專利名稱：一種雙向井下人員定位裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種雙向井下人員定位裝置，可以實(shí)現(xiàn)煤礦人員井下定位， 屬于自動(dòng)識(shí)別和定位技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前各種井下人員定位所使用的設(shè)備，均采用單向通訊方式。也就說(shuō)，只有 識(shí)別卡向位置監(jiān)測(cè)分站發(fā)送信息，而不能接收位置監(jiān)測(cè)分站發(fā)出的信息，上述系 統(tǒng)設(shè)備都存在著信息傳遞不暢的缺陷。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種工作穩(wěn)定，雙向通訊的井下人員定位裝置。 為實(shí)現(xiàn)以上目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是提供一種雙向井下人員定位裝 置，其特征在于，由識(shí)別卡和位置監(jiān)測(cè)分站組成，識(shí)別卡由井下人員攜帶，位置 監(jiān)測(cè)分站裝置分別設(shè)于井下的各個(gè)坑道出入口，每個(gè)位置監(jiān)測(cè)分站裝置和電腦通 過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接。
所述的識(shí)別卡裝置由液晶顯示單元、天線、識(shí)別卡RF收發(fā)單元、識(shí)別卡數(shù) 據(jù)處理單元和電池組成，識(shí)別卡數(shù)據(jù)處理單元分別與液晶顯示單元、識(shí)別卡RF 收發(fā)單元和電池連接，識(shí)別卡RF收發(fā)單元與天線連接。
所述的位置監(jiān)測(cè)分站裝置由天線、RF收發(fā)單元、數(shù)據(jù)處理單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)
單元、實(shí)時(shí)時(shí)鐘單元、電源管理單元和RS485通訊接口單元組成，數(shù)據(jù)處理單元
分別與RF收發(fā)單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、實(shí)時(shí)時(shí)鐘單元、電源管理單元和RS485通
訊接口單元連接，RF收發(fā)單元與天線連接。
本實(shí)用新型的識(shí)別卡由井下人員攜帶，位置監(jiān)測(cè)分站裝置分別設(shè)于井下的
各個(gè)坑道出入口 ，攜帶有識(shí)別卡的人員進(jìn)入安裝有位置監(jiān)測(cè)分站的井下的各個(gè)坑
道出入口時(shí)，出入口旁邊安裝的內(nèi)部同樣有2.4GHz無(wú)線射頻模的位置監(jiān)測(cè)分站
通過(guò)無(wú)線射頻通訊方式收到識(shí)別卡所發(fā)送的人員識(shí)別信息，并從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元中
調(diào)出匹配的需要發(fā)送的信息，通過(guò)無(wú)線射頻通訊方式進(jìn)入通訊流程，將需要發(fā)送的信息發(fā)送到識(shí)別卡中，由識(shí)別卡上的液晶顯示模塊顯示出來(lái)，位置監(jiān)測(cè)分站同 時(shí)將識(shí)別卡的人員識(shí)別信息保存并通過(guò)RS485通訊接口將該記錄上傳至監(jiān)測(cè)和 數(shù)據(jù)管理中心。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是使帶有識(shí)別卡的下井人員經(jīng)過(guò)安裝有位置監(jiān)測(cè)分站的 出入口通道時(shí)，人員的通行記錄實(shí)時(shí)完成。位置監(jiān)測(cè)分站可以將需要發(fā)送的通知 發(fā)送到識(shí)別卡上，同時(shí)井下人員可以通過(guò)識(shí)別卡將緊急呼救信息發(fā)送給位置監(jiān)測(cè) 分站，完成井上和井下雙向通訊，使得井下人員的安全性明顯提高。


圖1為一種雙向井下人員定位裝置示意圖； 圖2為一種識(shí)別卡結(jié)構(gòu)示意圖3為識(shí)別卡數(shù)據(jù)處理單元示意圖； 圖4為位置監(jiān)測(cè)分站示意圖5為位置監(jiān)測(cè)分站數(shù)據(jù)處理單元示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。 實(shí)施例
如圖l所示，為一種雙向井下人員定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖， 一種雙向井下人員 定位裝置，其特征在于，由識(shí)別卡和位置監(jiān)測(cè)分站組成，識(shí)別卡由井下人員攜帶， 位置監(jiān)測(cè)分站裝置分別設(shè)于井下的各個(gè)坑道出入口，位置監(jiān)測(cè)分站裝置和電腦通 過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接。
