重慶工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陳媛媛

煤礦井下人員定位技術(shù)研究

重慶工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陳媛媛

煤礦井下開采作業(yè)相對于其他職業(yè)來說是危險系數(shù)較高的一項職業(yè)。妨礙救援的主要原因是不能確定被困人員的準確位置。因此，研制工作人員位置定位跟蹤系統(tǒng)就顯得極其重要和十分迫切。本文首先對比了幾種主要的目標定位技術(shù)，分析了各自的優(yōu)缺點，然后針對低功耗藍牙技術(shù)，提出了一套完整的煤礦井下目標定位系統(tǒng)的設(shè)計方案。

藍牙4.0；CC2540；區(qū)域定位

前言

煤礦井下是危險的工作場所，煤炭事故時有發(fā)生，造成大量的損失。在分析常見的煤礦事故時可以發(fā)現(xiàn)造成救援遲緩的原因之一是井下人員分布情況無法被上層監(jiān)控中心掌握。因此，針對煤礦井下設(shè)計基于移動目標的定位系統(tǒng)，對于掌握井下工作人員狀況，一旦發(fā)生事故及時展開救援具有非常重要的意義。同時，該系統(tǒng)的設(shè)計對于加強工作人員管理、考勤以及生產(chǎn)過程優(yōu)化等，都具有很強的參考價值。

1 藍牙4.0

藍牙是一種短距離交換數(shù)據(jù)的無線技術(shù)標準（在ISM頻段使用短波長UHF無線電波從2.4到2.485千兆赫（4）），從固定和移動設(shè)備，以及建立個人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（PAN）。1994年由電信廠商愛立信發(fā)明，它最初被認為是一種RS-232數(shù)據(jù)電纜的無線替代品。藍牙技術(shù)從起始到現(xiàn)在先后經(jīng)歷了1.1、1.2、2.0、2.1、3.0、4.0、4.1和4.2多版本的進化歷程。本文討論的是基于藍牙4.0的低功耗藍牙芯片。

2 系統(tǒng)構(gòu)成

圖1 定位系統(tǒng)設(shè)計圖

系統(tǒng)的總體方案如圖1所示，監(jiān)控中心的上位機工作在上層以太網(wǎng)，現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集則通過三級總線網(wǎng)絡(luò)完成(485或CAN)，以太網(wǎng)與總線間通過STM32網(wǎng)關(guān)完成信息的轉(zhuǎn)換與交互。而總線間則以一個STM32分站作為網(wǎng)關(guān)，完成信息交互?？偩€上掛接分站、基站兩種設(shè)備，分站負責(zé)采集井下環(huán)境、工作信息，基站負責(zé)采集信標器藍牙模塊信息，并將信息逐級上傳。

信標器設(shè)計采用德州儀器提供的藍牙4.0典型芯片CC2540，其工作電壓為2～3.6V，我們?nèi)?.3V為本系統(tǒng)的供電電壓。但是由于基站還要掛接其他傳感器，因此我們采用5V電池作為電源的輸入，并通過TPS62730進行穩(wěn)壓來保持電源輸出的穩(wěn)定性。同時，由于藍牙同步和精度的原因，CC2540正常工作需要設(shè)計2個晶振，分別為32.768KHz和32MHz的晶振。整個信標器主電路原理圖如下所示。

圖2 CC2540原理圖

[1]張申.隧道無線電射線傳輸規(guī)律的研究[J].電波科學(xué)學(xué)報, 2002,17(02).

[2]王勝坤.礦井無線通信系統(tǒng)探討[J].電信科學(xué),1998(03): 47～48.

[3]李剛,劉志田,王春田,孫德晨.無線系統(tǒng)天線簡介及干擾抑制[J].石油儀器,2002,16(01):46～47.

陳媛媛，女，1982年出生，碩士，副教授，研究方向：通信技術(shù)。

本文受重慶市教育委員會科研項目資助，項目編號KJ1403001。