基于ZigBee井下人员定位系统分站的研究.pdfVIP

78 第21届全国煤矿自动化与信息化学术会议 暨第3届中国煤矿信息化与自动化高层论坛论文集 i 基于ZgBee井下人员定位系统分站的研究 李海鹏，颜文婧 (中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院) 摘要：本文通过分析现有井下人员定位系统的特点及井下特殊的应用条件， 结合现有的井下通信技术，提出了J,XZigBee为基础的井下人员定位系统的设计 方案，并且对井下人员定位系统有线分站进行了相应的软硬件设计．并对电源 模块、CAN总线数据传输、数据处理、键盘显示及报警模块提出了具体的软硬件 设计优化方案。这一方案有效的实现并下人员的统一管理与监控，提高矿井下 的人员自动化监控水平，保证井下人员安全． 关键词：井下人员定位系统；CAN；LPC2119：Zigbee 1 引言 近年来我国煤矿事故频发，而且事故攀升趋势严重，煤矿安全的状况令人担忧。现 存的煤矿普遍存在着以下几种主要安全隐患：井上管理人员不能与井下工作人员及时进 行即时通信，不能实时的掌握井下人员的分布和作业情况；难以进行人员的精确定位， 并准确、实时、快速履行煤矿安全监测职能以保证抢险救灾、安全救护的高效运作；不 能实现矿井监控管理的现代化、信息化。解决煤矿井下人员精确、简单、实用的定位系 统己成为矿井救护亟待解决的重要课题之一。因此，研究开发一种新型高精度、高可靠 性的井下人员定位系统具有重大的意义。 2现状 2．1井下人员定位系统应用的技术的区别 主要有下面儿个方面： (1)识别卡与读譬器之间的通信频率区别。其主流有：433MHz和2．4GHz。 (2)与上位机的数据通讯方式区别：RS485总线、CAN总线、光纤、TCP／IP。 (3)识别卡区别：有源卡和无源卡：带电量指示识别卡及半双工识别卡(通过卡上按 钮可给分站发卡码)。 (4)另有一种系统是基于目前煤矿井下移动通信(井下小灵通)上的人员定位系统，主 要是利用移动话机中的数据通信模块进行人员定位处理。所以，此人员定位系统必须在 井下必须在有移动通信的基础上进行。 2．2．井下人员定位系统结构的发展现状 (1)分站与读卡器一体式 这种结构系统的特点是每台分站即是电源、通讯、存储的设备，同时又是读卡器。 上层的检测站和数据文件服务器通过上层局域网连接。监测站与井下人员定位分站之间， 通过介于井下网和地面网之间的交换机连接。井下分站采集的人员ID信息汇总到交换机， 第2l届全国煤矿自动化与信息化学术会议 79 暨第3届中国煤矿信息化与自动化高层论坛论文集 传入上位机进行数据处理分析。这种系统结构的优点是接线少，故障率低，电力供应充 足。但是缺点是监测读卡点布置多时成本较高，不适合大规模铺设。 (2)分站带读每器式 这种结构系统的特点是一台分站直连多个读卡器，采用星型结构。分站只负责接收 各读卡器采集来的卡号，以及将卡号存取和上传，读卡器制作成本质安全型。采用这种 分站带读卡器式的优点是监测读卡点布置灵活，读卡器与分站之间距离最远可达lkm， 方便在井下巷道内进行铺设。供电地点需要少，读卡器重量轻(本质安全型)，成本适中。 缺点是电缆使用鼙相对较多，接线点多从而容易发生故障。读卡器由于受供电的制约， 总长度受限制。 (3)分站加总线带读卡器式 这种结构系统的特点是一台分站带一条总线，在总线上接有读卡器，最多可接16台 读卡器，其长度一般在1．2kin以内。采用这种体系结构的优点是对与单巷道布置监测读 卡器时非常方便灵活，在巷道进行密集布置监测读卡点时成本较低。缺点是遇剑岔路口 时布置监测读卡点比较繁琐，在一些难以布线的位置实施困难，在一定程度上不够灵活。 (4)分站带天线加定位器式 这种结构系统的特点采用无线接收方式，一台分站带一条接收天线，在天线的附近 放置定位器，定位器采用电池供电方式。定位器发出本设备的地址码给识别卡，识别卡 再将定位器的地址码与识别卡的地址码进行组合后发到分站。接收天线使用漏泄电缆通 讯方式完成一次识别‘}的读取工作。采用这种体系结构的优点是系统安装比较简单，定 位器不需要连接线缆，监测读卡点可根据需要