩個CR2032的紐扣鋰電池，單片機不發(fā)射時處于微功耗狀 態(tài)，則工作時間至少可長達500小時以上，完全符合實用要求，若要求更大的 發(fā)射功率或更長的工作時間可采用CR2450紐扣鋰電池，注意紐扣鋰電池要向電 池生產(chǎn)廠家要求采用符合本質(zhì)安全標準的。另外為了解決多個無線數(shù)據(jù)發(fā)送單 元同時發(fā)射可能引起的沖突，單片機在每發(fā)下一串碼前加上一個不大于16進制 數(shù)F的隨機延時，每單位延時22亳秒，即隨機延時0~ 330毫秒，以錯開下一 串碼的發(fā)射時間。本編碼方式的主要特點是碼的整體長度比較短，當然也可以 采用別的編碼方式。無線數(shù)據(jù)發(fā)送單元平時不工作、不耗電，可長期保存，遇到險情時拔出開 關使其進入工作狀態(tài)，每10秒發(fā)射一串脈沖，并在每5秒指示燈閃亮0. 25秒 以讓被困人員確知發(fā)射器在工作。發(fā)射線圏采用小型扁磁棒繞制以減小無線數(shù) 據(jù)發(fā)送單元的體積，并且有一根尾部焊接有一塊能導電的小合金磁鐵的外接天 線，外接天線平時繞在無線數(shù)據(jù)發(fā)送單元的外殼上，地震時可以解開以增加發(fā) 射距離，井下遇到險情時可以解開并讓它吸附在井道內(nèi)的鐵軌上，讓鐵軌成為 發(fā)射天線；對于幾十千赫的低頻甚低頻無線電信號，波長長達數(shù)千米，接在數(shù) 千米長的鐵軌上鐵軌就成為有效的發(fā)射天線，即使鐵軌被井下塌方部分掩埋了 ， 低頻甚低頻無線電信號亦能在被塌方包圍的鐵軌上傳輸很遠，可把陷在井下人 員的生還求救信號傳送出來，這是本實用新型可以工作在井下的主要原理。由 于無線數(shù)據(jù)發(fā)送單元需要人為操作，本實用新型還避免了普通井下人員監(jiān)測系 統(tǒng)只認卡號，不能判斷被困人員是否生存的問題；本實用新型若與井下人員監(jiān) 測系統(tǒng)配合使用，在發(fā)生事故井下人員監(jiān)測系統(tǒng)癱瘓后，被困人員仍可以使用本實用新型把生還求救信號傳送出來。無線數(shù)據(jù)接收設備被設計成便攜式，以方便現(xiàn)場搜救，它也被設計成符合本質(zhì)安全標準；它包含無線接收和信號處理兩部分無線接收部分為二次變頻 超外差調(diào)頻接收器，包含接收靈敏度調(diào)節(jié)、高放、第一本振、第一混頻、預中 放、第二本振、第二混頻、中放、鑒頻輸出；信號處理部分包含濾波整形放大、 單片機、非易失性存儲器EEPR0M、液晶驅動器、液晶顯示器、指示燈、功率放 大器和喇叭。無線接收部分是一個專業(yè)的通信接收電路，接收靈敏度很高，獨 有的接收靈敏度調(diào)節(jié)旋鈕平時調(diào)在靈敏度高的位置，在地震現(xiàn)場搜救發(fā)現(xiàn)信號 后可調(diào)低靈敏度以縮小搜救范圍，在井下現(xiàn)場搜救時可把無線數(shù)據(jù)接收設備外 接天線接到鐵軌上，鐵軌又成為接收天線，以增加接收靈敏度。單片機對所接 收到的信號解碼后，液晶顯示器輪流顯示所接收到的所有卡號，每次可同時顯 示多個，并用聲光提示救援人員。無線數(shù)據(jù)接收設備的原理框圖見圖3，無線接 收部分和濾波整形放大電路原理圖見圖4,信號處理部分電路原理圖見圖5。本實用新型的有益效果是提供了一種適用于地震或井下被困人員的搜救 系統(tǒng)，本實用新型既能用于地震被困人員的搜救，又能用于井下被困人員的搜 救。本實用新型采用低頻甚低頻無線電信號，波長長達數(shù)千米，穿透障礙物的 能力強，在地震現(xiàn)場搜救發(fā)現(xiàn)信號后可調(diào)低無線數(shù)據(jù)接收設備的靈敏度以縮小 搜救范圍，在井下可利用鐵軌作為無線數(shù)據(jù)發(fā)送單元的發(fā)射天線，把陷在井下 人員的生還求救信號傳出來，在井下現(xiàn)場搜救時還可以把無線數(shù)據(jù)接收設備外 接天線接到鐵軌上以增加接收靈敏度。本實用新型為地震及井下被困人員搜救 提供了一種專業(yè)的搜救工具。
