專利名稱：礦井中的定位系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光電領(lǐng)域，具體而言，涉及一種礦井中的定位系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的礦井中的定位系統(tǒng)以現(xiàn)代無線電編碼通訊技術(shù)為基礎(chǔ)，應(yīng)用現(xiàn)代無線電波通訊技術(shù)中的信令技術(shù)及無線發(fā)射接收技術(shù)，但無線通信會(huì)產(chǎn)生輻射，容易產(chǎn)生電火花，由于井下復(fù)雜的空氣條件，小小的電火花也可能會(huì)導(dǎo)致不可想象的可怕后果，這不僅會(huì)給礦井帶來損失甚至有可能威脅到人的生命安全，另外，現(xiàn)有的定位系統(tǒng)硬件比較復(fù)雜，應(yīng)用過程中使用的器材較多，并且需要單獨(dú)安裝定位的參考點(diǎn)，投入成本比較大。針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中礦井中的定位系統(tǒng)安全性較低的問題，目前尚未提出有效的解決方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種礦井中的定位系統(tǒng)及方法，以至少解決現(xiàn)有技術(shù)中礦井中的定位系統(tǒng)安全性較低的問題。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種礦井中的定位系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的礦井中的定位系統(tǒng)包括巷道燈，用于發(fā)送第一光信號(hào)，其中，第一光信號(hào)對(duì)應(yīng)第一編碼信息；第一接收器，用于接收第一光信號(hào)；第一處理器，連接至第一接收器，用于處理第一光信號(hào)以獲取第一編碼信息對(duì)應(yīng)的第一解碼信息；頭燈，連接至第一處理器，用于發(fā)送第二光信號(hào)，其中，第二光信號(hào)對(duì)應(yīng)第二編碼信息，第二編碼信息與第一編碼信息相同；第二接收器，設(shè)置在巷道中，用于接收第二光信號(hào)；以及主機(jī)，與第二接收器連接，用于根據(jù)第二光信號(hào)對(duì)應(yīng)的第二解碼信息確定頭燈的在礦井地圖中的地址信息，其中，主機(jī)中存儲(chǔ)有礦井地圖以及第二解碼信息與地址信息的對(duì)應(yīng)關(guān)系，地址信息用于表示巷道燈在礦井地圖中的地址。進(jìn)一步地，定位系統(tǒng)還包括第二處理器，與巷道燈連接，用于控制巷道燈按預(yù)設(shè)的頻率閃爍以發(fā)送對(duì)應(yīng)第一編碼信息的第一光信號(hào)，第一接收器還用于接收按預(yù)設(shè)的頻率閃爍的第一光信號(hào)。進(jìn)一步地，第二處理器還用于通過脈沖寬度調(diào)制控制巷道燈按預(yù)設(shè)的頻率閃爍以發(fā)送對(duì)應(yīng)第一編碼信息的第一光信號(hào),第一接收器還用于接收通過脈沖寬度調(diào)制的第一光信號(hào)。進(jìn)一步地，定位系統(tǒng)還包括第一處理器還用于控制頭燈按接收到的第一光信號(hào)的頻率閃爍以發(fā)送第二光信號(hào)，第二接收器還用于接收按第一光信號(hào)的頻率閃爍的第二光信號(hào)。進(jìn)一步地，第一處理器還用于通過脈沖寬度調(diào)制控制頭燈按接收到的第一光信號(hào)的頻率閃爍以發(fā)送對(duì)應(yīng)第二編碼信息的第二光信號(hào)，第二接收器還用于接收通過脈沖寬度調(diào)制的第二光信號(hào)。
進(jìn)一步地，定位系統(tǒng)還包括第一載波信號(hào)發(fā)生器，與巷道燈連接，用于生成第一載波信號(hào)，其中，在第一載波信號(hào)上承載有第一光信號(hào)對(duì)應(yīng)的第一編碼信息，第一接收器還用于接收第一載波信號(hào)。進(jìn)一步地，定位系統(tǒng)還包括第二載波信號(hào)發(fā)生器，與頭燈連接，用于生成第二載波信號(hào)，其中，在第二載波信號(hào)上承載有第二光信號(hào)對(duì)應(yīng)的第二編碼信息，第二接收器還用于接收第二載波信號(hào)。進(jìn)一步地，巷道燈為L(zhǎng)ED巷道燈；以及頭燈為L(zhǎng)ED頭燈。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種礦井中的定位方法。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種定位方法。該礦井中的定位方法包括接收來自巷道燈的第一光信號(hào)，其中，第一光信號(hào)對(duì)應(yīng)第一編碼信息；獲取與第一編碼信息對(duì)應(yīng)的第一解碼信息；以及發(fā)送第二光信號(hào)至主機(jī)，其中，第二光信號(hào)對(duì)應(yīng)的第二編碼信息與第一 光信號(hào)對(duì)應(yīng)的第一編碼信息相同，主機(jī)根據(jù)第二編碼信息和地址信息的對(duì)應(yīng)關(guān)系確定第二編碼信息對(duì)應(yīng)的地址。