专利名称：有限空间中作业人员无线定位装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种能够确定有限空间中作业人员实时位置的无线定位装置，特别是为作业人员意外伤害和作业事故地点的定位提供支撑，属于电子技术领域。
背景技术：
有限空间是指封闭或部分封闭，进出口较为狭窄有限，未被设计为固定工作场所，自然通风不良，易造成有毒有害、易燃易爆物质积聚或氧含量不足的空间。有限空间作业是指作业人员进入有限空间实施的作业活动，在有限空间中的作业人员面临着极大的生命安全风险。位置信息是作业人员的重 要信息，有效、准确的位置信息是有效空间里作业人员定位、跟踪与救援的基础。由于有限空间作业区域往往都是在临时、无基础设施的环境中，缺乏对作业环境信息的事先掌握，且有线的设备很难部署。大部分场景都在室内，现有GPS等定位技术由于接收信号弱、室内屏蔽严重、GPS信号无法获取，这些缺点导致GPS定位技术无法适用。因此，这些特征对有限空间中定位信息的获取提出了极大的挑战。目前，对于这些应用场景，尚缺乏有效的位置信息获取与监测手段。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题和提出的技术任务是克服现有技术的缺陷，即克服无法有效适用于有限空间作业应用，无法对作业人员进行定位与跟踪等定位技术的不足，提供了一种新型的有限空间中作业人员无线定位装置，该定位装置不仅能估算出出作业人员的实时位置信息，而且能方便地区分是正常的作业状态还是异常的事故状态。为此，本实用新型采用如下技术方案。有限空间中作业人员无线定位装置，其特征在于包括主控MCU、RF模块、GPRS模块、加速度传感器模块、I/O接口以及电源模块，所述的RF模块包括射频信号收发芯片，所述的加速度传感器模块包括加速度传感器，射频收发芯片收发的无线射频信号和加速度传感器的采样值传输到主控MCU处理，处理后的信号通过GPRS模块输出。在实际使用中，首先，在有限空间中临时布设若干位置参考节点装置，参考节点根据有限空间的实际结构与拓扑布设，原则是每个相对独立的空间划分至少布设一个参考节点。参考节点具有射频信号(RF)发射能力，每个参考节点事先分配各自的ID，这些信息记录在中心服务器的数据库中。其次，作业人员携带本实用新型具有射频信号收发芯片并且集成有加速度传感器及GPRS模块的无限定位装置。当作业人员正常作业时，其携带定位装置的主控MCU接收到有限空间中参考节点发送出的周期性射频信号，并将信号强度(RSS)及相应的参考节点ID通过GPRS模块上传到中心服务器。由于有限空间结构的天然分割，如墙壁、金属隔板将空间分为若干小型空间划分，在不同空间划分中接收到的信号强度有显著的差异，通常与参考节点在同一空间划分中的定位装置，接收信号RSS显著强于其它参考节点。服务器根据接收到的信号强度RSS大小判断，估计作业人员当前可能性最大的空间ID及其位置，从而达到人员定位的目的。除了位置信息外，定位装置还集成了加速度传感器，以检测作业人员的状态。定位装置的主控MCU周期性地采集加速度传感器的输出值，并通过GPRS模块发送到中心服务器。服务器软件通过算法判断作业人员处在正常作业运动状态还是异常的静止状态(如气体中毒、晕厥等)，并触发相应的报警和救援动作，从而避免有限空间作业的意外伤
亡事故。对于上述技术方案的完善和补充，可以增加如下技术特征或其组合。所述的主控MCU与射频收发芯片通过SPI接口相连；所述的主控MCU与GPRS模块采用异步串行UART接口相连；所述的加速度传感器通过A/D采样接口相连。这样的结构使得本实用新型的无线定位装置无需布 线，降低了布设的难度及成本；电路原理简单，实现难度小。所述的加速度传感器为三轴加速度传感器。所述的主控MCU为低功耗芯片，所述的加速度传感器包括MEMS传感器芯片。所述的主控MCU为低功耗的TI MSP430 1611芯片。所述的射频收发芯片为频率2. 4GHz的TI Chipcon 2420芯片。所述的GPRS模块采用中兴ME3000_V2芯片。所述的加速度传感器采用基于MEMS技术的ADI公司ADXL330芯片。这样可以降低总体成本及功耗，保证在电池供电情况下，本实用新型的无线定位装置可长期使用。本实用新型的有益效果是，可以在确定有限空间中作业人员实时位置的同时，方便地区分作业人员的正常作业与异常状态，装置采用无线技术，电路结构简单、成本与功耗较低，适用于便携作业场景。