以下結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步的說明。


圖1本實用新型無線數(shù)據(jù)發(fā)送單元原理框圖；圖2本實用新型無線數(shù)據(jù)發(fā)送單元電路原理圖； 圖3本實用新型無線數(shù)據(jù)接收設備原理框圖；圖4本實用新型無線數(shù)據(jù)接收設備無線接收部分和濾波整形放大電路原理圖；圖5本實用新型無線數(shù)據(jù)接收設備信號處理部分電路原理圖。
具體實施方式
1、 見圖2本實用新型無線數(shù)據(jù)發(fā)送單元電路原理圖。兩個CR2032的紐扣 鋰電池由開關K接通后，+6V電壓經(jīng)低功耗穩(wěn)壓塊U2輸出3V電壓給單片機Ul 供電，Ul采用超微功耗單片機MSP430F1111A，也可以采用其它低功耗單片機， Jl是單片機的仿真接口，批量生產(chǎn)時可以不用；單片機每IO秒由PIO、 Pll輸 出一串相位互補的本卡號編碼調(diào)制的脈沖串，頻率為50KHz,調(diào)制度為土3KHz， 驅動Q1、 Q2，由采用小型扁磁棒繞制的發(fā)射線圈Tl把震蕩信號發(fā)射出去，輸出 功率可由R3R4或R5調(diào)整，發(fā)射時電流調(diào)在約50 ~ 60mA,每發(fā)射一串碼平均約 22毫秒，電源使用時間占空比約為1: 450,則平均耗電很少；P23每5秒控制 指示燈閃亮0.25秒以讓被困人員確知發(fā)射器在工作；選用6V供電，采用兩個 CR2032的紐扣鋰電池，單片機在不發(fā)射時處于微功耗狀態(tài)，則工作時間至少可 長達500小時以上；濾波電解C1的取值不能太小以免影響能量的儲存，但又必 須符合本質(zhì)安全要求，按GB3836. 4-2000符合最高安全級別的IIC類設備，取 xl. 5倍安全系數(shù)，在+6V工作電壓時要求Cl不大于40微法，則取C1為33微 法；紐扣鋰電池CR2032要向電池生產(chǎn)廠家要求采用符合本質(zhì)安全標準的；在Tl 上還有一個次級耦合線圈，接上一根尾部焊接有一塊能導電的小合金磁鐵的外 接天線，井下遇到險情時可以讓它吸附在井道內(nèi)的鐵軌上，鐵軌就成為有效的 發(fā)射天線，把陷在井下人員的求救信號傳出來。2、 見圖4本實用新型無線數(shù)據(jù)接收設備無線接收部分和濾波整形放大電路原理圖。無線接收部分為二次變頻超外差調(diào)頻接收器，包含接收靈敏度調(diào)節(jié)電位器W，高放Q1，第一本振Q2，第一混頻Q3，預中放Q4，第二本振、第二混頻、 中放、鑒頻由集成塊IC1擔任；第一晶振0SC1采用21.45函Hz的晶體，晶體濾 波器0SC2為21. 4麵z，第二晶振0SC3釆用20. 94週z的晶體，0SC5為455KHz 中頻濾波器，0SC4為455KHz鑒頻器，鑒頻后的信號由R19R20R21 C38C39C41及 IC1內(nèi)部的放大器組成的帶通濾波整形放大電路，由C40隔離輸出所接收到的解 調(diào)信號送往圖5無線數(shù)據(jù)接收設備信號處理部分的輸入口 INPUT。