進(jìn)一步地，接收來自巷道燈的第一光信號(hào)包括獲取巷道燈的第一光信號(hào)的頻率，發(fā)送第二光信號(hào)包括按接收到的第一光信號(hào)的頻率閃爍以發(fā)送對(duì)應(yīng)第二編碼信息的第二光信號(hào)。進(jìn)一步地，在發(fā)送第二光信號(hào)之前，上述方法還包括獲取頭燈的標(biāo)識(shí)符；以及將標(biāo)識(shí)符和第二編碼信息綁定，發(fā)送第二光信號(hào)包括發(fā)送與第二編碼信息和標(biāo)識(shí)符對(duì)應(yīng)的第二光信號(hào)。通過本發(fā)明，由于通過巷道燈和頭燈傳輸表示地址信息的編碼信息，定位系統(tǒng)中的處理器對(duì)編碼信息進(jìn)行解碼得出對(duì)應(yīng)的解碼信息，而系統(tǒng)中預(yù)存了解碼信息和地址信息的對(duì)應(yīng)關(guān)系，因此可以最終實(shí)現(xiàn)定位，由于巷道燈和頭燈發(fā)出的光信號(hào)的輻射低于無線電波信號(hào)，不會(huì)產(chǎn)生火花，因此解決了現(xiàn)有技術(shù)中礦井中的定位系統(tǒng)安全性較低的問題，進(jìn)而達(dá)到了安全生產(chǎn)的效果。


構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中圖I是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的礦井中的定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明2實(shí)施例的定位系統(tǒng)的示意圖；圖3a是普通巷道燈的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3b是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的巷道燈的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3c是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的光信號(hào)發(fā)送模塊中的調(diào)光控制電路的連接示意圖；圖3d是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的光信號(hào)接收模塊的原理框圖；圖3e是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的光信號(hào)接收模塊的電路連接示意圖；圖4是通過載波信號(hào)承載解碼信息的示意圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的第一接收器模塊的示意圖；圖6a是巷道燈發(fā)送出的PWM波形圖；圖6b是第一接收器接收到的波形圖6c是“O”的波形圖；圖6d是“I”的波形圖；圖7為頭燈發(fā)送編碼信息的示意圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的礦井中的定位方法的流程圖；以及圖9是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的礦井中的定位方法的示意圖。
具體實(shí)施例方式需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明。 本發(fā)明實(shí)施例提供了一種礦井中的定位系統(tǒng)，以下對(duì)本發(fā)明實(shí)施例所提供的礦井中的定位系統(tǒng)進(jìn)行介紹。圖I是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的礦井中的定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。如圖I所不，該礦井中的定位系統(tǒng)包括巷道燈11、弟一接收器12、頭燈13、弟_■接收器14、主機(jī)15和第一處理器16。巷道燈11用于發(fā)送第一光信號(hào)，該第一光信號(hào)為經(jīng)過第一編碼之后的光信號(hào)，即，第一光信號(hào)對(duì)應(yīng)第一編碼信息，不同的巷道燈11發(fā)出的第一編碼信息不同。對(duì)于定位系統(tǒng)中的位于不同位置的多個(gè)巷道燈，分別對(duì)其進(jìn)行不同的編碼以使多個(gè)巷道燈可以發(fā)出對(duì)應(yīng)于不同編碼信息的光信號(hào)，即，位于不同位置的巷道燈所發(fā)出的第一光信號(hào)是不同的。例如，位于a位置的巷道燈發(fā)出經(jīng)過編碼的第一光信號(hào)a，位于b位置的巷道燈發(fā)出經(jīng)過編碼的第一光信號(hào)b，位于c位置的巷道燈發(fā)出經(jīng)過編碼的第一光信號(hào)C，其中，第一光信號(hào)a對(duì)應(yīng)于第一編碼信息a,第一光信號(hào)b對(duì)應(yīng)于第一編碼信息b,第一光信號(hào)c對(duì)應(yīng)于第一編碼信息C。