专利名称：基于Zigbee全无线的矿山井下人员精确定位系统的制作方法
技术领域：
基于Zigbee全无线的矿山井下人员精确定位系统技术领域[0001]本实用新型涉及一种矿山通讯技术，尤其是一种井下人员定位技术，具体地说是一种基于Zigbee全无线的矿山井下人员精确定位系统。
背景技术：
[0002]Zigbee是IEEE 802. 15. 4协议的代名词，根据这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。Zigbee与蓝牙类似，是一种新兴的短距离，低功耗的近距离无线组网通讯技术。[0003]Zigbee是一种高可靠的无线数传网络，类似于CDMA和GSM网络。Zigbee数传模块类似于移动网络基站。通讯距离从标准的75m到几百米、几公里，并且支持无限扩展。[0004]Zigbee是一个由可多到65000个无线数传模块组成的一个无线数传网络平台，在整个网络范围内，每一个Zigbee网络数传模块质检可以互相通信，每个网络节点间的距离可以从标准的75m无限扩展。[0005]与移动通信的CDMA或GSM不同的是，Zigbee网络主要是为工业现场自动化数据传输而建立，因而，它具有简单，使用方便，工作可靠，价格低的特点。每个Zigbee网络节点不仅本身可以作为监控对象，例如其所连接的传感器值直接进行数据采集和监控，还可 以自动中转别的网络节点传过来的数据资料。除此之外，每一个Zigbee网络节点(FFD)还可以在自己信号覆盖的范围内，和多个不承担网络信息中转任务的孤立的子节点(RFD)无线连接。[0006]Zigbee自身的技术优势有[0007] 低功耗在低耗电待机模式下，2节5号干电池可支持I个节点工作6 24个月，甚至更长。这是Zigbee的突出优势。相比较，蓝牙能工作数周，WIFI可工作数小时。[0008] 低成本通过大幅简化协议(不到蓝牙的1/10)，降低了对通信控制器的要求，按预测分析，以8051的8位微控制器测算，全功能的主节点需要32KB代码，子功能节点少至4KB代码。[0009]③低速率=Zigbee工作在250kbps的较低速率，分别提供250kbps (2. 4GHz)的原始数据吞吐率，满足低速率传输数据的应用需求。[0010]Φ近距离传输范围一般介于10 IOOm之间，在增加RF发射功率后，亦可增加到I 3Km。这指的是相邻节点间的距离。如果通过路由和节点间通信的能力，传输距离将可以更远。[0011](I)短时延zigbee的响应速度较快,一般从睡眠转入工作状态只需15ms (毫秒),节点连接进入网络只需30ms，进一步节省了电能。相比较，蓝牙需要3 IOs (秒)、WIFI需要3s。[0012]⑥高容量Zigbee可采用星状、片状和网状网络结构，由一个主节点管理若干子节点。最多一个主节点可管理254个子节点；同事主节点还可以由上一层网络节点管理，最多可组成65000个节点的大网。[0013]Q高安全=Zigbee提供了三级安全模式,包括无安全设定，使用接入控制清单(ACL)防止非法获取数据以及采用高级加密标准(AES 128)的对称密码，以灵活确定其安全属性。[0014]⑧免执照频段。采用直接序列扩频在工业科学医疗(ISM)，2. 4GHz (全球)、915MHz (美国)和 868MHz (欧洲)。[0015]Zigbee 的频带[0016]868MHz传输速率为20KB/S适用于欧洲。[0017]915MHz传输速率为40KB/S适用于 美国。[0018]2. 4GHz传输速率为250KB/S全球通用。[0019]由于此三个频带物理层并不相同，其各自信道带宽也不同，分别为O. 6MHz，2MHz 和5MHZ，分别有I个10个和16个信道。[0020]目前在井下人员定位系统中，定位方式均基于读卡器、识别卡模式，该技术的发展大致分为三代近距离人工刷卡、远距离被动识别和远距离主动识别。