蓝牙井下人员定位系统.doc

蓝牙井下人员定位系统作者：安全文化网文章来源：安全文化网点击数：701更新时间：2008-1-4一、前言目前煤矿井下普遍存在入井人员管理困难，井上人员难以及时掌握井下人员的动态分布及作业情况，尤其是一些关键岗位监管失控会带来严重安全隐患，一旦事故发生，对井下人员的抢救又缺乏可靠信息，抢险救灾、安全救护的效率低。针对煤矿目前现状，我们率先在国内采用远距离识别最新技术，开发了蓝牙井下人员定位系统，可对煤矿入井人员进行实时跟踪和定位，随时清楚掌握每个人员在井下的位置及活动轨迹。如果发生灾变，还可立即从监控计算机上查询事故现场的人员位置分布情况、被困人员数量、遇险人员撤退线路等信息，为事故抢险提供科学依据。同时，也可利用本系统的呼叫功能及日常考勤管理功能，对矿井人员进行管理。这一科技成果的实现，为煤矿企业的安全生产和经营管理上台阶、上水平带来了新的契机，将为我国煤矿的安全生产和事故后的抢险救灾发挥积极作用。二、产品介绍该产品是北京中矿华沃电子科技有限公司在总结射频识别技术（RFID）的基础上，结合煤矿井下安全生产的特点，通过自身的技术力量开发成功的高新技术产品，拥有自主知识产权，尤其是采用最新蓝牙技术实现井下人员定位,填补了国内信息技术领域的一项空白。该系统产品已根据煤矿安全生产企业的技术要求和安全标准进行独立设计，完全可以满足煤矿井下人员跟踪定位的自动化管理要求。同时可充分利用矿井已有煤矿监控系统平台资源联网运行，有效节约投资，是国内最先进，最稳定的井下人员定位系统。该系统由井下防爆电源，485总线，人员卡、基站,RS485转以太网接口等组成，用于完成信息采集和识别，从而实现预设的系统功能和信息化管理目标.三、工作原理每人随身佩带的人员卡自动发出代表自身身份的射频信号，经最近的基站接收，该基站将人员卡的身份信息和自身基站的地址信息相组合，经RS485总线发送给临近的上一个基站，再由这个基站上传，直至发送到数据中心站，传入到到中心计算机，由中心计算机进行数据的分析，处理，并提供查询，管理等功能。使管理者能实时的观察到井下工作人员的即时位置，实现井下人员定位,并且能区分井下人员等级，管理者如要找井下某个人,可以向目标发出呼叫信息（如寻人呼叫、撤离呼叫、紧急撤离等信息），可以呼叫某一个目标，也可以群呼。信息可以在第一时刻立即传达到每一个人，每个人有紧急情况也可呼救井上管理中心,实现实时信息双向传递。本系统更有利于矿山调度,救灾，安全及日常生产管理。四、与其它产品相比较的优点l将蓝牙新技术运用到矿山井下人员定位上,属国内首创,由于蓝牙采用跳频通讯,一个频率联系不上,可以更换另一频率,直到连接上为止,解决了误读,漏读人员现象,系统可适应井下复杂,苛刻的条件,运行稳定,拥有自主知识产权和自有技术标准体系。本产品真正的质优价廉.由于采用新技术,成本降低,价格相当与同类产品的三分之一,功能却更多,更完善由于产品价格低，使多数量布点精确定位成为可能,而不是以往单纯的考勤式定位.本产品首创呼叫功能,具有井上井下联系功能,对于调度日常生产,抢险救灾具有积极意义本产品独创系统延伸功能.可随矿井巷道的变化,在显示页面任意根据需要改动本产品带有故障自动诊断功能,可自动报警故障地点,维护异常方便l远距离识别，无需将无线发射卡靠近读卡设备读卡。l系统的正常工作不受环境变化的影响，保证在恶劣环境下24小时能够连续正常运转。l系统运行安全、稳定、可靠、误码率几乎为0。l具有信息防冲撞功能，可同时识别多个标识卡。l井下人员跟踪定位基站与地面中心站失去联系时，基站仍能独立工作,自动存储人员监测数据。l信号穿透力和绕射力强，系统识别标识卡可做到无方向性。l识别距离不小于50米，最大可到200米。