高永峰 吳房勝 于進(jìn)杰

（1.淮南礦業(yè)集團(tuán)，安徽 淮南 232007；2.安徽工商職業(yè)學(xué)院，安徽 合肥 231131；3.中國(guó)人民解放軍裝甲兵學(xué)院，安徽 蚌埠 233000）

0 引言

井下人員定位系統(tǒng)，可對(duì)煤礦井下人員進(jìn)行實(shí)時(shí)定位與跟蹤，隨時(shí)了解每個(gè)工作人員在井下的位置與活動(dòng)路徑。一旦發(fā)生突發(fā)情況，可立即從監(jiān)控電腦上查詢事故現(xiàn)場(chǎng)人員的遇險(xiǎn)撤退線路、被困人員數(shù)量、位置分布情況等信息，為事故搶險(xiǎn)提供科學(xué)依據(jù)，減少人員傷亡的發(fā)生。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

本文設(shè)計(jì)的井下人員定位系統(tǒng)，每位井下工作人員分發(fā)唯一的與之對(duì)應(yīng)的RFID 電子標(biāo)簽卡，并要求工作人員必須隨身佩帶，電子標(biāo)簽卡隨著工作人員的運(yùn)動(dòng)連續(xù)地發(fā)射電磁波信號(hào)。在井下入口、各個(gè)巷道、作業(yè)面的每個(gè)交叉巷道口等一些需要監(jiān)控的重要位置安裝一些讀卡器檢測(cè)站點(diǎn)。讀卡器監(jiān)測(cè)站點(diǎn)檢測(cè)每個(gè)員工的身份碼信息的電子標(biāo)簽，再將電子標(biāo)簽的標(biāo)號(hào)，以及其讀卡器編號(hào)一并經(jīng)工業(yè)總線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)降乇淼纳衔粰C(jī)上面。

上位機(jī)監(jiān)控軟件通過(guò)Visual Basic 6.0 軟件進(jìn)行開(kāi)發(fā)，自動(dòng)采集井下工作人員經(jīng)過(guò)的時(shí)間、地點(diǎn)等信息，參照預(yù)先制作的讀卡器安裝位置圖以及開(kāi)采面地圖就能夠確定井下工作人員所處的位置。如果員工遠(yuǎn)離讀卡器信號(hào)覆蓋的區(qū)域時(shí)，讀卡器講不再檢測(cè)到員工攜帶的電子標(biāo)簽信號(hào)，上位機(jī)如果沒(méi)有收到該讀卡器信號(hào)，則說(shuō)明該工作人員已經(jīng)遠(yuǎn)離該區(qū)域，暫時(shí)還沒(méi)有走進(jìn)其他讀卡器的信號(hào)覆蓋的區(qū)域內(nèi)。

一段時(shí)間以后，一旦該井下工作人員出現(xiàn)在其他讀卡器的信號(hào)覆蓋的區(qū)域內(nèi)，則可判定出該井下人員的活動(dòng)路徑，對(duì)煤礦的安全生產(chǎn)起到舉足輕重的作用。系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)圖

2 硬件電路設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)硬件電路中，標(biāo)識(shí)卡的設(shè)計(jì)是比較重要的是，標(biāo)識(shí)卡是載有唯一能被識(shí)別的信息的載體，卡片發(fā)給員工后，在地表監(jiān)控主機(jī)的數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)創(chuàng)建該卡片內(nèi)的唯一信息，該信息與標(biāo)識(shí)卡攜帶人員的身份是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。

本系統(tǒng)采用nRF2401 作為無(wú)線收發(fā)芯片，nRF2401 為單片射頻的收發(fā)芯片，工作頻率為2.4～2.5GHz，nRF2401 能應(yīng)用在多種無(wú)線通信的場(chǎng)合，如無(wú)線雙向數(shù)據(jù)傳輸裝置、遙控玩具、遙控開(kāi)鎖、無(wú)線鼠標(biāo)等，nRF2401 的電路圖如圖2 所示。