如圖2所示，為識(shí)別卡結(jié)構(gòu)示意圖，所述的識(shí)別卡裝置由液晶顯示單元、天 線、識(shí)別卡RF收發(fā)單元、識(shí)別卡數(shù)據(jù)處理單元和電池組成，識(shí)別卡數(shù)據(jù)處理單 元分別與液晶顯示單元、識(shí)別卡RF收發(fā)單元和電池連接，識(shí)別卡RF收發(fā)單元與 天線連接。
天線屬于印刷偶極子天線，該天線具有尺寸小、易于電路集成等特點(diǎn)。主要
技術(shù)特點(diǎn)如下
(1) 該天線工作頻率為2. 4GHz，帶寬450MHz，天線整體大小為20*1. 5 mm; 液晶顯示單元采用超薄液晶顯示模塊，提供了人機(jī)接口界面，可以中文顯示 接收到的從位置監(jiān)測(cè)分站發(fā)來(lái)的信息。本實(shí)用新型采用電池供電方式，因此電池使用壽命對(duì)于產(chǎn)品的實(shí)際應(yīng)用起到 關(guān)鍵的作用，通過(guò)電源管理單元，將使得系統(tǒng)的大部分時(shí)間處于休眠狀態(tài)。每隔 1秒自動(dòng)喚醒發(fā)送2.4GHz無(wú)線射頻信號(hào)并接受位置監(jiān)測(cè)分站的應(yīng)答，工作結(jié)束 后立即切換到休眠狀態(tài)。
識(shí)別卡RF收發(fā)單元采用了調(diào)制方式為GFSK的2. 4GHz芯片，主要技術(shù)特點(diǎn) 如下-
(1) GFSK調(diào)制/解調(diào)方式；
(2) 數(shù)據(jù)傳輸速率可設(shè)置為250k-lMb/s;
(3) 所需外圍元件極少；
(4) 芯片內(nèi)可校準(zhǔn)電壓為1.9一3.6V;
該芯片在2. 4GHz ISM頻段通信，即使很靠近無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)、藍(lán)牙和微波 爐也能提供清晰、可靠的通信，250k-lM Mbps數(shù)據(jù)速率使它的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間、 等待時(shí)間縮短并減小了干擾，增加了電池壽命，該芯片提供完整的2. 4GHz無(wú)線 電解決方案。
如圖3所示，為識(shí)別卡數(shù)據(jù)處理單元示意圖，所述的識(shí)別卡數(shù)據(jù)處理單元由 識(shí)別卡數(shù)據(jù)處理芯片、識(shí)別卡系統(tǒng)晶振、識(shí)別卡程序下載接口、識(shí)別卡數(shù)據(jù)接口 和識(shí)別卡復(fù)位單元組成，識(shí)別卡數(shù)據(jù)處理芯片分別與識(shí)別卡系統(tǒng)晶振、識(shí)別卡程 序下載接口、識(shí)別卡數(shù)據(jù)接口和識(shí)別卡復(fù)位單元連接。
識(shí)別卡數(shù)據(jù)處理單元使用的微處理器為美國(guó)TI公司的MSP430F123單片機(jī)， 具有強(qiáng)大處理能力的MSP430單片機(jī)是一個(gè)16位的單片機(jī)，采用了精簡(jiǎn)指令集 (RISC)結(jié)構(gòu)，具有豐富的尋址方式(7種源操作數(shù)尋址、4種目的操作數(shù)尋 址)、簡(jiǎn)潔的27條內(nèi)核指令以及大量的模擬指令；大量的寄存器以及片內(nèi)數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)器都可參加多種運(yùn)算；還有髙效的査表處理指令；有較高的處理速度，在 8MHz晶體驅(qū)動(dòng)下指令周期為125 ns ，這些特點(diǎn)保證了可編制出高效率的源程 序。
在運(yùn)算速度方面，MSP430單片機(jī)能在8MHz晶體的驅(qū)動(dòng)下，實(shí)現(xiàn)125ns的 指令周期。16位的數(shù)據(jù)寬度、125ns的指令周期以及多功能的硬件乘法器(能 實(shí)現(xiàn)乘加)相配合，能實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理的某些算法。MSP430系列單片機(jī)的中斷源較多，并且可以任意嵌套，使用時(shí)靈活方便。當(dāng)系統(tǒng)處于省電的備用狀態(tài)時(shí)， 用中斷請(qǐng)求將它喚醒只用6 us 。超低功耗的MSP430單片機(jī)之所以有超低的功 耗，是因?yàn)槠湓诮档托酒碾娫措妷杭办`活而可控的運(yùn)行時(shí)鐘方面都有其獨(dú)到之 處。
主要技術(shù)特點(diǎn)如下
(1) 低工作電壓范圍1.8 V —3.6 V;
(2) 超低功耗
活動(dòng)模式200 u A at 1 MHz, 2. 2 V
待機(jī)模式0.7yA
關(guān)閉(RAM Retention) : 0.1 "A;
(3) 超快1 y s內(nèi)從待機(jī)模式喚醒；
(4) 16-Bit RISC指令體系，65ns指令周期；