巷道燈是指在巷道中用于照明的燈，例如，可以是懸掛于巷道頂部的燈，也可以是通過支架懸掛在巷道中的燈，巷道燈11發(fā)送的第一光信號(hào)既可以是可見光信號(hào)，也可是紅外信號(hào)，由于在傳輸紅外信號(hào)時(shí)需要38kHZ的載波，對(duì)設(shè)備要求較高，一般而言通過可以見信號(hào)傳輸編碼信息。在本發(fā)明實(shí)施例中，巷道燈既可以起到照明的作用，還可以起到定位的作用。第一接收器12用于接收第一光信號(hào)。第一處理器16連接至第一接收器12，用于在第一接收器12接收到第一光信號(hào)之后，對(duì)第一光信號(hào)進(jìn)行解碼，從而獲取第一編碼信號(hào)對(duì)應(yīng)的第一解碼信息，即，處理第一光信號(hào)以獲取第一編碼信號(hào)對(duì)應(yīng)的第一解碼信息。編碼的過程和解碼的過程是相對(duì)的，照明燈的編碼信息經(jīng)編碼后由照明燈發(fā)出，定位裝置中的第一處理器對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行解碼，從而得出該照明燈的編碼信息。頭燈13與第一處理器16連接，用于發(fā)送第二光信號(hào)，其中，第二光信號(hào)對(duì)應(yīng)第二編碼信息，第二編碼信息的內(nèi)容與第一編碼信息的內(nèi)容相同。第一接收器12可以設(shè)置在頭燈13上，也可以設(shè)置其他的便攜設(shè)備上，或者在礦井內(nèi)人員身體的其他部位或者礦井內(nèi)人員使用的車輛等設(shè)備上，只要可以接收到巷道燈11發(fā)送的第一光信號(hào)即可，一般為了保證第一接收器12的接收效果且為了便于對(duì)各器件進(jìn)行集成，將第一接收器12設(shè)置在頭燈13上。頭燈13可以發(fā)送第二光信號(hào)，第二光信號(hào)對(duì)應(yīng)的編碼信息和第一光信號(hào)對(duì)應(yīng)的編碼信息具有相同的內(nèi)容。第二接收器14設(shè)置在巷道中，用于接收第二光信號(hào)。第二接收器14 一般設(shè)置在巷道燈11上，可以用來接收頭燈13返回的包含編碼信息的第二光信號(hào)，為了保證不遺漏頭燈12返回的第二光信號(hào)，可以在每個(gè)巷道燈上均設(shè)置一個(gè)第二接收器14。主機(jī)15與第二接收器14連接，主機(jī)15 —般設(shè)置在監(jiān)控中心，通過數(shù)據(jù)總線與第二接收器14相連，用于根據(jù)第二光信號(hào)對(duì)應(yīng)的第二解碼信息確定頭燈的在礦井地圖中的碼信息，其中，主機(jī)中存儲(chǔ)有礦井地圖以及第二解碼信息與地址信息的對(duì)應(yīng)關(guān)系，地址信息用于表示巷道燈在礦井地圖中的地址，即，攜帶該頭燈的人員在礦井中的地址或位置。根據(jù)第二光信號(hào)可以獲取與之一一對(duì)應(yīng)的第二編碼信息，根據(jù)第二編碼信息可以獲取與其一一對(duì)應(yīng)的第二解碼信息，從而最終獲取到地址信息，主機(jī)15在獲取第二接收器 14接收到的地址信息后，可以結(jié)合數(shù)據(jù)庫和礦井地圖確定該地址信息對(duì)應(yīng)的地址。在本實(shí)施例中，在發(fā)射端進(jìn)行編碼，并經(jīng)過相應(yīng)的巷道燈11發(fā)出，由于對(duì)應(yīng)于每個(gè)巷道燈11的發(fā)射端所進(jìn)行的編碼不同，因而，多個(gè)不同的巷道燈11對(duì)應(yīng)的編碼信息不同，也即，不同的巷道燈11所發(fā)出的光信號(hào)不同。在接收端接收到光信號(hào)之后，對(duì)光信號(hào)進(jìn)行解碼，由于每個(gè)光信號(hào)對(duì)應(yīng)的編碼信息不同，因而，在對(duì)每個(gè)光信號(hào)進(jìn)行解碼后所得到的解碼信息也不同，從而能夠識(shí)別出接收到的光信號(hào)來自哪一個(gè)巷道燈11。巷道燈11和頭燈13通過光信號(hào)傳輸編碼信息,巷道燈11和頭燈13發(fā)出的光信號(hào)的福射低于無線電波信號(hào)，不會(huì)產(chǎn)生火花，因此達(dá)到了安全生產(chǎn)的效果。同時(shí)，該定位系統(tǒng)不需要借助GPS等定位系統(tǒng)，礦井中的人員的接收器接收到附近的巷道燈11的光信號(hào)后，即可獲取該光信號(hào)中的編碼信息，從而獲取對(duì)應(yīng)的解碼信息，進(jìn)而主機(jī)可以獲取解碼信息對(duì)應(yīng)的地址信息，此時(shí)默認(rèn)該巷道燈11的地址為礦井中的人員的地址，因此，該巷道燈11的編碼信息即為頭燈13的編碼信息，頭燈13通過連接在巷道燈11上的接收器向定位系統(tǒng)的主機(jī)15發(fā)送第二編碼信息，從而使主機(jī)15獲取到該地址，由于礦井中巷道燈11的排布很密集，因此這樣定位可以保證較高的精確度而且簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的構(gòu)成。