专利名称：具有温度传感功能的矿山井下无线人员定位分站的制作方法
技术领域：
具有温度传感功能的矿山井下无线人员定位分站技术领域[0001]本实用新型涉及一种传感器技术，尤其是一种对矿山井下人员及井下温度进行检测和定位的矿山用定位分站，具体地说是一种具有温度传感功能的矿山井下无线人员定位分站。
背景技术：
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[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]@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] 短时延zigbbe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] 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] 免执照频段。采用直接序列扩频在工业科学医疗(1310，2.46取(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]不同频带的扩频和调制方式有区别，虽然都使用了直接扩频(DSSS)的方式，但从比特到码片的变换方式有较大的差别。[0021]调制方式都用了调相技术，但868MHz和915MHz频段采用的是BPSK，而2. 4GHz频段采用的是0QPSK。在发射功率为OdBm的情况下，BLUETOOTH通常能用IOM的作用范围。[0022]基于IEEE802. 15. 4的Zigbee在室内通常能达到30 50m作用距离，在室外如果障碍物少，甚至可以达到IOOm作用距离[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。[0024]但是，如何提供一种能使用Zigbee技术进行人员定位及环境监测的分站，成为亟待解决的问题。发明内容[0025]本实用新型的目的是针对市场需求，设计一种使用Zigbee技术进行人员定位及环境监测的具有温度传感功能的矿山井下无线人员定位分站。[0026]本实用新型的技术方案是[0027]—种具有温度传感功能的矿山井下无线人员定位分站，其特征是它包括壳体、天线和安装在壳体中的控制装置，所述的控制装置包括微控制器模块1、射频模块2、温度传感模块3、自定义程序烧录模块4、电源模块5和充电管理模块6，其中，充电管理模块6与电源模块5相连；所述射频模块2、温度传感模块3、自定义程序烧录模块4分别与微控制器模块I相连；所述电源模块5给各个模块供电；所述射频模块2与天线7相连，通过各个模块实现具有温度传感功能的矿山井下无线人员定位；[0028]所述微控制器模块1，由控制芯片及相互连接的编码芯片组成，负责相关协议实现、基带处理以及系统控制功能；[0029]所述射频模块2，包括相互连接的射频调制、放大芯片及相关匹配网络，实现射频的传输；[0030]所述电源模块5，包括UPS电源和外围电路，负责给其他功能模块提供稳定的电压以及外部断电后的电源切换；[0031]所述充电管理模块6，包括相互连接的充电管理芯片、稳压芯片及相关辅助电路， 负责检测UPS电源电压的状态以及管理UPS电源充电的功能；[0032]所述温度传感模块3，包括温度传感器及外围电路，将温度转换为热电动势，实现对温度的监测；[0033]所述自定义程序烧录模块4，包括程序烧录芯片，实现用户需求功能的程序烧录。[0034]所述射频模块2工作在半双工模式/全双工模式，工作模式可根据需要灵活调整O[0035]所述的外壳采用ABS工程塑料一体注塑成型，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。[0036]采用改进的RSSI测距定位算法精确定位人员的位置，定位精度为2 5m。所述的温度传感模3块采用热电偶式温度传感器，抗氧化性强，稳定性高[0038]本实用新型的有益效果[0039]本实用新型结构简单，不仅解决了低带宽系统下的井下人员的精确定位，而且可实时监测井下人员所处位置的温度，为安全监测提供一手数据。
[0040]图1是本实用新型的组成框图示意图。[0041]图2是本实用新型的微控制器模块电路原理图。[0042]图3是本实用新型的射频模块电路原理图。[0043]图4是本实用新型的温度传感器示意图。[0044]图5是本实用新型的电源模块电路原理图。[0045]图6是本实用新型的充电管理电路原理图。
具体实施方式
[0046]