由于長波波段 輸入回路的頻率低、電感很大，接收靈敏度調(diào)節(jié)電位器的調(diào)節(jié)范圍相當大，已 可滿足使用要求，若還需增大靈敏度調(diào)節(jié)范圍可以在L3上加一個開關并上電阻 以形成遠近兩檔靈敏度范圍。3、見圖5本實用新型無線數(shù)據(jù)接收設備信號處理部分電路原理圖。由于接 收機不必要求微功耗，單片機采用普通的EM78P153S即可，當然也可以采用其 它型號的單片機，本具體實施例介紹一個最基本的系統(tǒng)從無線接收部分傳送 來的解調(diào)信號送入單片機的P53，經(jīng)單片機解碼后存入非易失性存儲器24C01, 保存所接收到的卡號，同一"^號記錄一次即可，若單片機內(nèi)部所自帶的EEPR0M 夠用，24C01也可以取消；液晶驅動器采用HT1621液晶驅動IC，液晶顯示器輪 流顯示所接收到的所有編碼，每次可同時顯示多個，按鈕S1、 S2用于控制顯示 方式，可用于上下翻頁以查看歷史記錄。在接收到被困人員發(fā)射的卡號時，單 片機還通過P62驅動Ql使喇叭發(fā)出提示音，并通過P50驅動Q2使LED閃亮， 用聲光提示救援人員。以上是信號處理部分最基本的功能，設計者還可以根據(jù) 要求增加其它功能，以使無線數(shù)據(jù)接收設備更加易于使用，這些就不在此一一 介紹了。無線數(shù)據(jù)接收設備被設計成符合GB3836. 4-2000規(guī)定的IIB類設備的 本質(zhì)安全標準。
權利要求1、地震及井下被困人員搜救系統(tǒng)，其特征在于它包括無線數(shù)據(jù)發(fā)送單元和無線數(shù)據(jù)接收設備，無線數(shù)據(jù)信號采用低頻甚低頻無線電頻率。
2、 根據(jù)權利要求1所述的地震及井下被困人員搜救系統(tǒng)，其特征在于 所述無線數(shù)據(jù)發(fā)送單元在每發(fā)送下一串碼前加上一個隨機延時。
3、 根據(jù)權利要求1所述的地震及井下被困人員搜救系統(tǒng)，其特征在于 所述無線數(shù)據(jù)發(fā)送單元的外接天線的尾部焊接有一塊能導電的小合金磁 鐵。
4、 根據(jù)權利要求1所述的地震及井下被困人員搜救系統(tǒng)，其特征在于 所述無線數(shù)據(jù)接收設備帶有靈敏度調(diào)節(jié)鈕。
5、 根據(jù)權利要求l所述的地震及井下被困人員搜救系統(tǒng)，其特征在于 所述無線數(shù)據(jù)接收設備外接天線可接到鐵軌上。
專利摘要本實用新型涉及一種救援系統(tǒng)，特別是涉及一種地震及井下被困人員搜救系統(tǒng)，其目的是為地震或礦難發(fā)生后的被困人員提供一種求救方式，為救援人員提供一種了解被困人數(shù)、確定施救區(qū)域的專業(yè)搜救工具。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型的技術解決方案是由無線數(shù)據(jù)發(fā)送單元和便攜式無線數(shù)據(jù)接收設備構成搜救系統(tǒng)。發(fā)送單元隨身攜帶于井下人員或可能發(fā)生地震地區(qū)的人員身上，接收設備由搜救人員在發(fā)生災害時使用。發(fā)送單元采用穿透障礙物能力強的低頻甚低頻無線電信號發(fā)送求救信息，還可利用廢墟鋼筋或井下鐵軌增強信號發(fā)射距離；接收設備靈敏度可調(diào)，高靈敏度用于搜索求救信號，低靈敏度用于確定施救區(qū)域，也可利用廢墟鋼筋或井下鐵軌增加接收靈敏度。
文檔編號G01S1/02GK201166701SQ200720007039
公開日2008年12月17日 申請日期2007年5月15日 優(yōu)先權日2007年5月15日
發(fā)明者張亦翔, 張飛然 申請人:張亦翔