圖2是根據(jù)本發(fā)明2實(shí)施例的定位系統(tǒng)的示意圖，如圖2所示，以“M-N”的形式進(jìn)行編號(hào)的球形部件為分布在礦井中的巷道燈，各巷道燈均有唯一的編碼信息，各巷道燈上均連接有接收器，接收器在接收到頭燈返回的解碼信息后，通過總線和路由器將解碼信息發(fā)送至主機(jī)。在本發(fā)明實(shí)施例中，由于對(duì)不同的巷道燈進(jìn)行的編碼不同，因而，不同的巷道燈所發(fā)出的光具有不同的閃爍頻率，且該閃爍頻率是人的肉眼所無法察覺的，從而，使得巷道燈不僅可以起到照明的作用，而且可以起到光通信的作用，發(fā)出唯一的可以用于定位其位置的光信號(hào)。為了使各巷道燈發(fā)送不同的編編碼信息，可以對(duì)不同的巷道燈設(shè)置不同的閃爍頻率，從不同閃爍頻率的光信號(hào)中即可獲取到不同的解碼信息，優(yōu)選地，定位系統(tǒng)還包括第二處理器，第二處理器與巷道燈連接，用于控制巷道燈按預(yù)設(shè)的頻率閃爍以發(fā)送對(duì)應(yīng)于巷道燈的第一編碼信息的第一光信號(hào)。相應(yīng)地，第一接收器可以用于接收按預(yù)設(shè)的頻率閃爍的第一光信號(hào)。具體地，可以通過脈沖寬度調(diào)節(jié)技術(shù)(PWM)來控制巷道燈的閃爍頻率，優(yōu)選地，第二處理器還用于通過脈沖寬度調(diào)制控制巷道燈按預(yù)設(shè)的頻率閃爍以發(fā)送對(duì)應(yīng)巷道燈的第一解碼信息的第一光信號(hào)。對(duì)應(yīng)地，第一接收器可以接收通過脈沖寬度調(diào)制的第一光信號(hào)。基于相同的原因，頭燈也需要對(duì)閃爍頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)，優(yōu)選地，第一處理器還用于控制頭燈按接收到的第一光信號(hào)的頻率閃爍以發(fā)送第二光信號(hào)。第二接收器還可以用于接收按第一光信號(hào)的頻率閃爍的第二光信號(hào)。頭燈接收到的第一光信號(hào)按什么頻率閃爍，頭燈發(fā)出的第二光信號(hào)即按什么頻率閃爍，因此第二接收器接收到的第二光信號(hào)具有和第一光信號(hào)相同的閃爍頻率。同樣，具體地，第一處理器還可以用于通過脈沖寬度調(diào)制控制頭燈按接收到的第一光信號(hào)的頻率閃爍以發(fā)送對(duì)應(yīng)巷道燈的第二編碼信息的第二光信號(hào)。第二接收器還用于接收通過脈沖寬度調(diào)制的第二光信號(hào)。為了減小編碼信息在傳輸中的噪聲，使編碼信息傳播得更遠(yuǎn)，可以通過載波來傳 輸編碼信息，優(yōu)選地，定位系統(tǒng)還包括第一載波信號(hào)發(fā)生器，第一載波信號(hào)發(fā)生器與巷道燈連接，用于生成第一載波信號(hào)，其中，在第一載波信號(hào)上承載有第一光信號(hào)對(duì)應(yīng)的第一編碼信息，第一接收器還用于接收第一載波信號(hào)。同理，定位系統(tǒng)還包括第二載波信號(hào)發(fā)生器，第二載波信號(hào)發(fā)生器與頭燈連接，用于生成第二載波信號(hào)，其中，在第二載波信號(hào)上承載有第二光信號(hào)對(duì)應(yīng)的第二編碼信息，第二接收器還用于接收第二載波信號(hào)。當(dāng)傳輸?shù)墓庑盘?hào)為紅外信號(hào)時(shí)，需要使用38kKZ的載波信號(hào)，當(dāng)傳輸?shù)墓庑盘?hào)為可見光信號(hào)時(shí)，對(duì)載波信號(hào)的頻率沒有特定的要求，在一些特定情況下，可以不通過載波信號(hào)而直接傳輸編碼信息。載波信號(hào)發(fā)生器的功能可以由單片機(jī)(MCU)來實(shí)現(xiàn)，也可以由其他可以產(chǎn)生高頻方波的設(shè)備來實(shí)現(xiàn)?？紤]到LED燈發(fā)光穩(wěn)定、節(jié)能和環(huán)保等特點(diǎn)，優(yōu)選地，巷道燈為L(zhǎng)ED巷道燈，同時(shí)，頭燈為L(zhǎng)ED頭燈。圖3a是普通巷道燈的結(jié)構(gòu)示意圖，圖3b是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的巷道燈的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖3b，通過MCU調(diào)節(jié)載有編碼信息的載波信號(hào)的閃爍頻率，即可得到高頻的光信號(hào)。將巷道燈以及與其相連的各部分看作一個(gè)光信號(hào)發(fā)送模塊，則該光信號(hào)發(fā)送模塊包括AC/DC轉(zhuǎn)換電路(AC — DC)、LED驅(qū)動(dòng)電路、總線控制電路、MCU、調(diào)光控制電路以及LED燈。虛線框中的部分可以集成為一個(gè)元器件，該元器件連接在現(xiàn)有的LED驅(qū)動(dòng)電路或LED驅(qū)動(dòng)器中即可使用。