人员定位资料.doc

第一章 前 言 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，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，上传的位置信息也可用做工作人员的考勤记录煤矿的安全生产系统工作原理 事故，可根据电脑中的人员定位分布信息马上查出事故地点的人员情况，然后可再用手持读卡器在事故处进一步确定人员定位位置，以便帮助营救人员以准确快速的方式营救出被困人员。系统井上设备连接示意图如下： 图2-1 KJ-251A双向人员定位系统机房设备布置连接图 第三章 系统 图3-1 双向读卡器 工作原理：双向读卡器正常状态时处于接收状态，通过微带天线接收到标识卡发射的无线信号，由接收模块对高频信号进行解调还原后发送到微处理器中，微处理器对解调后的数据进行有效性验证，通过后把数据写入接收缓冲区和RS485通讯缓冲区等待上传；如果该标识卡一直处于读卡器的接收范围内时，读卡器就不断地接收该卡片信息，然后与接收缓冲区内的数据进行比较，来确定该卡片是新读入的卡片还是在一直在接收区域的卡片；经过一段时间后，双向读卡器没有在接收到此卡片的信息时，则认为此卡已经不在读卡器接收范围内，然后把卡片数据及离开信息再一次写入RS485通讯缓冲区内。双向读卡器实时接收来自中心站的命令并进行存储，周期性地判断目标标识卡是否处在自身覆盖范围内，发现目标则进行握手，建立无线通讯链路连接，实现信息交互，把命令下发到目标标识卡中，并进行命令下发确认。 3.2.2开关电源电路 较传统电源相比，开关电源重量轻、体积小、成本低，转换效率高，更重要的是采用通用输入电压，适应井下不稳定的输入电压。本电路设计为输入电压范围6～24V，正常工作电压12V，正常工作电流80mA；输入电压降低时，输入电流最大不超过200mA,有自恢复保险丝进行限流；输出电压分为5VDC和3.3VDC。开关电路有三部分组成：整流桥、高频开关模块及匹配网络、隔离及稳压。其中，整流桥有4个二极管组成，负责输入电压极性转换，保证高频开关模块电源输入端为正。高频开关模块，以PWM模式工作，通过反馈网络感知输出电源，调整输入电源的占空比来保证输出电压稳定在5V。 开关电源为两路负载提供电源，一路是主CPU及其无线接收部分，需要3.3V电源，另一路是RS485通讯接口部分，需要5V电源，为避免二者相互干扰，采用模块进行隔离。在其中一路模块加稳压二极管，给主CPU提供3.3V电源。如图4所示。另一路经模块隔离后，为通讯接口提供电源。 3.2.3 CPU的选择 CPU采用TI公司的MSP430F1611。该芯片能够通过配置外设的时钟来降低功耗，活动模式中，在2.2V工作电压、1MHZ的CPU时钟情况下，耗电量仅为280uA，低功耗特点有利于本质安全设计。内含2K的RAM数据存储区，60K的FLASH存储区，大容量的FLASH空间有利于应用程序的扩展；大容量RAM数据存储区满足同时容纳320张标识卡信息，1320个字节的需求。另外，还具有2个16位定时器，一个看门狗定时器、48个通用I/O口以及两个UART串口，通过定时器，可定时控制指示功能，减轻CPU的负担；众多的I/O口有利于拨码开关信息的采集、指示电路的控制、从射频模块接收数据以及其他扩展功能的设计；通过UART串口可以自由地进行通讯。考虑到该芯片丰富资源能够满足本设计的需求，故采用。 3.2.4 拨码开关电路 为了扩展读卡器的使用范围，进行拨码开关，低电平有效。并对8位拨码开关进行定义：1-5位为读卡器地址位，第6位为与标识卡无线通讯的协议选择位，第7位和第八位为上传数据通讯波特率控制位。具体电路图如图2所示。 图3-2 拨码开关电路 3.2.5拨码开关电路 射频电路分为射频接收模块及其匹配网络。射频芯片采用挪威nordic公司生产的nRF2401。nRF2401是单片射频收发芯片，工作于2.4～2.5GHz ISM频段，芯片内置地址解码器、先入先出堆栈区、GFSK滤波器、低噪声放大器、频率合成器、功率放大器、晶体震荡器和调制器等功能模块，输出功率和通信频道可通过程序进行配置。芯片能耗非常低，接收时工作电流只有18mA，多种低功耗工作模式，有125个频道， 支持使用同一天线同时接收20个不同频道的数据。需要很少的外围器件就可实现无线收发。nRF2401收/发芯片的天线输入/输出为平衡差分方式，其输入阻抗为400W，设计中可通过设计阻抗匹配电路使输出匹配50W的微带天线或SMA天线，输出功率达0dBm。 天线的输出引脚需提供直流偏置，通过两电感将DC加到偶极子天线的中心点来实现。