专利名称：煤矿员工实名管理和安全监测系统的制作方法
技术领域：
本发明属于信息技术领域，涉及嵌入式系统和计算机PC，以及与矿井下设备之间的通信，具体地说是一种煤矿员工实名管理和安全监测系统，应用于对煤矿人员的管理和对井下安全状况监测的控制中。
背景技术：
近年来，我国中、小型煤矿由于人员管理不利，安全监测设备落后，导致事故频繁发生，人员伤亡严重。煤矿安全生产设备大致可以分为两个方面，一是人员管理设备，二是安全监测设备。对于大多数的中、小型煤矿来说，这两个方面是相互独立的部分，即人员管理和安检没有形成一个协同工作的系统，对安全状况的监测很难有效地指导工人下井进行作业。
在员工实名管理方面，目前国内中、小型煤矿绝大多数都没有有效、合适的设备对员工的各项信息以及进出矿井进行统一管理，很多煤矿甚至还是沿用传统的记录本登记方式进行人员下井控制，这种方式很不可靠，无法使管理者对工人下井工作的进出进行准确的管理，发生事故后也不能及时地查询到矿难员工的详细信息，给救援等工作带来了诸多不便。
在安全监测方面，目前井下的安全生产设备大多是80年代从国外进口的，国内设备的研发也刚刚起步，且主要是针对大型煤矿，如山东巨洋科贸发展有限公司开发的KJ101型监控系统，设备的数字化程度较高，涉及的技术复杂，需要建立专门的地面中心站、通讯线路和地面局域网络对各个安全监测系统进行联网，安装、维护等都需要专业人员进行操作，在网络结构、技术应用方面较为先进。国外在安全设备方面广泛应用了如视频监控、无线网络、虚拟现实、计算机视觉等技术，并将这些技术与自动化机械配合使用，相比国内设备其技术更加先进，但是高技术难度使得设备维护起来需要投入更多专业人员和大量资金。目前国内外的安全监测设备以大成本的建设花费和高昂的维修成本使得其不利于在中、小型煤矿中进行广泛地使用。
发明内容
本发明的目的在于为了克服现有技术的不足，利用嵌入式系统构建一套集管理、监测、分析于一体的煤矿监管综合系统，来完成对矿工的实名管理和进出矿井的严格控制，以及对井下的安全状况进行监测，并采集、分析相关数据，对煤矿的人员进行规范化管理、对安全生产做出指导。
实现本发明的技术方案是基于现有嵌入式技术，并结合软件设计和电力线载波通信等技术，运用模块化思想，根据一个矿区包括多个矿井的结构，将系统分为矿区管理模块和矿井管理模块两大主干部分。具体地说，本发明包括的矿区管理模块是一个独立的模块，它包括PC机及软件；矿井管理模块以嵌入式处理器为核心进行搭建，矿井管理模块的数量与矿区管辖的矿井的个数相等，各矿井管理模块之间相互独立，每个矿井管理模块都包括员工登记模块和井下安全监测模块。矿区管理模块与该矿区内所管辖的所有矿井管理模块之间利用电力线进行连接，通过电力线载波的方式并竞争总线来实现它们之间的通信，形成了本系统的网络结构，并对该矿区内所有的矿井进行全面、系统的管理。员工登记模块基于现有射频技术，包括射频卡和读卡器，对进出矿井的人员进行刷卡登记，员工登记模块与嵌入式处理器之间采用串口通信方式进行通信。井下安全监测模块包括单片机处理器及传感器件，对井内安全状况参数进行数据采集，并将采集到的数据实时地上传给矿井上方的嵌入式处理器，再由处理器对数据作进一步处理，并与PC机及时通信。
上述的煤矿员工实名管理和安全监测系统，所述的矿区管理模块，由PC机及软件组成，由管理者对其进行操作，可置于矿区的管理中心。软件为视窗操作界面，由微软基本类库MFC进行编辑，具体的操作只需要点击相应的菜单就可以进行。通过编写的操作界面管理者可以了解矿区人员的所有信息，包括姓名、年龄、家庭状况、职称、工作情况。管理者可以随时查看到各个矿井的实时下井人数，同时通过它还可以对各个矿井发生矿难的次数、井下安全监测模块采集到的安全状况数据进行长期统计，其中安全状况数据会在界面中以曲线图的形式实时显示，供煤矿安全监管部门分析、研究使用。
上述的煤矿员工实名管理和安全监测系统，所述的员工登记模块，它由读卡器和各员工配戴的射频卡组成，与嵌入式处理器一起置于矿井入口处。模块对矿工进出矿井进行刷卡登记，并通过串行线连接嵌入式处理器。嵌入式处理器的处理核ARM用C语言编程，使其具有自动处理信息的能力，当接收到来自读卡器的登记信号后，会在其液晶显示器LCD上显示出登记情况，并将每个登记矿工的照片、个人资料进行显示，同时平台上的放音程序会控制平台播放出相应的提示音，管理人员可以根据放音和在LCD上显示的结果对矿工身份、进出情况进行核实。
