专利名称：蓝牙井下无线定位基站的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种无线定位装置，具体涉及一种利用蓝牙技术对矿井 等地下作业环境内人员进行无线定位跟踪的基站。
背景技术：
在矿井日常管理中，管理人员需要掌握各个岗位的在岗情况， 一方面了 解工作进展，另一方面对救灾工作提供便利。但是由于矿井等地下作业人员 流动性大， 一旦下井后，很难准确地知道其所处的位置。当矿井发生透水、 火灾，爆炸等事故，人员被困井下时，地面矿山救援指挥中心无法准确知道 井下被困人员数量和位置，也使救灾工作面临极大的困难，影响救援工作的 开展，因此存在严重的安全隐患。现有技术中，有关井下定位系统大都存在精度差、成本高等问题。如采用RFID有源感应卡方式的技术，人员佩戴RFID卡下井，在井下适当位置设 置读卡器，人员通过时读取信息以定位。此方案定位精度取决于读卡器间的 距离，而一般读卡器的距离为几十米，所以该方案的定位精度也为几十米。 此外RFID卡一般是被动卡，只能在固定位置刷卡定位，不能进行双向通信， 在发生事故的情况下，只能通过该系统确定员工在事故发生前的大概位置。又如中国专利200510071144.7公开的"一种基于无线传感器网络的井下 定位系统、装置及方法"，其系统包括置于矿灯内的移动节点、连接有线和无 线网络的网关、系统管理中心。此系统采用传统无线电技术，它存在功耗大， 抗干扰能力差，成本高等缺陷，不能满足矿井等地下人员定位的需要
实用新型内容
针对现有技术存在的上述不足，本实用新型的目的是提供一种用于矿井 等地下工作场所，精度高、成本低、抗干扰能力强、功耗低，且定位准确的 蓝牙井下无线定位基站。本实用新型的目的是这样实现的蓝牙井下无线定位基站由蓝牙模块、 单片机、ARM微处理器芯片和调制解调器模块构成；蓝牙模块通过UART接 口与ARM微处理器芯片相连；蓝牙模块的PCM接口连接到单片机的1/0 口， 单片机与ARM微处理器芯片通过UART接口相连；ARM微处理器芯片的 CAN接口通过调制解调模块与CAN总线相连。蓝牙井下无线定位基站应用于蓝牙井下无线定位系统中，若干个所述基 站固定布置于矿井内，基站之间通过有线和/或无线网络连接；采用现有带蓝 牙芯片的功能模块作为蓝牙移动站，由下井人员佩戴，与基站无线连接；基 站与监控主机之间通过有线网络连接。矿井内所述相邻基站之间通过有线网络相互连接，采掘面附近的基站间 通过蓝牙无线连接。相比现有技术，本实用新型具有以下优点1、 采用先进的蓝牙技术，克服无线电技术易受干扰、功耗大、成本高的 缺点使用方便，成本低廉；能满足矿井等地下人员定位的需要。2、 由其构成的蓝牙井下无线定位系统，能将定位结果形象地实时显示在 GIS地图上，定位精度高，为矿井救援和日常管理提供详细、准确、直观的井 下人员信息。3、 该基站支持异步数据信道和同步语音信道，可以用一个信道同时传送 异步数据和同步语音，语音功能让发生事故后，救援人员能与井下人员通话, 了解井下第一手资料，安抚井下人员。
图1是本实用新型蓝牙井下定位基站应用示意图。图2是本实用新型蓝牙井下定位基站的结构图。 图3是本实用新型定位原理示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步说明。 如图1所示，本实用新型蓝牙井下无线定位基站，应用于蓝牙井下无线 定位系统中，其系统包括蓝牙井下无线定位基站l、蓝牙移动站2、红外传感 器3、基于CAN的有线网络、监控主机5以及相应的管理软件。若干个蓝牙 井下无线定位基站1固定布置于矿井内的側壁上，矿井内的蓝牙井下无线定 位基站1之间依次通过基于CAN的有线网络相互连接，采掘面的蓝牙井下无 线定位基站1间通过蓝牙无线连接；蓝牙移动站2采用现有带蓝牙芯片的功 能模块即可，由下井人员佩戴，蓝牙移动站2的蓝牙模块与蓝牙井下无线定 位基站1无线连接；若千个红外传感器3布置于矿井内的蓝牙井下无线定位 基站l之间，通过fC接口有线连接到附近的蓝牙井下无线定位基站l;监控 主机5与蓝牙井下无线定位基站1之间通过基于CAN的有线网络连接。监控 主机5上安装了管理软件，所述管理软件实现功能如下接收蓝牙井下无线 定位基站1发送过来的信息进行分析处理，确定蓝牙移动站所在位置，并实 时显示在GIS地图上，同时具有数据储存和报表打印功能。蓝牙井下无线定 位系统中的监控主机5基于信号强度和红外感应信息，实现对移动站精确定
