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井下人员定位系统 引言： 煤矿是我国安全生产事故多发行业，百万吨死亡率高达 7.86, 对井下工作人员进行定位跟踪 已显得十分重要。目前国内的矿井人员定位系统大多采用 RFID 技术进行人员定位。用传统 RFID 进行定位的缺点是：功能单一，仅具编码识别功能；信号传输可靠性低；信号识别距 离短；漏读率高。鉴此，本文采用射频 Soc nRF9E5 来设计矿井人员定位系统。通过软件编 程，使得 nRF9E5 芯片在实现 RFID 功能的基础上，还能实现无线报警功能。 1. 系统整体结构及工作原理： 1.1 系统的整体结构及功能： 矿井人员定位系统结构分为井上和井下两部分，其结构简图如图 1。 图 1 矿井人员无线定位系统结构简图 其中智能定位基站负责采集处理矿井人员的身份编码， 坑道气体浓度， 温湿度等信息， 并将 它们送给地面监控主机； 智能卡里保存有员工的身份编码， 并不断得向周围发送该编码， 矿 难发生时可发无线报警信号；数据接口负责将井下现场总线信号转换为 RS-232 信号； HUB 用于地面设备网络连接； 监控主机用来运行管理软件， 在计算机屏幕上直观动态显示井下人 员的分布情况，使管理者一目了然；服务器里存放数据库，供监管部门通过 INTERNET 远 程监控；打印机主要用来打印人员监测管理等报表。 正常情况下， 该系统为煤矿管理人员提供人员实时监控、 进出限制、 考勤作业等多方面的管 理信息。 当发生安全事故时， 搜救人员通过该系统立刻可知被困人员的位置， 保证抢险救灾 和安全救护工作的高效运作。 1.2 定位原理： 井下智能定位基站里的读卡器不断地向其周围发送无线信号。 每个读卡器都有一个有效的信 号覆盖区。 矿工随身携带的智能卡进入这些信号覆盖区后被激活， 将保存在其内的员工数据 信息发送给读卡器； 定位基站经读卡器接收到该数据后， 将代表巷道地理位置的基站编码连 同收到的员工数据一起打包送至地面计算机； 地面监控计算机收到此信息后， 经相应的监控 软件分析计算工作人员所在具体位置。 2.硬件设计： 本系统的智能卡和智能定位基站里的读卡器是基于 nRF9E5 设计的。 一对 nRF9E5 就能组成 一人员定位终端。该终端用于矿工的身份识别，以对矿工进行定位，是系统的核心部分。 2.1 nRF9E5 芯片简介： nRF9E5 是 Nordic VLSI 公司于 2004 年推出的系统级 RF 芯片，该芯片内置 nRF905 433/868/915MHz 收发器、8051 兼容微控制器和 4 输入 10 位 80ksps A/D 转换器，QFN5×5mm 封装。相关文献资料表明， 1GHz 附近频段无线电波最适于进行井下无线数据传输。空旷地 nRF9E5 最大收发距离可达 300 米，楼道内收发也能达 100 米，其最大发射功率仅 10DBm （10 毫瓦），收发状态切换时间小于 650 微秒，非常适于井下人员定位。 2.2 基于 nRF9E5 的智能卡硬件设计 智能卡采用 nRF9E5 无线收发芯片作为射频通信芯片。 智能卡里保存有员工的身份编码， 该 编码唯一在监控主机数据库里， 与该编码对应存放着员工的姓名、 籍贯、年龄、民族等相关 信息。智能卡的电路原理图如图 2。 其中 ANT1