上述的煤矿员工实名管理和安全监测系统，所述的井下安全监测模块，由单片机处理器及传感器件组成。单片机采用电源模块供电，通过AC/DC转换，可以直接将井下照明电用于对监测模块的供电，而不需要其它供电装置。该模块安放在矿井内多个不同的、而且固定的位置，接通电源开始工作后，各个传感器件不断地对矿井内部的安全状况数据进行采集，单片机的数据缓冲区每接收到一组数据就与预先设置好的安全警戒值进行比较，一旦超过警戒值，报警装置就会马上向矿井内工人发出警报，同时不断将接收到的数据传送给矿井上方的嵌入式处理器。这样既可以实现对一定范围的安全监测，同时也可以通过这些固定的监测装置对矿井巷道内部区域进行编号，以便在发生危险时处理器能够根据不同单片机传来的信号迅速判断出危险区域。
上述的煤矿员工实名管理和安全监测系统，所述的由PC机及软件组成的矿区管理模块，置于矿区的管理中心，由管理者对其进行操作；软件为视窗操作界面，由微软基本类库MFC进行编辑，具体的操作只需要点击相应的菜单就可以进行；该视窗操作界面的菜单为系统管理菜单、人事档案管理菜单、考勤管理菜单、数据库管理菜单、安全状况查询菜单、备忘录菜单、更换皮肤菜单、帮助菜单，每个菜单下设置的选项具有不同的功能，供管理者根据需要进行选用。
本发明与现有中、小型煤矿监管系统相比，具有以下优势1、将员工管理和安全监测两大部分有机地结合了起来，形成了一个集管理、监测、分析于一体的煤矿安全生产综合系统；2、员工登记模块采用了成熟的射频技术，与其它设备相比，安装、维护的成本都不高，而且容易实现，性能可靠；3、处理器部分采用了嵌入式处理器，其处理核为ARM，实时处理能力强，性能卓越，为系统的进一步扩展和完善奠定了基础；4、与井下装置的通信通过电力线载波方式实现，其带宽稳定，传输质量高，速度快，成本低，可利用现有的低压配电网络基础设施，无需任何布线，节约了资源，同时也节省了人力。
图1是本发明的系统总体结构示意2是本发明的整体工作原理示意3是本发明的员工登记模块工作原理示意4是本发明的井下安全监测模块工作原理示意5是本发明的矿区管理界面功能框图
具体实施例方式
参照图1，它是本发明的系统总体结构示意图，该系统包括矿区管理模块和n个矿井管理模块。矿区管理模块与该矿区内所管辖的所有矿井之间利用电力线进行连接，形成了本系统的网络结构，并对该矿区内所有的矿井进行全面、系统的管理。各矿井管理模块之间相互独立，每个矿井管理模块都包括人员登记模块和井下安全监测模块，各矿井管理模块与矿区管理模块之间的通信是通过电力线载波的方式并竞争总线来实现。通过对各个矿区管理模块进行互联，还可以实现日后对本系统的升级，构建出一个功能更强，性能更稳定的大型管理网络。
参照图2，它是本发明的整体工作原理示意图，当工人在井下作业时，置于井下固定位置处的井下安全监测模块通过传感器件不断地采集井下各环境参量，发送至该模块内进行AD转换后变为数字信号，再通过电力调制解调器将信号耦合到电力线上，然后通过电力载波向上位机传送；井上的嵌入式处理器作为上位机，首先对解调后的信号进行实时处理，通过与预先设置的安全警戒值进行运算比较，判断井下此时是否处于危险状态，一旦超过警戒值，嵌入式处理器则向PC机发送一个报警信号，通知管理者。在作安全状况判断的同时，处理器会将接收到的采集数据及时传送给PC机，供其处理使用。
在工人进入矿井时，使用射频卡进行刷卡登记，如图中所示，当嵌入式处理器接收到读卡器读取的合法卡号时，将在LCD上同步显示出该员工的照片、姓名、年龄等相关资料，以便管理者对其下井身份进行核实，起到严格准入制度的作用。当工人出井时，同样需要进行刷卡登记，以向管理者提供准确的人员离开信息，做到人员下井有进必有出。
PC机在人员进行登记时，在考勤管理界面下可以实时查看到登记情况，包括人员的照片、姓名、卡号、是进入还是离开等信息；在井下进行作业时，不断接收来自嵌入式处理器的数据，并以曲线图的形式实时显示出井下的安全状况，使管理者能够对生产进行可靠地监控。
