一种基于可见光双向通讯的矿下定位系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及可见光通讯技术领域，尤其涉及一种基于可见光双向通讯的矿下定位系统及方法。
【背景技术】
[0002]使用可见光的无线通信技术近年来逐渐受到学术界和产业界的广泛关注，尤其是随着发光二极管(Light Emitting D1de，简称为LED)之类的发光元件的照明设备的广泛使用，利用半导体LED在实现照明的同时，实现无线通信网络覆盖的可行性研宄正在许多相关企业中进行。可见，光通信与无线传感网络、无线局域网以及电力线通信系统相结合的通信方式也在探讨当中。
[0003]现有的矿井定位系统以现代无线电编码通讯技术为基础，应用现代无线电波通讯技术中的信令技术及无线发射接收技术，但无线通信会产生辐射，容易产生电火花，由于井下复杂的空气条件，小小的电火花也可能会导致不可想象的可怕后果，这不仅会给矿井带来损失甚至有可能威胁到人的生命安全；另外，现有矿下定位系统需要在矿工身上携带一个可见光发射器，而发射器由电池驱动，若电池没电时则无法进行定位，若配备额外电池则增加了使用复杂度。
[0004]因此，现有技术还有待于改进和发展。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种基于可见光双向通讯的矿下定位系统及方法，旨在通过本发明解决现有技术中存在的能耗高、设备复杂程度及安全性低的缺陷。
[0006]本发明解决技术问题所采用的技术方案如下:
一种基于可见光双向通讯的矿下定位系统，用于对巷道内矿下作业的矿工进行实时定位操作，其中，所述系统包括设置在同一装置上的巷道灯发射端和光信号接收端、设置在另一装置上的光信号反射端、以及定位服务器端；
所述巷道灯发射端，包括多个设置在巷道顶部的LED巷道灯，用于以第一入射角发射带有巷道灯地址信息的光信号；
所述光信号反射端，设置在所述矿工的矿帽上带有矿工识别唯一标识，用于接收所述巷道灯发射端发射的光信号，并以第二入射角反射带有确认矿工识别唯一标识的光信号；所述光信号接收端，用于接收所述光信号反射端反射的带有确认矿工识别唯一标识的光信号，并向定位服务器端发送带有所述巷道灯地址信息和确认矿工识别唯一标识的光信号;
所述定位服务器端，用于接收所述光信号接收端的光信号并根据所述光信号的信息对矿工进行实时定位。
[0007]所述的基于可见光双向通讯的矿下定位系统，其中，所述第二入射角与第一入射角相等。
[0008]所述的基于可见光双向通讯的矿下定位系统，其中，所述巷道灯发射端包括依次相连的信息编码模块、发射模块、调制模块、信号放大模块、驱动模块、以及LED光源模块；
所述信息编码模块用于对待发送的巷道灯地址信息进行预先编码操作，所述发射模块用于将编码后的巷道灯地址信息以光信号形式发出，所述调制模块用于将所述发射模块发送的光信号进行调制得到调制信号，所述信号放大模块用于将所述调制信号进行放大处理得到放大信号，所述驱动模块用于根据所述放大信号驱动LED光源模块进行发光，所述LED光源模块用于向另一装置以第一入射角发送带有巷道灯地址信息的光信号；
所述光信号反射端包括依次相连的第一光电转换模块、第一解调模块、微控制器模块、以及反射模块；
所述第一光电转换模块用于接收所述LED光源模块发出的光信号并将所述光信号转换为第一电信号，所述第一解调模块用于将所述第一电信号进行解调得到第一解调信号，所述微控制器模块用于根据所述第一解调信号的信息控制反射模块进行光反射操作，所述反射模块用于以第二入射角反射带有确认矿工识别唯一标识的发射光信号、并将所述反射光信号发送至第二光电转换模块；所述第二入射角与第一入射角相等；
所述光信号接收端包括依次相连的第二光电转换模块、以及第二解调模块；
所述第二光电转换模块用于接收所述反射模块的发射光信号并将处理后的带有所述巷道灯地址信息和确认矿工识别唯一标识的光信号转换为第二电信号；所述第二解调模块用于将所述第二光电转换模块输出的第二电信号进行解调得到第二解调信号；