图I是本实用新型的结构方框示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步的说明。如图I所示，有限空间中作业人员无线定位装置主要包括主控MCU，包含射频信号收发芯片的RF模块，GPRS模块，包含三轴加速度传感器芯片的加速度传感器模块，I/O接口、电源等部分。各模块之间的电路连接关系是主控MCU与射频信号收发芯片通过SPI接口相连；主控MCU与GPRS模块采用异步串行UART接口相连；加速度传感器通过A/D采样接口相连。使用时，射频收发芯片定期接收参考节点发送出的射频信号，并将其信号强度(RSS)及相应的参考节点ID解析出来，并通过GPRS接口上传到服务器。通常与参考节点在同一空间划分中的定位装置，信号RSS显著强于其它参考节点，可根据此特点确定作业人员所在的空间划分，即实现人员定位。定位装置通过集成的三轴加速度传感器来检测作业人员的状态。三轴加速度传感器通过采样，获取作业人员的动作状态数据。基于这些数据，服务器判断作业人员处在正常作业还是异常状态，避免气体中毒、晕厥等异常现象的发生，从而有效减少有限空间作业的意外伤亡事故。以上附图I所示的有限空间中作业人员无线定位装置是本实用新型的具体实施例，已经体现出本实用新型实质性特点和进步，可根据实际的使用需要，对其进行形状、大小、规格、材质和色彩等方面的修改，芯 片可根据实际使用需要选择其他等同芯片，在此不多赘述。
权利要求1.有限空间中作业人员无线定位装置，其特征在于包括主控MCU、RF模块、GPRS模块、加速度传感器模块、I/O接ロ以及电源模块，所述的RF模块包括射频信号收发芯片，所述的加速度传感器模块包括加速度传感器，射频收发芯片收发的无线射频信号和加速度传感器的采样值传输到主控MCU处理，处理后的信号通过GPRS模块输出。
2.根据权利要求I所述的有限空间中作业人员无线定位装置，其特征在于所述的主控MCU与射频收发芯片通过SPI接ロ相连；所述的主控MCU与GPRS模块采用异步串行UART接ロ相连；所述的加速度传感器通过A/D采样接ロ相连。
3.根据权利要求I或2所述的有限空间中作业人员无线定位装置，其特征在于所述的加速度传感器为三轴加速度传感器。
4.根据权利要求I或2所述的有限空间中作业人员无线定位装置，其特征在于所述的主控MCU为低功耗芯片，所述的加速度传感器包括MEMS传感器芯片。
5.根据权利要求4所述的有限空间中作业人员无线定位装置，其特征在于所述的主控MCU为低功耗的TI MSP430 1611芯片。
6.根据权利要求5所述的有限空间中作业人员无线定位装置，其特征在于所述的射频收发芯片为频率2. 4GHz的TI Chipcon 2420芯片。
7.根据权利要求6所述的有限空间中作业人员无线定位装置，其特征在于所述的GPRS模块采用中兴ME3000_V2芯片。
8.根据权利要求7所述的有限空间中作业人员无线定位装置，其特征在于所述的加速度传感器采用基于MEMS技术的ADI公司ADXL330芯片。
专利摘要一种有限空间中作业人员无线定位装置，属于电子技术领域。现有GPS等定位技术由于接收信号弱、室内屏蔽严重等缺点均无法适用。本实用新型包括主控MCU、RF模块、GPRS模块、加速度传感器模块I/O接口以及电源模块，RF模块包括射频信号收发芯片，加速度传感器模块包括加速度传感器，射频收发芯片收发的无线射频信号和加速度传感器的采样值传输到主控MCU处理，处理后的信号通过GPRS模块输出，其优点是基于无线射频信号与加速度传感器采样值，确定有限空间中作业人员实时位置及作业状态，为作业人员意外伤害和作业事故地点的定位提供支撑，定位成本低、适用于有限空间作业场景。
文档编号H04W64/00GK202444623SQ20122002705
公开日2012年9月19日 申请日期2012年1月20日 优先权日2012年1月20日
发明者黄毅俊 申请人:杭州北昆信息技术有限公司