圖2 nRF2401 的電路圖

單片機(jī)主控模塊主要負(fù)責(zé)控制數(shù)據(jù)的收發(fā)與監(jiān)測(cè)，本系統(tǒng)利用宏晶公司生產(chǎn)的STC11F02E 進(jìn)行設(shè)計(jì)。STC11F02E 單片機(jī)是STC 公司生產(chǎn)的單時(shí)鐘/機(jī)器周期的單片機(jī)，指令代碼全部兼容傳統(tǒng)8051 單片機(jī)，速度比51 單片機(jī)快8-12 倍。該單片機(jī)內(nèi)部集成高可靠復(fù)位電路，針對(duì)高速通信、智能控制、強(qiáng)抗干擾場(chǎng)合非常實(shí)用，STC11F02E 單片機(jī)電路如圖3 所示。

圖3 STC11F02E 單片機(jī)電路

3 地面監(jiān)控系統(tǒng)

地面監(jiān)控軟件部分主要為應(yīng)用層，應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)和用戶的接口，它與行業(yè)需求相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)井下人員監(jiān)控的智能應(yīng)用。系統(tǒng)的監(jiān)控軟件開(kāi)發(fā)工具采用Visual Basic 6.0開(kāi)發(fā)的，該軟件是集信息處理與數(shù)據(jù)采集的一種綜合管理系統(tǒng)，后臺(tái)通過(guò)SQL Server 2005 數(shù)據(jù)庫(kù)處理數(shù)據(jù)，運(yùn)行平臺(tái)適用于Microsoft Windows 2005 Server/XP/2003 等操作系統(tǒng)。上位機(jī)監(jiān)控軟件包括系統(tǒng)設(shè)置、考勤管理、統(tǒng)計(jì)分析、系統(tǒng)維護(hù)、實(shí)時(shí)定位、地圖維護(hù)等六個(gè)部分。

該系統(tǒng)主要功能包括煤礦井下人員位置識(shí)別與跟蹤、超員報(bào)警、超時(shí)報(bào)警、人員考勤、人員救援指揮、人員情況統(tǒng)計(jì)與限制區(qū)報(bào)警。讀卡分站、識(shí)別卡均能夠在有瓦斯、粉塵等易燃易爆性氣體的煤礦礦井中運(yùn)行，該系統(tǒng)的主要功能圖如圖4 所示。

圖4 主要功能圖

4 人員定位監(jiān)測(cè)

通過(guò)監(jiān)控軟件的設(shè)計(jì)，在人員實(shí)時(shí)監(jiān)控窗體中，有實(shí)時(shí)定位跟蹤、下井人員顯示、歷史定位跟蹤、井下人員分布、下井干部顯示五個(gè)按鈕，點(diǎn)擊該五個(gè)按鈕中的一個(gè)，即可進(jìn)入相應(yīng)窗體，其中人員實(shí)時(shí)監(jiān)控中的實(shí)時(shí)定位跟蹤窗體如圖5 所示。

圖5 實(shí)時(shí)定位跟蹤窗體

5 總結(jié)

通過(guò)Visual Basic6.0 軟件設(shè)計(jì)了本系統(tǒng)的上位機(jī)監(jiān)控顯示界面，并給出井下人員實(shí)時(shí)檢測(cè)、報(bào)警處理、考勤報(bào)表、歷史數(shù)據(jù)查詢、人員管理中部分窗體的圖形設(shè)計(jì)界面。完成了RFID 在煤礦生產(chǎn)中的應(yīng)用，對(duì)我國(guó)煤礦的安全生產(chǎn)提供了及時(shí)可靠的信息查詢、監(jiān)控與定位等功能，以信息化手段增強(qiáng)了煤礦的安全生產(chǎn)效率。解決了一旦發(fā)生煤礦安全事故后，無(wú)法準(zhǔn)確、快速的獲取事故發(fā)生地點(diǎn)的精確位置，不能對(duì)被困人員實(shí)施有效的搶險(xiǎn)救援任務(wù)的問(wèn)題。