l无对人体伤害的微波电磁污染，信息的安全性和保密性能高。l可靠识别快速移动目标。l基站防爆电源有多种接入方式（127V/220V/380V/660V）供选择。l系统安装、维护方便。五、系统设计特点查询当前井下人员分布根据各矿实际情况绘制井下巷道、采区图，并在该图上显示各个区域当前人数。该图是动态的，随着井下人员的移动，该图显示的各区域人数会随时更新。在该图上用鼠标点击，可以显示某个选定区域的人员名单；进一步点击还可以显示某个选定人员下井后的行踪l查找人员当前位置输入任意人员的姓名或编号，可以立即以图形方式显示此人当前所在区域；也可以同时输入多个人员，以文字方式显示这些人各自在井下的当前位置l井下人员跟踪可以为一个或几个人员指定不同颜色的特殊符号，如小圆圈、三角形、星形等，在井下巷道图上实时动态地显示他们的行踪l复示井下人员行踪所有下井人员的行踪在系统内都可以保留一段指定时间，无论此人是否已经上井。在该时段内可以图形方式或列表方式重现任意人员在井下的行踪l统计查询进入特殊区域人员对于井下的某些特殊区域，例如规定不准一般人员进入的危险区域，在行踪保留时段内可以随时进行查询，列出进入该区域的人员和出、入时间l下井人员考勤管理软件可以从系统记录的人员行踪信息中自动提取出每个下井人员的入、出井时间，从而形成考勤记录，进而形成各种考勤报表和查询、统计功能基于RFID技术煤矿井下人员定位系统研究作者：安全文化网文章来源：安全文化网点击数：594更新时间：2007-8-21 目前，煤矿井下普遍存在入井人员管理困难，管理人员难以及时掌握井下人员的动态分布及作业情况，一旦事故发生，对井下人员的抢救缺乏可靠信息，抢险救灾、安全救护的效率低。引入和运用煤矿井下人员定位系统，工作人员佩戴的电子标签通过井下监控节点向监控中心传送他们的位置信息，实时掌握每个人在井下的位置及活动轨迹，对煤矿的安全生产将有积极作用，在一定程度上减少人员伤亡。平时，上传的位置信息也可以用做工作人员的考勤记录。 1射频识别技术 1、1射频识别发展 RFID是20世纪90年代兴起的一种非接触式的新型自动识别技术，它利用无线传输方式进行双向数据通信，进而达到自动识别并交换信息的目的。近年来，自动识别技术得到了快速普及和推广，自动识别方法多种多样：条形码是一种应用广泛、廉价的自动识别术，但条形码信息量小，不能改写；有触点排的IC卡是电子数据载体最普遍的结构，但在许多情况下，机械触点的接通是不可靠的；RFID却可以让物品实现真正的自动化管理，其优势非常明显：存储信息量大，每一个产品拥有独一无二的ID号；读写不需要光源，可以透过外部材料读取数据；使用寿命长，能在恶劣环境下工作；能够轻易嵌入或附着在不同形状、类型的产品上；读取距离更远，可以写入及存取数据，实现标签的内容动态改变；能够同时处理多个标签；标签的数据存取有密码保护，安全性更高；可以对RFID标签所附着的物体进行追踪定位。 1、2射频识别系统组成 射频识别系统主要由Tag、读写器、天线等组成，一般还需要其他软硬件的支持。 (1)读写器。读写器可以简化为两个基本的功能模块：高频接口模块(发送器和接收器)和控制单元两部分。读写器读取电子标签中的信息，然后将信息发送到地面监控中心。 (2)无源电子标签。电子标签由耦合元件和ASIC(IC)组成。无源电子标签，即没有自己的电源供给的电子标签，由读写器发出的高频场提供能量。模拟前端配合解调器从电子标签天线吸收电流，整流后使电容充电，再经稳压后为电子标签供电。 2 CAN总线技术 CAN是由ISO定义的串行通讯总线，最初应用在80年代末的汽车工业里。它具有高位速率、高抗电磁干扰性、高可靠性而且能够检测到产生的任何错误。