其中，AC/DC轉(zhuǎn)換電路將220V交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓，該電路可以通過變壓器實(shí)現(xiàn)，也可通過開關(guān)電源實(shí)現(xiàn)；通過LED驅(qū)動(dòng)電路將轉(zhuǎn)換后的直流電壓進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為恒流電壓提供給LED燈；總線控制電路可用于傳輸控制信息來控制LED燈的亮度；調(diào)光控制電路接收到總線傳輸?shù)男畔?，產(chǎn)生控制LED的PWM調(diào)光電壓信號(hào)。為了滿足光信號(hào)的發(fā)射要求，進(jìn)一步地，總線控制電路還用于傳輸待發(fā)送的通信信息，總線控制電路將待發(fā)送的通信信息發(fā)送給MCU，MCU接收到通信信息，并將其編輯為光編碼信號(hào)，調(diào)光控制電路根據(jù)編碼信號(hào)控制照明LED發(fā)光，從而將通信信息以光信號(hào)的形式從LED燈發(fā)送出去，完成了光發(fā)送模塊的功能。需要說明的是，在不發(fā)送通信信息時(shí)，調(diào)光控制電路同樣具有調(diào)節(jié)LED燈亮度的功能。在圖3b所示的實(shí)施例中，調(diào)光控制電路可采用如圖3c所示的電路實(shí)現(xiàn)。如圖3c所示，該電路包括四個(gè)電阻和兩個(gè)MOS管Q1，其中，第一MOS管Ql的第一端連接MCU，第二端經(jīng)由第十四電阻R14連接電源，第三端接地；第二 MOS管Q2的第一端連接至第一 MOS管Ql與第十四電阻R14之間的節(jié)點(diǎn)，第二端連接至LED燈D2，第三端經(jīng)由第十六電阻R16接地；第十三電阻R13的一端接電源，另一端與第一 MOS管Ql的第一端相連接；第十五電阻R15的一端接地，另一端連接至第一 MOS管Ql的第二端與第二 MOS管Q2的第一端之間的節(jié)點(diǎn)。采用該調(diào)光控制電路，通過MOS管放大來驅(qū)動(dòng)LED，產(chǎn)生高頻閃爍光，發(fā)送光信號(hào)。光接收模塊可采用如圖3d所示的光信號(hào)接收模塊，該光接收模塊用于光通信信號(hào)傳輸中的信號(hào)接收端，將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為光電壓信號(hào)，并將轉(zhuǎn)換后的光電壓信號(hào)進(jìn)行放大，放大后通過整形得到穩(wěn)定的方波信號(hào)，以使解碼電路進(jìn)行解碼，如圖3d所示，該光信號(hào)接收模塊包括光信號(hào)處理電路、放大電路和比較整形電路。其中，光信號(hào)處理電路用于接收光信號(hào)，并將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為光電壓信號(hào)； 放大電路與光信號(hào)處理電路相連接，用于將光信號(hào)處理電路輸出的光電壓信號(hào)放大；比較整形電路將放大后的電壓信號(hào)與閾值電壓信號(hào)進(jìn)行比較，得到一個(gè)穩(wěn)定的方波信號(hào)，以使解碼電路進(jìn)行解碼。具體地，該光信號(hào)接收模塊可通過圖3e所示的電路實(shí)現(xiàn)。如圖3e所示，光信號(hào)處理電路包括光接收電路和前置放大電路，其中，光接收電路包括光接收二極管Dl、光敏電阻RS和第二電阻R2，前置放大電路包括第一電容Cl、第三電阻R3、第四電阻R4和第一比較器UIA ;放大電路包括第二電容C2、第五電阻R5、第六電阻R6、第八電阻R8和第二比較器ΠΒ ；比較整形電路包括第九電阻R9、第十電阻R10、第十一電阻R11、第十二電阻R12和第三比較器 UIC。具體地，各電路的連接關(guān)系以及輸出的信號(hào)分別介紹如下光接收電路中的光接收二極管Dl的一端接電源，另一端經(jīng)由光敏電阻RS和第二電阻R2構(gòu)成的并聯(lián)電路接地，其中，光接收二極管Dl將接收到的光信號(hào)通過并聯(lián)電路轉(zhuǎn)換為光電壓，由于光敏電阻RS阻值隨光照強(qiáng)度變化的特性，使得光接收電路輸出的電壓信號(hào)是波動(dòng)小、穩(wěn)定的電壓信號(hào)；前置放大電路中的第一比較器UIA的11端接地，2端經(jīng)由第三電阻R3接地，3端經(jīng)由第一電容Cl連接光接收電路、4端接電源，I端為輸出端，其中，在2端與I端之間連接有第四電阻R4，前置放大電路將較弱的電壓信號(hào)進(jìn)行初步的放大；放大電路中的第二比較器ΠΒ的5端經(jīng)由第二電容C2連接前置放大電路，6端經(jīng)由第七電阻R7接地，7端為輸出端，其中，在6端與7端之間連接有第八電阻R8，第五電阻R5的一端接電源，另一端連接在第二電容C2與第二比較器ΠΒ的5端之間的節(jié)點(diǎn)，第六電阻R6的一端也連接在該節(jié)點(diǎn)，另一端接地，放大電路通過第二電容C2耦合到電壓信號(hào)，由于第二電容C2耦合到的電壓通過第五電阻R5和第六電阻R6分壓得到一個(gè)穩(wěn)定的直流電壓，進(jìn)而通過第二比較器UIB做放大處理，輸出放大信號(hào)；比較整形電路的第三比較器nC的9端經(jīng)由第十一電阻Rll接地，10端與放大電路相連接，8端為輸出端，其中，在8端與9端之間連接有第十二電阻R12，第十電阻RlO的一端接電源，另一端連接至第三比較器nC的9端與第十一電阻Rll之間的節(jié)點(diǎn)，第九電阻R9的一端接地，另一端連接至第三比較器nc的10端與放大電路之間的節(jié)點(diǎn)，比較整形電路將放大電路輸出的電壓信號(hào)與預(yù)置的電壓信號(hào)做比較，輸出一個(gè)穩(wěn)定的方波信號(hào)，給后續(xù)的解碼電路做解碼使用。