(5) 基本時(shí)鐘模塊結(jié)構(gòu) _內(nèi)部頻率高達(dá)16MHz —32-kHz晶體振蕩器 _高頻晶振可達(dá)16MHz 一共振器
一外部時(shí)鐘源；
(6) 16-Bit Timer_A (帶3捕獲/比較寄存器)；
(7) 片內(nèi)比較器，可用于模擬信號(hào)比較或可用于斜邊A/D轉(zhuǎn)換；
(8) 串行在線編程，無(wú)需外部編程電壓，可編程的安全熔絲代碼保護(hù). 如圖4所示，為一種位置監(jiān)測(cè)分站裝置結(jié)構(gòu)示意圖，所述的位置監(jiān)測(cè)分站裝
置由天線、RF收發(fā)單元、數(shù)據(jù)處理單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、實(shí)時(shí)時(shí)鐘單元、電源 管理單元和RS485通訊接口單元組成，數(shù)據(jù)處理單元分別與RF收發(fā)單元、數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)單元、實(shí)時(shí)時(shí)鐘單元、電源管理單元和RS485通訊接口單元連接，RF收發(fā) 單元與天線連接。
天線模塊是由微帶天線和PCB板組成，該天線具有低剖面、易于電路集成等 特點(diǎn)。主要技術(shù)特點(diǎn)如下(1) 該天線工作頻率為2.4GHz，帶寬400MHz，天線大小為35*40*1. 5 mm;
(2) PCB板采用的是聚四氟乙烯高頻板，此PCB板具有低介電常數(shù)、高Q 值等特點(diǎn)；
(3) 最終設(shè)計(jì)的天線增益可達(dá)到5dBi，極化形式為垂直極化，水平面、垂 直面3dB波瓣寬度在65度一70度之間，前后比可大于16dB。
RF收發(fā)單元采用了調(diào)制方式為GFSK的2. 4GHz芯片，主要技術(shù)特點(diǎn)如下 (2) GFSK調(diào)制/解調(diào)方式；
(2) 數(shù)據(jù)傳輸速率可設(shè)置為250k-lMb/s;
(3) 所需外圍元件極少；
(4) 芯片內(nèi)可校準(zhǔn)電壓為1.9 — 3. 6V。
該芯片在2. 4GHz ISM頻段通信，即使很靠近無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)、藍(lán)牙和微波 爐也能提供清晰、可靠的通信，250k-1M Mbps數(shù)據(jù)速率使它的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間、 等待時(shí)間縮短并減小了干擾，增加了電池壽命，該芯片提供完整的2. 4GHz無(wú)線 電解決方案。
RS485通訊接口單元由RS485接口、抗干擾模塊、通訊芯片，光耦隔離芯片 組成，通訊芯片與數(shù)據(jù)處理單元連接。
如圖5所示，為位置監(jiān)測(cè)分站數(shù)據(jù)處理單元示意圖，所述的數(shù)據(jù)處理單元由 數(shù)據(jù)處理芯片、系統(tǒng)晶振、程序下載接口、數(shù)據(jù)接口和復(fù)位單元、實(shí)時(shí)時(shí)鐘晶振 和上拉電阻組成，數(shù)據(jù)處理芯片分別與系統(tǒng)晶振、程序下載接口、數(shù)據(jù)接口、復(fù) 位單元、實(shí)時(shí)時(shí)鐘晶振和上拉電阻連接。
數(shù)據(jù)處理芯片與人員識(shí)別卡裝置一樣為T(mén)I公司的MSP430系列單片機(jī)，型 號(hào)是MSP430F169，具有強(qiáng)大處理能力的MSP430單片機(jī)是一個(gè)16位的單片機(jī)， 采用了精簡(jiǎn)指令集(RISC)結(jié)構(gòu)，具有豐富的尋址方式(7種源操作數(shù)尋址、4 種目的操作數(shù)尋址)、簡(jiǎn)潔的27條內(nèi)核指令以及大量的模擬指令；大量的寄存 器以及片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器都可參加多種運(yùn)算；還有高效的査表處理指令；有較高的 處理速度，在8MHz晶體驅(qū)動(dòng)下指令周期為125 ns 。這些特點(diǎn)保證了可編制出 高效率的源程序。
使用時(shí)，下井人員攜帶識(shí)別卡，每個(gè)識(shí)別卡都有唯一固定的2字節(jié)長(zhǎng)度的識(shí)別號(hào)，用以識(shí)別不同的人員。位置監(jiān)測(cè)分站裝置分別設(shè)于井下的各個(gè)坑道出入口， 位置監(jiān)測(cè)分站裝置和電腦通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接，每個(gè)位置監(jiān)測(cè)分站也有唯一的通訊地 址，用于確定所安裝的不同位置。識(shí)別卡間隔一秒鐘通過(guò)無(wú)線射頻方式發(fā)送一次 識(shí)別號(hào)信息，當(dāng)攜帶有識(shí)別卡的人員，經(jīng)過(guò)安裝有位置監(jiān)測(cè)分站的坑道出入口， 位置監(jiān)測(cè)分站接收到識(shí)別卡發(fā)來(lái)的識(shí)別號(hào)信息后，從位置監(jiān)測(cè)分站內(nèi)存中檢索和 識(shí)別號(hào)對(duì)應(yīng)的需要發(fā)送給識(shí)別卡的信息，并通過(guò)無(wú)線射頻通訊方式發(fā)出。識(shí)別卡 接收到位置監(jiān)測(cè)分站發(fā)來(lái)的信息后，把信息內(nèi)容用中文方式顯示在識(shí)別卡的液晶 屏幕上。另外，識(shí)別卡上有一個(gè)按鍵，按下按鍵可以選擇識(shí)別卡需要發(fā)送的信息， 確定后，識(shí)別卡將不斷發(fā)送此信息，直到被位置監(jiān)測(cè)分站接收到。位置監(jiān)測(cè)分站 接收到的全部識(shí)別卡信息，將通過(guò)有線方式，傳送到電腦主機(jī)。
