基于ZigBee技術(shù)的礦井人員定位系統(tǒng)
出處:maychang 發(fā)布于:2011-09-07 15:44:49
1 建立定位網(wǎng)絡(luò)
(1)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需要,沿坑道每隔200米距離(與井下電源接口位置一致),工作面距離則可降低為50米在坑道適當(dāng)位置(例如頂部)設(shè)置一個(gè)Zigbee網(wǎng)絡(luò)模塊(可采用電池驅(qū)動(dòng)或使用其他電源),同時(shí)在其他需要定位和網(wǎng)絡(luò)連接的地方,也安置相應(yīng)的Zigbee網(wǎng)絡(luò)模塊;為了避免井下環(huán)境對(duì)無線信號(hào)的干擾,所有無線網(wǎng)絡(luò)模塊使用的都是抗干擾的直序擴(kuò)頻通信方式,而且,每個(gè)模塊都有接收信號(hào)強(qiáng)弱指示功能(RSSI)。
(2)所安置的網(wǎng)絡(luò)模塊將自動(dòng)組成一個(gè)Zigbee通信網(wǎng)絡(luò),在布置網(wǎng)絡(luò)模塊的位置時(shí),注意應(yīng)使每個(gè)模塊至少可與兩個(gè)以上的模塊進(jìn)行通信,即避免“單線通信聯(lián)系”,以保證Zigbee 網(wǎng)絡(luò)通信的可靠性。這個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)際就是一個(gè)定位網(wǎng)絡(luò),每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)就是一個(gè)定位點(diǎn),只不過比起使用RFID來定位的方法,我們的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)還可通過讀取移動(dòng)目標(biāo)的信號(hào)強(qiáng)度,來確定移動(dòng)目標(biāo)的位置信息。另外,Zigbee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)體積要小得多,而且網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的通信,不一定要使用額外的光纖或通信電纜來進(jìn)行連接。
2 移動(dòng)目標(biāo)的無線身份卡模塊
(1)每一個(gè)需要定位的移動(dòng)目標(biāo)(例如礦工),都需要隨身攜帶一個(gè)無線身份卡模塊,或固定在安全帽上的一個(gè)扣式電池驅(qū)動(dòng)的全封閉的模塊約(50 x 40 x 8 mm)大小,每個(gè)模塊的發(fā)射功率小于1/1000瓦。 建議使用我們的簡(jiǎn)化了功能的SC8836A,或低成本的SC8836A模塊。
(2)為了增加電池使用壽命,無線身份模塊每隔5 -- 30 秒發(fā)射一個(gè)身份碼信號(hào)。為了避免井下環(huán)境對(duì)無線信號(hào)的干擾,所有無線身份卡模塊使用的都是抗干擾的直序擴(kuò)頻通信方式;同時(shí),在緊急情況時(shí),還可以通過卡上的按鈕,隨時(shí)發(fā)出緊急求救信息。
(3)該無線身份模塊還可與瓦斯探測(cè)等傳感器相連,這樣,不僅可以根據(jù)需要,機(jī)動(dòng)靈活的在不同位置(特別是采掘面)采集各種安全生產(chǎn)所需的信息(例如瓦斯?jié)舛龋L(fēng)壓風(fēng)速等),同時(shí)自動(dòng)地將采集點(diǎn)的位置信息和相關(guān)信息傳給監(jiān)控中心。這種瓦斯采集點(diǎn)可以安放在采掘面的某個(gè)固定位置,并隨采掘面的移動(dòng)而移動(dòng),也可讓瓦斯安檢人員隨設(shè)攜帶,十分方便。當(dāng)瓦斯?jié)舛瘸瑯?biāo)時(shí),該無線模塊可以立即通過Zigbee網(wǎng)絡(luò),將濃度信息,位置信息和報(bào)警信號(hào)傳往監(jiān)控中心,必要時(shí),將同時(shí)啟動(dòng)其它聯(lián)動(dòng)的應(yīng)急設(shè)備;
(4)調(diào)整無線定位身份卡模塊的發(fā)射功率,使其至少能夠與一個(gè)定位節(jié)點(diǎn)模塊通信。
3 移動(dòng)目標(biāo)位置的確定
(1)當(dāng)只有一個(gè)定位節(jié)點(diǎn)收到某個(gè)移動(dòng)身份卡的信號(hào)時(shí),這個(gè)定位點(diǎn)的位置就是這個(gè)移動(dòng)目標(biāo)的位置;
(2)當(dāng)有兩個(gè)定位節(jié)點(diǎn)同時(shí)收到某個(gè)移動(dòng)身份卡的信號(hào)時(shí),這兩個(gè)定位點(diǎn)之間的中間位置,就是該移動(dòng)目標(biāo)的位置;
(3)當(dāng)利用信號(hào)強(qiáng)度改進(jìn)定位時(shí),某個(gè)定位節(jié)點(diǎn)接收到的某個(gè)移動(dòng)身份卡的信號(hào)強(qiáng)弱,還可用來決定該移動(dòng)目標(biāo)距離這個(gè)定位節(jié)點(diǎn)遠(yuǎn)近,信號(hào)越強(qiáng),則離開這個(gè)定位節(jié)點(diǎn)越近,信號(hào)強(qiáng)度與到該定位點(diǎn)距離的函數(shù)關(guān)系,可以通過預(yù)先的簡(jiǎn)單實(shí)際測(cè)量獲得。當(dāng)有兩個(gè)定位節(jié)點(diǎn)同時(shí)接收到某一個(gè)移動(dòng)目標(biāo)的信號(hào)時(shí),我們就可以確定,移動(dòng)目標(biāo)必定位于這兩個(gè)定位節(jié)點(diǎn)之間的某處,其具體的位置,可以利用這兩個(gè)定位點(diǎn)所接收到的該移動(dòng)目標(biāo)信號(hào)強(qiáng)度的具體值,通過簡(jiǎn)單計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)校正來得到。
值得注意的是,在環(huán)境較為復(fù)雜的地方,特別是定位區(qū)域并非線狀的地方,例如某些作業(yè)面,我們需要通過增加定位節(jié)點(diǎn)數(shù)量的方法來提高定位。
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