参照图3，它是本发明的员工登记模块工作原理示意图，工人每刷一次卡，读卡器就将一个卡号唯一对应一名工人的物理卡号发送给嵌入式处理器，处理器与员工数据库进行核对后，将合法员工的照片、姓名等信息显示在LCD上，并显示出当前下井的实际人数。通过对嵌入式处理器的处理器核ARM进行编程，形成了一个在LCD上显示的操作界面。LCD为触摸屏，点击相应的按钮就可以对该矿井所有员工以及当前已经下井作业的员工情况进行查询。该模块一端通过电力调制解调器连向电力线，与井下安全监测模块进行通信，另一端与PC机相连。
参照图4，它是本发明的井下安全监测模块工作原理示意图，本模块安装在井下多个不同的、而且固定的位置，通过传感器对周围环境中的参量进行采样，根据选用的传感器件的特性，其输出为线性模拟量，AD转换后进入单片机的数据缓冲区，通过编程控制，数据从串口输出到电力线调制解调器，经过调制以后耦合到电力线上并进行传输，与此同时每采集一组数据，单片机会与预先设置好的安全警戒值进行比较，一旦超过警戒值，其报警装置会自动发出警报，通知井下的工人。考虑到一块单片机挂接多个传感器件以及方便上位机对数据进行处理，每个器件采集到的数据采用分时传输方式，即一种环境参量数据在进行传输的时候，其它环境参量数据不断地存入单片机数据缓冲区。电源由电源模块对照明电降压转换后提供，同时还配备充电电池，保证在发生意外断电的情况下，虽然无法将采集到的数据进行上传，但监测模块仍然能够独立地完成报警功能。
参照图5，它是本发明的矿区管理界面功能框图，界面用MFC进行编辑，视窗操作，下面对界面各个选项的功能进行描述1、系统管理菜单下设有用户设置、重新登录和退出系统三个选项。“用户设置”选项可以添加和删除用户，用户身份分为管理员和普通用户；选择“重新登录”可以在不同用户之间进行切换登录；点击“退出系统”就可以关闭界面。
2、人事档案管理菜单下设有人事档案浏览、人事资料查询和人事资料统计三个选项。在“人事档案浏览”对话框下管理者可以浏览整个矿区所有人员的信息，包括基本档案、家庭成员、工作经历等，可以根据条件进行分类显示，还可以根据需要及时添加、修改、删除人员的信息，维持数据的准确性；在“人事资料查询”对话框下可以根据输入的人员个人信息和所在的部门信息进行人事查询，并显示出查询结果，包括该员工的员工号、姓名、年龄、职称、入职时间；“人事资料统计”对话框下提供了多种统计类别，管理者可以按照性别、年龄、籍贯、部门、职工类型等类别进行矿区人数的统计。
3、在考勤管理菜单下的“考勤设置”选项中，管理者可以根据煤矿生产情况设置上、下午的工作时间，严格矿工的上下班制度；“考勤记录”对话框里，可以按照时间范围和单个员工进行考勤查询，并显示查询结果，包括出勤记录、加班记录、请假记录和出差记录，也可以添加和删除考勤信息，建立请、销假机制；选项“考勤统计”可以按照时间段对员工的工作时间进行统计，也可以对单个员工的工作小时数进行查询和显示；“考勤登记”是在员工进出矿井口进行刷卡登记时使用，根据接收到的刷卡信息，它可以实时地显示出当前登记的员工的照片、物理卡号、出入状态和出入时间，通过相应的选择还可以对不同的分矿井的登记情况进行查看，包括员工的编号、姓名和出入状态，本系统的这一功能能够对出入矿井的人员进行严格的控制。
4、数据库管理菜单下包括五个选项，其中“数据库备份”和“数据库恢复”仅限管理者使用，它可以完成对数据库的备份和恢复，用以保护整个矿区的人员信息；打印的相应选项可以对当前页面下显示的内容根据相关设置进行打印。
5、安全状况查询菜单下包括实时安全曲线和历史安全曲线两个选项。点击“实时安全曲线”按钮以后，能够显示出当前井下的实时安全状况曲线图，供管理者对安全生产进行监控；选择“历史安全曲线”，可以显示出某段时间内的安全状况曲线，给分析人员提供可靠、详实的井下数据，供他们对煤矿生产作出指导。
6、备忘录菜单下为“安全记事”选项，管理者可以新建一个记事，用它记录各个矿井的安全事故情况，还可以按照记事的标题和类别对特定记事的内容进行查看。
7、更换皮肤菜单下提供了几个备选的界面皮肤，供不同的用户根据喜好进行选择。
8、帮助菜单提供了本界面的开发团队和版本号等信息。
权利要求