權(quán)利要求1. 一種雙向井下人員定位裝置，其特征在于，由識(shí)別卡和位置監(jiān)測(cè)分站組成，識(shí)別卡由井下人員攜帶，位置監(jiān)測(cè)分站裝置分別設(shè)于井下的各個(gè)坑道出入口，每個(gè)位置監(jiān)測(cè)分站裝置和電腦通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙向井下人員定位裝置，其特征在于，所述的 識(shí)別卡裝置由液晶顯示單元、天線、識(shí)別卡RF收發(fā)單元、識(shí)別卡數(shù)據(jù)處理 單元和電池組成，識(shí)別卡數(shù)據(jù)處理單元分別與液晶顯示單元、識(shí)別卡RF 收發(fā)單元和電池連接，識(shí)別卡RF收發(fā)單元與天線連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種雙向井下人員定位裝置，其特征在于，所述的 識(shí)別卡數(shù)據(jù)處理單元由識(shí)別卡數(shù)據(jù)處理芯片、識(shí)別卡系統(tǒng)晶振、識(shí)別卡程 序下載接口、識(shí)別卡數(shù)據(jù)接口和識(shí)別卡復(fù)位單元組成，識(shí)別卡數(shù)據(jù)處理芯 片分別與識(shí)別卡系統(tǒng)晶振、識(shí)別卡程序下載接口、識(shí)別卡數(shù)據(jù)接口和識(shí)別 卡復(fù)位單元連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙向井下人員定位裝置，其特征在于，所述的 位置監(jiān)測(cè)分站裝置由天線、RF收發(fā)單元、數(shù)據(jù)處理單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、 實(shí)時(shí)時(shí)鐘單元、電源管理單元和RS485通訊接口單元組成，數(shù)據(jù)處理單元 分別與RF收發(fā)單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、實(shí)時(shí)時(shí)鐘單元、電源管理單元和RS485 通訊接口單元連接，RF收發(fā)單元與天線連接。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種雙向井下人員定位裝置，其特征在于，所述的 數(shù)據(jù)處理單元由數(shù)據(jù)處理芯片、系統(tǒng)晶振、程序下載接口、數(shù)據(jù)接口和復(fù) 位單元、實(shí)時(shí)時(shí)鐘晶振和上拉電阻組成，數(shù)據(jù)處理芯片分別與系統(tǒng)晶振、 程序下載接口、數(shù)據(jù)接口、復(fù)位單元、實(shí)時(shí)時(shí)鐘晶振和上拉電阻連接。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種雙向井下人員定位裝置，其特征在于，主要由識(shí)別卡和位置監(jiān)測(cè)分站組成，識(shí)別卡由井下人員攜帶，位置監(jiān)測(cè)分站裝置分別設(shè)于井下的各個(gè)坑道出入口，位置監(jiān)測(cè)分站裝置和電腦通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是使帶有識(shí)別卡的下井人員經(jīng)過(guò)安裝有位置監(jiān)測(cè)分站的出入口通道時(shí)，人員的通行記錄實(shí)時(shí)完成。位置監(jiān)測(cè)分站可以將需要發(fā)送的通知發(fā)送到識(shí)別卡上，同時(shí)井下人員可以通過(guò)識(shí)別卡將緊急呼救信息發(fā)送給位置監(jiān)測(cè)分站，完成井上和井下雙向通訊，使得井下人員的安全性明顯提高。
文檔編號(hào)H04L12/28GK201229581SQ200820059820
公開(kāi)日2009年4月29日 申請(qǐng)日期2008年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月17日
發(fā)明者曹穎晶, 沈思宇, 王建華, 鈞 馬 申請(qǐng)人:上海軼龍應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)有限公司