[0021]第一代技术主要为较早以前高频和低频阅读设备(比如公交卡，门禁卡等)在井下的应用，由于其阅读范围大致为离开阅读器20cm之内，所以只能采取近距离人工刷卡的方式，佩戴射频卡的人员必须上前靠近阅读器才能被读取。第二代技术主要基于主要高频 (433M，868M，915M等)阅读设备和无源射频卡的应用，其阅读范围可以达到10米左右，一般采取远距离被动识别方式，可以解决近距离人工刷卡方式的需要逐个扫描的问题。[0022]第三代技术主要基于无线传感网频段远距离主动识别方式(主要是2. 4-2. 48G 频段)。这种识别方式采用井下部署远程无线通讯网络的方式，使得佩戴通讯识别卡的人员在井下作为网络节点之一与环境无线网络实时通讯、传递数据信息，该方式完全改变了门禁式的区域定位方法，实现了井下精确位置的实时定位。[0023]在路由方面，Zigbee支持可靠性很高的网状网的路由，所以可以布置很广的网络，并支持多播和广播特性，能够给丰富的应用带来有力的支持。[0023]但是，如何提供一种基于Zigbee全无线的矿山井下人员精确定位系统,成为亟待解决的问题。发明内容[0024]本实用新型的目的是针对现有井下人员定位技术落后的问题，设计一种基于 Zigbee全无线的矿山井下人员精确定位系统，能使用Zigbee技术,组成井下全无线网络， 适合于低带宽系统下的人员精确定位及环境监测。[0025]本实用新型的技术方案是[0026]—种基于Zigbee全无线的矿山井下人员精确定位系统,其特征是它由井上和井下两部分组成，其中井下部分包括[0027]无线定位终端1，它由下井人员随身携带，并负责采集人员位置数据、人员状态以及人员通信功能，同时将所采集的信息通过无线方式发射到接收设备中；[0028]无线监测分站2，它负责接收无线定位终端I发射的信号，同时进行数据发送与数据传输，实现网络的匹配，并监测当前环境信息；[0029]无线数据网关3，它负责无线监测分站2发送的数据收集存储、相关协议实现、基带处理以及系统控制功能；[0030]光纤交换机4，它用于接收无线数据网关3发送的数据，并以有线方式通过矿用传输接口 5向地面中心服务器6传输数据。[0031]所述的无线监测分站2采用半双工模式/全双工模式，工作模式可根据需要灵活调整。[0032]所述的无线监测分站2的外壳采用ABS工程塑料一体注塑成型，外壳外部共6个接口，采用M16螺孔，外部接口采用PGll防水接口，外壳防水防尘等级为IP65级。[0033]所述的无线监测分站2带有温湿度、瓦斯浓度检测装置。[0034]所述的各无线定位终端I通过改进的RSSI测距定位算法实现基于Zigbee全无线的矿山井下人员精确定位，定位精度为2 5m。[0035]所述的人员定位刷新在5s/次。[0036]本实用新型的有益效果[0037]本实用新型通过使用Zigbee技术组成井下全无线网络，适合于低带宽系统下的人员精确定位及环境监 测。[0038]本实用新型结构简单，通信能力强，可扩展性强。[0039]本实用新型可快速无线自组网，数据收发采用无线多跳自组网络，部署方便、快速。[0040]本实用新型的可扩展性高，实现了井下的信息无线通道，可用于承载多样化的数据。系统可无缝接入各种安全监控传感数据，如甲烷、风速、水位、温度等。[0041]本实用新型采用B/S平台，访问方便，客户端无需安装、维护。
[0042]图1是本实用新型的系统组成框图示意图。
具体实施方式
[0043]