位并实时显示。其中，基于CAN的有线网络，包括CAN总线4、 CAN中继 器6、 CAN转换器7。监控主机5通过串口与网络中的CAN转换器7相连； 有线网络中有若千CAN中继器6用于延长网络距离。如图2所示，本实用新型的蓝牙井下无线定位基站，包括蓝牙模块IO、 单片机11 、 ARM微处理器芯片12、调制解调器模块13。蓝牙模块10通过 UART接口与ARM微处理器芯片12相连，以便进行数据的双向传输；同时 蓝牙模块10的PCM接口连接到单片机11的I/O 口 ，单片机11与ARM微处 理器芯片12通过UART 口相连，这样蓝牙模块10收到语音信息之后，就可 以通过单片机11传输给ARM微处理器芯片12，再由ARM微处理器芯片12 传输到CAN总线4上；反之，ARM微处理器芯片12接收到语音信息之后通 过单片机11传输给蓝牙模块10，这样就可以进行语音的双向传输。蓝牙井下 无线定位基站1中的ARM微处理器芯片12自带CAN接口，通过调制解调模 块13与CAN总线4相连。蓝牙模块10的射频接口接收来自外部天线的数据，把数据通过UART接 口传输给ARM微处理器芯片12,话音则通过单片机11的UART接口传输给 ARM微处理器芯片12。 ARM微处理器芯片12再通过VPB内部总线和CAN 接口把语音和数据传到调制解调模块13，经过调制解调后最终把数据和语音 传到CAN总线上。来自CAN总线4上的语音及数据可以通过反方向传输给 蓝牙模块10，蓝牙模块10再通过天线发射给其他基站或移动站的蓝牙模块。蓝牙井下无线定位基站1定期搜索附近的移动站2，而红外感应器3则在 不停地探测有无人员(蓝牙移动站2)经过。在每个矿工身上都携带具有唯一 蓝牙地址并使用电池供电的蓝牙移动站2，移动站2开启时可以被蓝牙井下无 线定位基站1查询及连接。当蓝牙移动站2经过蓝牙井下无线定位基站1附
近时,蓝牙井下无线定位基站1就会搜索到蓝牙移动站2并且向蓝牙移动站2 发送带RSSI返回结果的査询命令HCI—Inquiry,当査询结果返回之后，蓝牙 井下无线定位基站将获得的蓝牙移动站信息，信号强度与该蓝牙井下无线定 位基站自身信息按照一定格式传输给监控主机，如(基站B1，移动站Ml, 强度一65);同时，当红外感应器3感应到有人体(蓝牙移动站2)通过时， 便通过电平的转换把信息上传给监控主机5。同理，当蓝牙移动站2继续前进 时，就由其最接近的蓝牙井下无线定位基站以及红外感应器共同工作，完成 对它的定位。最后监控主机5通过管理软件就可以将收到的数据进行计算并 显示在GIS地图上。当有多个蓝牙井下无线定位基站1同时测试到同一个蓝牙移动站2时， 利用信号的比例来确定蓝牙移动站的位置，这种方式比只有一个蓝牙井下无 线定位基站测试得到的数据会更加精确。参见图3，如蓝牙移动站M2到蓝牙 井下无线定位基站B3的信号强度为x，到蓝牙井下无线定位基站B4的信号 强度为y，则利用预先测试到的数据，可以知道M2到B3的距离为xl，到基 站B4的距离yl，进一步可以确定M2到B3的距离与到B4的距离之比为xl 比yl，而蓝牙移动站2只可能在坑道内移动，由于蓝牙井下无线定位基站1 的位置是固定的，并且是预先知道的，所以利用两个固定点间的距离及移动 点到两个固定点之间的距离比例就可以确定蓝牙移动站的位置，从而达到精 确定位的目的。本实用新型具体实施方式