所述定位服务器端包括依次相连的解码模块、定位模块和输出模块；
所述解码模块用于对所述第二解调信号进行巷道灯地址解码得到解码信息，所述定位模块用于根据解码信息按照一预定算法计算并定位矿工的实时坐标，所述输出模块用于实时更新定位后的矿工坐标信息并进行输出显示。
[0009]所述的基于可见光双向通讯的矿下定位系统，其中，预先将每一个LED巷道灯的地址坐标存储于定位服务器端。
[0010]所述的基于可见光双向通讯的矿下定位系统，其中，所述反射模块中包含一反射镜。
[0011]所述的基于可见光双向通讯的矿下定位系统，其中，所述反射镜上还包含一铁电液晶快门。
[0012]所述的基于可见光双向通讯的矿下定位系统，其中，所述微控制器模块通过控制铁电液晶快门的开关来控制反射镜进行光反射操作，当所述铁电液晶快门的开关为打开状态时，则反射光，当所述铁电液晶快门的开关为关闭状态时，则不反射光。
[0013]所述的基于可见光双向通讯的矿下定位系统，其中，所述输出模块包括视频、和/或音频输出。
[0014]一种基于可见光双向通讯的矿下定位方法，其中，所述方法包括步骤:
A、预先在巷道顶部设置多个用于发射带有巷道灯地址信息的光信号的LED巷道灯，并将每一个LED巷道灯的地址坐标存储于定位服务器端；
B、对待发送的巷道灯地址信息进行预先编码操作，LED巷道灯以第一入射角发送带有编码后的巷道灯地址信息的光信号； C、预先在矿工的矿帽上设置一带有矿工识别唯一标识的光信号反射器，所述光信号反射器用于接收并以第二入射角反射带有确认矿工识别唯一标识的光信号，所述第二入射角与第一入射角相等；
D、LED巷道灯接收反射的光信号后，向定位服务器端发送带有所述巷道灯地址信息和确认矿工识别唯一标识的光信号，所述定位服务器端接收所述光信号并对所述光信号的信息进行巷道灯地址解码得到解码信息，根据所述解码信息按照一预定算法计算并定位矿工的实时坐标，并实时更新定位后的矿工坐标信息并进行输出显示。
[0015]所述的基于可见光双向通讯的矿下定位方法，其中，所述预定算法为多点平均值计算法。
[0016]本发明所提供的一种基于可见光双向通讯的矿下定位系统及方法，所述系统包括设置在同一装置上的巷道灯发射端和光信号接收端、设置在另一装置上的光信号反射端、以及定位服务器端；所述光信号反射端，设置在所述矿工的矿帽上带有矿工识别唯一标识，用于接收所述巷道灯发射端发射的光信号，并以第二入射角反射带有确认矿工识别唯一标识的光信号；所述光信号接收端，用于接收所述光信号反射端反射的带有确认矿工识别唯一标识的光信号，并向定位服务器端发送带有所述巷道灯地址信息和确认矿工识别唯一标识的光信号；所述定位服务器端，用于接收所述光信号接收端的光信号并根据所述光信号的信息对矿工进行实时定位。一方面，本发明在同一装置上设置一个发射端和一个接收端，另一端只需设置一个反射端，就能够提供两条数据传输通道:一条由发射端将光信号发射给反射端，另一条由反射端反射处理后的数据信号给接收端，从而实现双向数据通信，比起现有技术来说，节省了一半的能耗、且设备复杂程度及成本更低；另一方面，由于现有技术中要求接收时发射端与接收端都需对准光源，反馈时也需对准光源，而本发明中采用反射镜进行光反射，准确地将光源反射回发射端，不需要额外的对准光源操作即可完成通讯，从而大幅提升用户的使用便利性。
【附图说明】
[0017]图1是本发明基于可见光双向通讯的矿下定位系统较佳实施例的功能模块图。
[0018]图2是本发明基于可见光双向通讯的矿下定位系统较佳实施例的巷道灯发射端的内部结构图。
[0019]图3是本发明基于可见光双向通讯的矿下定位系统较佳实施例的光信号反射端的内部结构图。
[0020]图4是本发明基于可见光双向通讯的矿下定位系统较佳实施例的光信号接收端的内部结构图。
[0021]图5是本发明基于可见光双向通讯的矿下定位系统较佳实施例的定位服务器端的内部结构图。
[0022]图6是本发明基于可见光双向通讯的矿下定位系统较佳实施例的矿工帽示意图。
[0023]图7是本发明基于可见光双向通讯的矿下定位系统的应用实施例示意图。
[0024]图8是本发明基于可见光双