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。[0044]如图1所示。[0045]—种基于Zigbee全无线的矿山井下人员精确定位系统它由井上和井下两部分组成，井上部分由矿用传输接口 5、中心服务器6、打印机7和备用分站8等组成，井下部分包括[0046]无线定位终端1，它由下井人员随身携带，并负责采集人员位置数据、人员状态以及人员通信功能，同时将所采集的信息通过无线方式发射到接收设备中；利用无线定位终端I的无线信号即可通过改进的RSSI测距定位算法实现基于Zigbee全无线的矿山井下人员精确定位，定位精度为2 5m。人员定位刷新在至少为5s/次；[0047]无线监测分站2，它负责接收无线定位终端I发射的信号，同时进行数据发送与数据传输，实现网络的匹配，并监测当前环境信息；[0048]无线数据网关3，它负责无线监测分站2发送的数据收集存储、相关协议实现、基带处理以及系统控制功能；[0049]光纤交换机4，它用于接收无线数据网关3发送的数据，并以有线方式通过矿用传输接口 5向地面中心服务器6传输数据。[0050]具体实施时，无线监测分站2可采用半双工模式/全双工模式，工作模式可根据需要灵活调整。其外壳采用ABS工程塑料一体注塑成型，外壳外部共6个接口，采用M16螺孔， 外部接口采用PGll防水接口，外壳防水防尘等级为IP65级。并带有温湿度、瓦斯浓度检测>j-U ρ α装直。[0051]如图1所示，本实用新型的无线定位终端I将射频信号发送至距离最近的无线监测分站2，无线监测分站2再将数据传输到无线数据网关3。无线监测分站2可同时将环境监测结果发送到无线数据网关3，再由无线数据网关3将数据上传至服务器6，通过改进的RSSI测距定位算法测算出人员位置，实现精确定位。服务器6将最终测算数据传输给无线数据网关，由无线数据网关发送到无线监测分站。无线监测分站2将数据发送回无线定位终端I，实现人机交互功能。[0052]本实用新型未涉及部分均与现有技术相同或 可采用现有技术加以实现。
权利要求1.一种基于Zigbee全无线的矿山井下人员精确定位系统,其特征是它由井上和井下两部分组成，其中井下部分包括无线定位终端(1)，它由下井人员随身携带，并负责采集人员位置数据、人员状态以及人员通信功能，同时将所采集的信息通过无线方式发射到接收设备中；无线监测分站(2)，它负责接收无线定位终端(I)发射的信号，同时进行数据发送与数据传输，实现网络的匹配，并监测当前环境信息；无线数据网关(3)，它负责无线监测分站(2)发送的数据收集存储、相关协议实现、基带处理以及系统控制功能；光纤交换机(4)，它用于接收无线数据网关(3)发送的数据，并以有线方式通过矿用传输接口( 5 )向地面中心服务器(6 )传输数据。
2.根据权利要求1所述的基于Zigbee全无线的矿山井下人员精确定位系统，其特征是所述的无线监测分站(2)采用半双工模式/全双工模式，工作模式可根据需要灵活调整。
3.根据权利要求1所述的基于Zigbee全无线的矿山井下人员精确定位系统,其特征是所述的无线监测分站(2)的外壳采用ABS工程塑料一体注塑成型，外壳外部共6个接口，采用M16螺孔，外部接口采用PGll防水接口，外壳防水防尘等级为IP65级。
4.根据权利要求1所述的基于Zigbee全无线的矿山井下人员精确定位系统，其特征是所述的无线监测分站(2 )带有温湿度、瓦斯浓度检测装置。
专利摘要一种基于Zigbee全无线的矿山井下人员精确定位系统，其特征是它由井上和井下两部分组成，其中井下部分包括无线定位终端(1)，它由下井人员随身携带，并负责采集人员位置数据、人员状态以及人员通信功能，同时将所采集的信息通过无线方式发射到接收设备中；无线监测分站(2)，它负责接收无线定位终端(1)发射的信号，同时进行数据发送与数据传输，实现网络的匹配，并监测当前环境信息；无线数据网关(3)，它负责无线监测分站(2)发送的数据收集存储、相关协议实现、基带处理以及系统控制功能；光纤交换机(4)，它用于接收无线数据网关(3)发送的数据，并以有线方式通过矿用传输接口(5)向地面中心服务器(6)传输数据。本实用新型结构简单，通讯方便，定位快速方便。
文档编号H04W84/18GK202841536SQ20122043016
公开日2013年3月27日 申请日期2012年8月28日 优先权日2012年8月28日
发明者李亮, 赵政宁, 周金荣, 王庆国, 郭斌 申请人:江苏中矿创慧信息科技股份有限公司