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(kāi)采作業(yè)相對(duì)于其他職業(yè)來(lái)說(shuō)是危險(xiǎn)系數(shù)較高的一項(xiàng)職業(yè)。妨礙救援的主要原因是不能確定被困人員的準(zhǔn)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(duì)比了幾種主要的目標(biāo)定位技術(shù)，分析了各自的優(yōu)缺點(diǎn)，然后針對(duì)低功耗藍(lán)牙技術(shù)，提出了一套完整的煤礦井下目標(biāo)定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。

藍(lán)牙4.0；CC2540；區(qū)域定位

前言

煤礦井下是危險(xiǎn)的工作場(chǎng)所，煤炭事故時(shí)有發(fā)生，造成大量的損失。在分析常見(jiàn)的煤礦事故時(shí)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(wú)法被上層監(jiān)控中心掌握。因此，針對(duì)煤礦井下設(shè)計(jì)基于移動(dòng)目標(biāo)的定位系統(tǒng)，對(duì)于掌握井下工作人員狀況，一旦發(fā)生事故及時(shí)展開(kāi)救援具有非常重要的意義。同時(shí)，該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對(duì)于加強(qiáng)工作人員管理、考勤以及生產(chǎn)過(guò)程優(yōu)化等，都具有很強(qiáng)的參考價(jià)值。

1 藍(lán)牙4.0

藍(lán)牙是一種短距離交換數(shù)據(jù)的無(wú)線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（在ISM頻段使用短波長(zhǎng)UHF無(wú)線電波從2.4到2.485千兆赫（4）），從固定和移動(dòng)設(shè)備，以及建立個(gè)人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（PAN）。1994年由電信廠商愛(ài)立信發(fā)明，它最初被認(rèn)為是一種RS-232數(shù)據(jù)電纜的無(wú)線替代品。藍(lán)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(jìn)化歷程。本文討論的是基于藍(lán)牙4.0的低功耗藍(lán)牙芯片。

2 系統(tǒng)構(gòu)成

圖1 定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖

系統(tǒng)的總體方案如圖1所示，監(jiān)控中心的上位機(jī)工作在上層以太網(wǎng)，現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集則通過(guò)三級(jí)總線網(wǎng)絡(luò)完成(485或CAN)，以太網(wǎng)與總線間通過(guò)STM32網(wǎng)關(guān)完成信息的轉(zhuǎn)換與交互。而總線間則以一個(gè)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(fù)責(zé)采集井下環(huán)境、工作信息，基站負(fù)責(zé)采集信標(biāo)器藍(lán)牙模塊信息，并將信息逐級(jí)上傳。

信標(biāo)器設(shè)計(jì)采用德州儀器提供的藍(lán)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(guò)TPS62730進(jìn)行穩(wěn)壓來(lái)保持電源輸出的穩(wěn)定性。同時(shí)，由于藍(lán)牙同步和精度的原因，CC2540正常工作需要設(shè)計(jì)2個(gè)晶振，分別為32.768KHz和32MHz的晶振。整個(gè)信標(biāo)器主電路原理圖如下所示。

圖2 CC2540原理圖

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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(huì)科研項(xiàng)目資助，項(xiàng)目編號(hào)KJ1403001。