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。[0047]如图1-6所示[0048]一种具有温度传感功能的矿山井下无线人员定位分站，是它包括壳体、天线和安装在壳体中的控制装置，所述的控制装置包括微控制器模块1、射频模块2、温度传感模块 3、自定义程序烧录模块4、电源模块5和充电管理模块6,其中，充电管理模块6与电源模块 5相连；所述射频模块2、温度传感模块3、自定义程序烧录模块4分别与微控制器模块I相连；所述电源模块5给各个模块供电；所述射频模块2与天线7相连，通过各个模块实现具有温度传感功能的矿山井下无线人员定位；所述微控制器模块1，由控制芯片及相互连接的编码芯片组成，负责相关协议实现、基带处理以及系统控制功能；所述射频模块2，包括相互连接的射频调制、放大芯片及相关匹配网络，实现射频的传输；所述电源模块5，包括 UPS电源和外围电路，负责给其他功能模块提供稳定的电压以及外部断电后的电源切换； 所述充电管理模块6，包括相互连接的充电管理芯片、稳压芯片及相关辅助电路，负责检测 UPS电源电压的状态以及管理UPS电源充电的功能；所述温度传感模块3，包括温度传感器及外围电路，将温度转换为热电动势，实现对温度的监测；所述自定义程序烧录模块4，包括程序烧录芯片，实现用户需求功能的程序烧录。所述射频模块2工作在半双工模式/全双工模式，工作模式可根据需要灵活调整。其中的外壳可采用ABS工程塑料一体注塑成型， 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。人员定位方法可采用改进的RSSI测距定位算法精确定位人员的位置，定位精度为2 5m。所述的温度传感模3块采用热电偶式温度传感器，抗氧化性强，稳定性高。[0049]在图1中，电源模块图5为图2、图3、图4、图6的各模块提供直流稳压电源。[0050]在图3中，射频模块2接收射频信号，模数转换后传输给图2的微控制器模块，微控制器模块将信号处理后，返回给射频模块，由射频模块将射频信号发送到父节点，通过改进的RSSI测距定位算法实现精确定位。在图4中，温度传感器将温度变化换算为热势能，产生电信号并发送至图2微控制器，经过对电信号的处理，实现对温度的监测。[0052]在图5中，电源模块为其他模块供电，并在外部电源切断时自动转换为内部UPS供电。[0053]在图6中，充电管理模块，通过检测UPS电源电压的状态，实现管理所述电源模块中UPS电源的功能。[0054]程序烧录电路将请求发送给微控制器模块，对微控制器程序进行更新。[0055]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1.一种具有温度传感功能的矿山井下无线人员定位分站，其特征是它包括壳体、天线和安装在壳体中的控制装置，所述的控制装置包括微控制器模块(I)、射频模块(2)、温度传感模块(3)、自定义程序烧录模块(4)、电源模块(5)和充电管理模块(6)，其中，充电管理模块(6)与电源模块(5)相连；所述射频模块(2)、温度传感模块(3)、自定义程序烧录模块(4)分别与微控制器模块(I)相连；所述电源模块(5)给各个模块供电；所述射频模块(2) 与天线(7)相连，通过各个模块实现具有温度传感功能的矿山井下无线人员定位；所述微控制器模块(1)，由控制芯片及相互连接的编码芯片组成，负责相关协议实现、 基带处理以及系统控制功能；所述射频模块(2)，包括相互连接的射频调制、放大芯片及相关匹配网络，实现射频的传输；所述电源模块(5 )，包括UPS电源和外围电路，负责给其他功能模块提供稳定的电压以及外部断电后的电源切换；所述充电管理模块(6)，包括相互连接的充电管理芯片、稳压芯片及相关辅助电路，负责检测UPS电源电压的状态以及管理UPS电源充电的功能；所述温度传感模块(3)，包括温度传感器及外围电路，将温度转换为热电动势，实现对温度的监测；所述自定义程序烧录模块(4)，包括程序烧录芯片，实现用户需求功能的程序烧录。
2.根据权利要求1所述的具有温度传感功能的矿山井下无线人员定位分站，其特征是所述射频模块(2)工作在半双工模式/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所述的具有温度传感功能的矿山井下无线人员定位分站，其特征是所述的外壳采用ABS工程塑料一体注塑成型，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所述的具有温度传感功能的矿山井下无线人员定位分站，其特征是所述的温度传感模块(3)采用热电偶式温度传感器。
专利摘要一种具有温度传感功能的矿山井下无线人员定位分站，其特征是它包括壳体、天线和安装在壳体中的控制装置，所述的控制装置包括微控制器模块(1)、射频模块(2)、温度传感模块(3)、自定义程序烧录模块(4)、电源模块(5)和充电管理模块(6)，其中，充电管理模块(6)与电源模块(5)相连；所述射频模块(2)、温度传感模块(3)、自定义程序烧录模块(4)分别与微控制器模块(1)相连；所述电源模块(5)给各个模块供电；所述射频模块(2)与天线(7)相连，通过各个模块实现具有温度传感功能的矿山井下无线人员定位。本实用新型结构简单，不仅解决了低带宽系统下的井下人员的精确定位，而且可实时监测井下人员所处位置的温度，为安全监测提供一手数据。
文档编号H04W84/18GK202841537SQ20122043022
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, 尹皓冉 申请人:江苏中矿创慧信息科技股份有限公司