由于第二接收器接收到的編碼信息在發(fā)送給主機(jī)之前也需要通過解碼和分析，在本實(shí)施例中，優(yōu)選地，可以將第二接收器連接在巷道燈的MCU上，通過巷道燈中的MCU對(duì)編碼信息進(jìn)行解碼和分析，再通過MCU與總線相連接，將解碼信息通過總線上傳到主機(jī)中。這樣的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化了定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。本實(shí)施例中的載波信號(hào)可以由MCU提供，也可以由其他可以產(chǎn)生高頻方波的設(shè)備提供，圖4是通過載波信號(hào)承載編碼信息的示意圖，圖中的DATA即為編碼信息。為了增強(qiáng)接收到的光信號(hào)，優(yōu)選地，定位系統(tǒng)還包括第一前置放大器、第一濾波器和第一放大電路，將以上各部件和譯碼器以及第一接收器集成在一起，可以組成第一接收器模塊。圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的第一接收器模塊的示意圖，如圖5所示，第一前置放大器與第一接收器連接，用于放大第一光信號(hào)，第一濾波器與第一前置放大器連接，用于過濾第一前置放大器放大之后的第一光信號(hào)，第一放大電路與第一濾波器連接，用于放大第一濾波器過濾之后的第一光信號(hào)。對(duì)放大后的第一光信號(hào)進(jìn)行譯碼，即可獲取編碼信息。在 本實(shí)施例中，譯碼器的功能可以由MCU來實(shí)現(xiàn)，與譯碼器對(duì)應(yīng)的編碼器的功能也可以由MCU 來實(shí)現(xiàn)。圖6是譯碼示意圖，其中，圖6a是巷道燈發(fā)送出的PWM波形圖，圖6b是第一接收器接收到的波形圖，圖6c是“O”的波形圖，圖6d是“I”的波形圖，在譯碼時(shí)，通過讀取波形2個(gè)下降沿的時(shí)間間隔來判斷是“O”還是“1”，圖6c是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的O的波形示意圖，如圖所示，波的上升沿到下降沿的時(shí)間間隔為2us，“0”的理論值為22us，圖6d是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的I的波形示意圖，如圖所示，“I”的理論值為32us。本實(shí)施例中的判斷標(biāo)準(zhǔn)為當(dāng)t>27us時(shí)，確定接收到的為1，當(dāng)t〈27us時(shí)，確定接收到的為O。同理，定位系統(tǒng)還包括第二前置放大器、第二濾波器和第二放大電路，將以上各部件和譯碼器以及第二接收器集成在一起，可以組成第二接收器模塊。第二前置放大器與第二接收器連接，用于放大第二接收器接收到的第二光信號(hào)，第二濾波器與第二前置放大器連接，用于過濾第二前置放大器放大之后的第二光信號(hào)，第二放大電路與第二濾波器連接，用于放大第二濾波器過濾之后的第二光信號(hào)。在獲取編碼信息后，與頭燈連接的處理器開始對(duì)該編碼信息進(jìn)行解碼，頭燈即可將該解碼信息作為自身的編碼信息來用于定位，并在第二光信息中加上該編碼信息，然后通過載波將該編碼信息發(fā)出。在一些優(yōu)選實(shí)施例中，還可以在第二光信號(hào)中加上頭燈的標(biāo)識(shí)符，通過該標(biāo)識(shí)符，定位系統(tǒng)不僅可以哪些地方有人，還能確定這個(gè)人是誰。圖7為頭燈發(fā)送編碼信息的示意圖，如圖7所示，載波信號(hào)承載編碼信息后，通過LED驅(qū)動(dòng)，以白光的形式發(fā)送包括編碼信息的光信號(hào)。本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種礦井中的定位方法，該方法可以基于上述的礦井中的定位系統(tǒng)來執(zhí)行。圖8是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的礦井中的定位方法的流程圖。如圖8所示，該礦井中的定位方法包括如下的步驟S802至步驟S806。步驟S802，接收來自巷道燈的第一光信號(hào)，其中，第一光信號(hào)對(duì)應(yīng)第一編碼信息。本步驟的可以由與頭燈連接的第一接收器來執(zhí)行。具體地，可以是獲取巷道燈的第一光信號(hào)閃爍的頻率。步驟S804，獲取與第一編碼信息對(duì)應(yīng)的第一解碼信息。