中，蓝牙模块10可以采用CSR公司的BC04-Ext 芯片；单片机11可以采用ST公司的STC12LE5412芯片；ARM微处理器芯片12可以采用PHLIPS公司的LPC2119芯片；红外模块3可以采用拓迪公司 的TDL-718B芯片。蓝牙移动站2采用与蓝牙井下无线定位基站匹配的蓝牙
模块即可。当然，本实用新型不限于所述实施例的选型。本实用新型利用一种短距离无线通讯的蓝牙技术，采用2.4GHz的ISM 公共频段，提供语音及数据应用；蓝牙采用跳频技术，有很强的抗干扰能力。 由于每个蓝牙设备都具有一个全球唯一的蓝牙地址，这一地址可用于标记某 一移动站和员工的对应关系，以及某一基站与其固定的位置的对应关系；同 时蓝牙协议要求蓝牙设备具有读取设备RSSI (接收信号强度值)的功能，这 样就可以通过分析蓝牙移动站与蓝牙井下无线定位基站之间的信号强度，来 估计出蓝牙移动站与某一个蓝牙井下无线定位基站之间的距离，通过多个蓝 牙井下无线定位基站的测试，就可以测试出蓝牙移动站的位置，从而达到定 位的目的。当一个蓝牙井下无线定位基站附近有多个蓝牙移动站时，可以利 用蓝牙的跳频技术， 一一査询到每个蓝牙移动站，不会因为干扰而一直査询 不到某个蓝牙移动站。这是因为蓝牙井下无线定位基站在数据通讯时，每隔 0.625us就要改变一个频点，蓝牙井下无线定位基站在査询时，每隔0. 3125us 就会改变一个频点，蓝牙总共有79个跳频点，移动站在査询扫描时，会利用 其中的32个跳频点，也就是说，在同一个时间段内，多个蓝牙在同一个频点 扫描的概率非常的小，而且即使正好在同一个频点，同样的两个或多个设备 也不会在下一个时间段又正好跳到同一个频点去，这是因为蓝牙的调频序列 与蓝牙地址有关，而每个设备的蓝牙地址又不相同，这样就可以保证所有的 设备都可以被査询到。为辅助蓝牙井下无线定位基站工作，还配合使用红外 感应器定位更准确。红外感应器探头是靠探测人体发射的红外线进行工作的， 它对人体的存在进行反应，不管人体是否移动，只要处于感应器的扫描范围 内，它都会反应。当红外感应器感应到有人体通过时，便通过电平的转换把 信息上传给主机，结合上述的蓝牙定位的结果，实现对井下工作人员的更精
确的定位。红外感应器器件功耗小、价格低廉，而且应用在避光的矿井下， 避免了受到光源的影响。本实用新型可以用来实现井下人员监控、调度、考勤，提高矿山管理水平；在发生意外事故时，对遇险人员进行精确定位，或 利用主机中存储的最近记录，迅速开展救援工作，减少事故带来的损失。
权利要求1、蓝牙井下无线定位基站，其特征在于由蓝牙模块(10)、单片机(11)、ARM微处理器芯片(12)和调制解调器模块(13)构成；蓝牙模块(10)通过UART接口与ARM微处理器芯片(12)相连；蓝牙模块(10)的PCM接口连接到单片机(11)的I/O口，单片机(11)与ARM微处理器芯片(12)通过UART接口相连；ARM微处理器芯片(12)的CAN接口通过调制解调模块(13)与CAN总线相连。
2、 根据权利要求l所述蓝牙井下无线定位基站，其特征在于所述蓝牙 模块(10)采用CSR公司的BC04-Ext芯片；单片机(11)采用ST公司的 STC12LE5412芯片；ARM微处理器芯片(12)采用PHLIPS公司的LPC2119 芯片。
专利摘要本实用新型公开一种蓝牙井下无线定位基站，由蓝牙模块、单片机、ARM微处理器芯片和调制解调器模块构成；蓝牙模块通过UART接口与ARM微处理器芯片相连；蓝牙模块的PCM接口连接到单片机的I/O口，单片机与ARM微处理器芯片通过UART接口相连；ARM微处理器芯片的CAN接口通过调制解调模块与CAN总线相连。本实用新型克服无线电技术易受干扰、功耗大、成本高的缺点；具有使用方便，定位精度高，成本低廉的优点。
文档编号G01S5/02GK201035138SQ20072012416
公开日2008年3月12日 申请日期2007年4月29日 优先权日2007年4月29日
发明者纯 金 申请人:纯 金