CAN在微控制器之间需要互相通信或微控制器和远程的外围器件要互相通信的情况下是一个理想的解决方法，在各种控制系统得到了广泛应用。 CAN采用了新技术及独特的设计，与RS485相比具有突出的可靠性、实时性和灵活性。CAN具有多主节点的网络特性，总线利用率高，数据传输速度快，可扩充性好，通讯距离长，加中继器通讯距离可达数十千米，具有可靠的错误处理和检错机制，个别节点失效并不影响整个通讯网络的运行，实时性好等优点。另外，CAN的双向通信弥补了RS485半双工通信的缺陷，不仅能够实现位置信息的上传，当需要时还可以实时修改井下某监控接点信息。比较可知，RS-485网络除了硬件成本、开发难度比CAN-bus网络稍具优势外其他性能方面都没有可比性。在产品更新速度特别快的今天，如果将产品的上市时间，产品的后期维护软件开发难度等计算在一起，RS-485的硬件成本优势也变得不十分明显，因而用CAN总线取代RS-485总线是一种比较彻底的方案。 3煤矿井下人员定位系统设计 3、1定位系统基本构成 系统由井上与井下两部分设备组成。井上设备主要由监控中心(包括服务器)及共享网络终端等组成；井下设备以CAN总线作为主传输途径，开发相应的煤矿井下人员监控节点，配合天线、电子标签、传输介质、中继器R等与监控中心挂接，从而实现井下作业人员的定位和安全管理。 3、2定位系统工作原理 定位系统主要实现井下人员及设备安全监测工作。在坑道、作业面的交叉道口安装监控节点，入井工作人员按照要求佩戴安装电子标签的腰带，或佩戴装有电子标签的安全帽。RFID读写器通过固定频率的射频载波向电子标签传送信号，电子标签(工作人员随身佩戴)进入读写器的天线工作区域后被激活，并将载有个人信息的射频信号经卡内收发模块发射出去；读写器天线接收到电子标签发来的射频信号，经过处理后，提取出个人信息，通过现场总线送至井上监控中心，记录井下工作人员经过地点、时间、活动轨迹等实时信息，还可自动生成考勤作业的统计与管理等方面的报表资料，提高管理效益。 3、3定位系统核心部件RFID监控节点 (1)RFID监控节点硬件设计。监控节点由读写器、微控制器(MCU)、CAN节点组成。设计中读写器使用的射频芯片是RI-STU-650A，它具有抗干扰能力强、通信速率高、功耗低、性能稳定等优点。考虑到成本等方面的问题，设计时RFID采用的工作频率为915MHz，经过试验测试，证明在传输距离及数据可靠性等方面，可以达到本系统的功能要求。读写器与微控制器89C51间利用SPI串行接口进行通信。CAN节点由三部分所构成：独立CAN控制器SJA1000、CAN驱动器82C250和高速光电耦合器6N137。为了增强CAN节点的抗干扰能力，SJA1000并不是直接与82C250相连，而是通过高速光耦6N137与82C250相连，这样就很好的实现了总线上各CAN节点间的电气隔离。 (2)RFID监控节点软件设计。监控节点单片机软件设计是使用C51和汇编语言混合编程，包括复位模块、防冲突模块、读写模块、通信模块。当Tag被验证为合法时，读写器才正式读/写Tag数据，经过信息处理之后，由CAN总线上传到地面监控心。当Tag被验证为非法时，读写器转到直接复位应答状态，等待下次读写操作开始。 3、4系统实现的主要功能 (1)考勤管理功能。通过操作平台专用管理软件对下井人员进行下井次数、井下停留时间等信息分类统计，便于考核，实现工作人员的考勤统计管理功能和有关报表的打印。 (2)安全保障功能。系统根据数据库中储存下来的历史数据信息，可迅速知道井下人员及重要设备的分布情况，一旦出现矿井灾难，可对现场被困人员进行定位和搜寻，便于有效救护。 (3)生产调度功能。通过调用数据库中的数据，可以查询