每個(gè)解碼信息對(duì)應(yīng)礦井地圖中一個(gè)巷道燈的地址信息，因此，默認(rèn)定位的地址為該巷道燈的地址。步驟S806,發(fā)送第二光信號(hào)至主機(jī),其中,第二光信號(hào)對(duì)應(yīng)的第二編碼信息與第一光信號(hào)對(duì)應(yīng)的第一編碼信息相同，主機(jī)根據(jù)第二編碼信息和地址信息的對(duì)應(yīng)關(guān)系確定第二編碼信息對(duì)應(yīng)的地址。主機(jī)設(shè)在監(jiān)控室，本步驟可以先將第二光信號(hào)發(fā)送至巷道中的接收器，再由接收器將信號(hào)傳輸給主機(jī)。在本步驟中，按接收到的第一光信號(hào)的頻率閃爍可以實(shí)現(xiàn)發(fā)送對(duì)應(yīng)巷道燈的編碼信息的第二光信號(hào)的目的。例如，如果前述步驟獲取了巷道燈的第一光信號(hào)的頻率，那么在本步驟中，按接收到的第一光信號(hào)的頻率閃爍以發(fā)送對(duì)應(yīng)第二編碼信息的第二光信號(hào)。該步驟可以由頭燈來執(zhí)行。為了達(dá)到更好的定位效果，優(yōu)選地，可以對(duì)每個(gè)頭燈設(shè)置標(biāo)識(shí)符，因此，在發(fā)送第二光信號(hào)之前，還可以獲取頭燈的標(biāo)識(shí)符，然后在本步驟中，將標(biāo)識(shí)符和表示編碼信息的第二編碼信息綁定，然后發(fā)送與第二編碼信息和頭燈的標(biāo)識(shí)符對(duì)應(yīng)的第二光信號(hào)。圖9是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的礦井中的定位方法的示意圖，如圖所示，頭燈在接收到巷道燈c發(fā)出的第一光信號(hào)后，會(huì)返回第二光信號(hào)，與巷道燈c連接的接收器會(huì)將接收到的第二光信號(hào)中的編碼信息返回給主機(jī)。從以上的描述中，可以看出，本發(fā)明實(shí)施例簡(jiǎn)化了礦井中定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，提高了礦井中定位系統(tǒng)的安全性。需要說明的是，在附圖的流程圖示出的步驟可以在諸如一組計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令的·計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中執(zhí)行，并且，雖然在流程圖中示出了邏輯順序，但是在某些情況下，可以以不同于此處的順序執(zhí)行所示出或描述的步驟。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明白，上述的本發(fā)明的各步驟可以用通用的計(jì)算裝置來實(shí)現(xiàn)，它們可以集中在單個(gè)的計(jì)算裝置上，或者分布在多個(gè)計(jì)算裝置所組成的網(wǎng)絡(luò)上，可選地，它們可以用計(jì)算裝置可執(zhí)行的程序代碼來實(shí)現(xiàn)，從而，可以將它們存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置中由計(jì)算裝置來執(zhí)行，或者將它們分別制作成各個(gè)集成電路模塊，或者將它們中的多個(gè)模塊或步驟制作成單個(gè)集成電路模塊來實(shí)現(xiàn)。這樣，本發(fā)明不限制于任何特定的硬件和軟件
彡口口 以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、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
1.一種礦井中的定位系統(tǒng)，其特征在于，包括 巷道燈，用于發(fā)送第一光信號(hào)，其中，所述第一光信號(hào)對(duì)應(yīng)第一編碼信息； 第一接收器，用于接收所述第一光信號(hào)； 第一處理器，連接至所述第一接收器，用于處理所述第一光信號(hào)以獲取所述第一編碼信息對(duì)應(yīng)的第一解碼信息； 頭燈，連接至所述第一處理器，用于發(fā)送第二光信號(hào)，其中，所述第二光信號(hào)對(duì)應(yīng)第二編碼信息，所述第二編碼信息與所述第一編碼信息相同； 第二接收器，設(shè)置在巷道中，用于接收所述第二光信號(hào)；以及 主機(jī)，與所述第二接收器連接，用于根據(jù)所述第二光信號(hào)對(duì)應(yīng)的所述第二解碼信息確定所述頭燈的在所述礦井地圖中的地址信息，其中，所述主機(jī)中存儲(chǔ)有礦井地圖以及第二解碼信息與所述地址信息的對(duì)應(yīng)關(guān)系，所述地址信息用于表示所述巷道燈在所述礦井地圖中的地址。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的礦井中的定位系統(tǒng)，其特征在于，所述定位系統(tǒng)還包括 所述第二處理器，與所述巷道燈連接，用于控制所述巷道燈按預(yù)設(shè)的頻率閃爍以發(fā)送對(duì)應(yīng)所述第一編碼信息的第一光信號(hào)， 第一接收器還用于接收按預(yù)設(shè)的頻率閃爍的所述第一光信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的礦井中的定位系統(tǒng)，其特征在于， 所述第二處理器還用于通過脈沖寬度調(diào)制控制所述巷道燈按預(yù)設(shè)的頻率閃爍以發(fā)送對(duì)應(yīng)所述第一編碼信息的第一光信號(hào)， 