1.一种煤矿员工实名管理和安全监测系统，其特征在于包括矿区管理模块和矿井管理模块；矿区管理模块包括PC机及软件；矿井管理模块以嵌入式处理器为核心进行搭建，矿井管理模块的数量与矿区管辖的矿井的个数相等，各矿井管理模块之间相互独立，每个矿井管理模块都包括员工登记模块和井下安全监测模块；矿区管理模块与该矿区内所管辖的所有矿井管理模块之间利用电力线进行连接，通过电力线载波的方式并竞争总线来实现它们之间的通信，形成了本系统的网络结构，并对该矿区内所有的矿井进行全面、系统的管理；员工登记模块基于现有射频技术，包括射频卡和读卡器，对进出矿井的人员进行刷卡登记，员工登记模块与嵌入式处理器之间采用串口通信方式进行通信；井下安全监测模块包括单片机处理器及传感器件，对井内安全状况参数进行数据采集，并将采集到的数据实时地上传给矿井上方的嵌入式处理器，再由处理器对数据作进一步处理，并与PC机及时通信。
2.根据权利要求1所述的煤矿员工实名管理和安全监测系统，其特征在于，所述的由PC机及软件组成的矿区管理模块，置于矿区的管理中心，由管理者对其进行操作；软件为视窗操作界面，由微软基本类库MFC进行编辑，具体的操作只需要点击相应的菜单就可以进行；通过编写的操作界面管理者可以了解矿区人员的所有信息，包括姓名、年龄、家庭状况、职称、工作情况。管理者可以随时查看到各个矿井的实时下井人数，同时通过它还可以对各个矿井发生矿难的次数、井下安全监测模块采集到的安全状况数据进行长期统计，其中安全状况数据会在界面中以曲线图的形式实时显示，供煤矿安全监管部门分析、研究使用。
3.根据权利要求1所述的煤矿员工实名管理和安全监测系统，其特征在于，所述的员工登记模块，它由读卡器和各员工配戴的射频卡组成，与嵌入式处理器一起置于矿井入口处；模块对矿工进出矿井进行刷卡登记，并通过串行线连接嵌入式处理器；嵌入式处理器的处理核ARM用C语言编程，使其具有自动处理信息的能力，当接收到来自读卡器的登记信号后，会在其液晶显示器LCD上显示出登记情况，并将每个登记矿工的照片、个人资料进行显示，同时平台上的放音程序会控制平台播放出相应的提示音，管理人员可以根据放音和在LCD上显示的结果对矿工身份、进出情况进行核实。
4.根据权利要求1所述的煤矿员工实名管理和安全监测系统，其特征在于，所述的井下安全监测模块，由单片机处理器及传感器件组成；单片机采用电源模块供电，通过AC/DC转换，可以直接将井下照明电用于对监测模块的供电，而不需要其它供电装置；该模块安放在矿井内多个不同的、而且固定的位置，接通电源开始工作后，各个传感器件不断地对矿井内部的安全状况数据进行采集，单片机的数据缓冲区每接收到一组数据就与预先设置好的安全警戒值进行比较，一旦超过警戒值，报警装置就会马上向矿井内工人发出警报，同时不断将接收到的数据传送给矿井上方的嵌入式处理器；这样既可以实现对一定范围的安全监测，同时也可以通过这些固定的监测装置对矿井巷道内部区域进行编号，以便在发生危险时处理器能够根据不同单片机传来的信号迅速判断出危险区域。
5.根据权利要求2所述的煤矿员工实名管理和安全监测系统，其特征在于，所述的由PC机及软件组成的矿区管理模块，置于矿区的管理中心，由管理者对其进行操作；软件为视窗操作界面，由微软基本类库MFC进行编辑，具体的操作只需要点击相应的菜单就可以进行；该视窗操作界面的菜单为系统管理菜单、人事档案管理菜单、考勤管理菜单、数据库管理菜单、安全状况查询菜单、备忘录菜单、更换皮肤菜单、帮助菜单，每个菜单下设置的选项具有不同的功能，供管理者根据需要进行选用。
全文摘要
本发明公开了一种煤矿员工实名管理和安全监测系统，它涉及信息技术领域，其目的在于利用该系统来完成对矿工的实名管理和对井下安全状况进行监测，对安全生产做出指导。该系统包括矿区管理模块和矿井管理模块。矿区管理模块包括PC机及软件。矿井管理模块以嵌入式处理器为核心进行搭建，每个矿井管理模块都包括员工登记模块和井下安全监测模块。矿区管理模块与其管辖的所有矿井管理模块之间利用电力线进行连接，并实现通信，形成了本系统的网络结构。员工登记模块包括射频卡和读卡器，井下安全监测模块包括单片机处理器及传感器件。本系统可用于对煤矿人员的管理和对井下安全状况监测的控制中。
文档编号G06Q10/00GK101059874SQ20071001796
公开日2007年10月24日 申请日期2007年5月31日 优先权日2007年5月31日
发明者杨刚, 余舰, 左季, 杨海鹏 申请人:西安电子科技大学