第一接收器還用于接收通過脈沖寬度調(diào)制的所述第一光信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的礦井中的定位系統(tǒng)，其特征在于，所述定位系統(tǒng)還包括 所述第一處理器還用于控制所述頭燈按接收到的所述第一光信號(hào)的頻率閃爍以發(fā)送所述第二光信號(hào)， 所述第二接收器還用于接收按所述第一光信號(hào)的頻率閃爍的所述第二光信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的礦井中的定位系統(tǒng)，其特征在于， 所述第一處理器還用于通過脈沖寬度調(diào)制控制所述頭燈按接收到的所述第一光信號(hào)的頻率閃爍以發(fā)送對(duì)應(yīng)所述第二編碼信息的第二光信號(hào)， 所述第二接收器還用于接收通過脈沖寬度調(diào)制的所述第二光信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的礦井中的定位系統(tǒng)，其特征在于，所述定位系統(tǒng)還包括 第一載波信號(hào)發(fā)生器，與所述巷道燈連接，用于生成第一載波信號(hào)，其中， 在所述第一載波信號(hào)上承載有所述第一光信號(hào)對(duì)應(yīng)的所述第一編碼信息， 所述第一接收器還用于接收所述第一載波信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的礦井中的定位系統(tǒng)，其特征在于，所述定位系統(tǒng)還包括 第二載波信號(hào)發(fā)生器，與所述頭燈連接，用于生成第二載波信號(hào)，其中，在 所述第二載波信號(hào)上承載有所述第二光信號(hào)對(duì)應(yīng)的所述第二編碼信息， 所述第二接收器還用于接收所述第二載波信號(hào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的礦井中的定位系統(tǒng)，其特征在于， 所述巷道燈為L(zhǎng)ED巷道燈；以及 所述頭燈為L(zhǎng)ED頭燈。
9.一種礦井中的定位方法,其特征在于,包括 接收來自巷道燈的第一光信號(hào)，其中，所述第一光信號(hào)對(duì)應(yīng)第一編碼信息； 獲取與所述第一編碼信息對(duì)應(yīng)的第一解碼信息；以及 發(fā)送第二光信號(hào)至主機(jī)，其中，所述第二光信號(hào)對(duì)應(yīng)的第二編碼信息與所述第一光信號(hào)對(duì)應(yīng)的第一編碼信息相同，所述主機(jī)根據(jù)所述第二編碼信息和地址信息的對(duì)應(yīng)關(guān)系確定所述第二編碼信息對(duì)應(yīng)的地址。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的礦井中的定位方法，其特征在于， 接收來自巷道燈的第一光信號(hào)包括 獲取所述巷道燈的第一光信號(hào)的頻率， 發(fā)送第二光信號(hào)包括 按接收到的所述第一光信號(hào)的頻率閃爍以發(fā)送對(duì)應(yīng)所述第二編碼信息的第二光信號(hào)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的礦井中的定位方法，其特征在于， 在發(fā)送第二光信號(hào)之前，所述方法還包括 獲取頭燈的標(biāo)識(shí)符；以及 將所述標(biāo)識(shí)符和所述第二編碼信息綁定， 發(fā)送第二光信號(hào)包括 發(fā)送與所述第二編碼信息和所述標(biāo)識(shí)符對(duì)應(yīng)的第二光信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種礦井中的定位系統(tǒng)及方法，該礦井中的定位系統(tǒng)包括巷道燈，用于發(fā)送第一光信號(hào)，其中，第一光信號(hào)對(duì)應(yīng)第一編碼信息；第一接收器，用于接收第一光信號(hào)；第一處理器，連接至第一接收器，用于處理第一光信號(hào)以獲取第一編碼信息對(duì)應(yīng)的第一解碼信息；頭燈，連接至第一接收器，用于發(fā)送第二光信號(hào)，其中，第二光信號(hào)對(duì)應(yīng)第二編碼信息，第二編碼信息與第一編碼信息相同；第二接收器，設(shè)置在巷道中，用于接收第二光信號(hào)；以及主機(jī)，與第二接收器連接，用于根據(jù)第二光信號(hào)對(duì)應(yīng)的第二解碼信息確定頭燈的在礦井地圖中的地址信息，其中，主機(jī)中存儲(chǔ)有礦井地圖以及第二解碼信息與地址信息的對(duì)應(yīng)關(guān)系。通過本發(fā)明，達(dá)到了安全生產(chǎn)的效果。
文檔編號(hào)G01S5/16GK102901946SQ20121043611
公開日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月5日
發(fā)明者郭成, 胡洪, 董建飛, 黃建梅, 張國(guó)旗 申請(qǐng)人:北京半導(dǎo)體照明科技促進(jìn)中心