专利名称：Zigbee和wifi结合的井下人员定位系统的制作方法
技术领域：
Zigbee和wifi结合的井下人员定位系统技术领域[0001]本实用新型涉及一种矿山安全技术，尤其是一种对井下人员进行定位和考勤的技术，具体地说是一种采用Zigbee和wifi结合的井下人员定位系统。
背景技术：
[0002]根据国家有关规定,要求在2011年底前所有煤矿全部安装了井下人员定位系统； 2012年6月底前所有煤(岩)与瓦斯(二氧化碳)突出矿井及中央企业煤矿和国有重点煤矿中的高瓦斯、开采容易自燃煤层的矿井全部建设完成紧急避险系统；2013年6月底前全国所有煤矿全部完成“六大系统”的建设完善工作，并确保其发挥应有作用，切实提高煤矿安全保障水平和应急处置能力。[0003]随着国家对“数字矿山”工作的推进，井下无线通讯的兴起，基于煤矿安全及非煤矿安全的无线局域网实时定位系统，主要采用无线组网的zigbee技术、wifi技术，为煤矿企业提供一套完备的资产、人员追踪定位解决方案。[0004]目前井下人员定位设备，基本是通过无线跟踪器或识别卡向监测分站发送信息和接收信息，没有实时图像和wifi手机语音功能。发明内容[0005]本实用新型的目的是针对与有的井下人员定位因缺少理想的数据传输网络而没有实时图像和wifi手机语音功能的问题，设计一种能对下井人员进行实时语言和图像定位的Zigbee和wifi结合的井下人员定位系统。本实用新型的技术方案是[0007]—种Zigbee和wifi结合的井下人员定位系统,其特征是它包括由下井人员携带的本安型手机1、本安型识别卡2、固定安装在井下的本安型摄像机3，所述的本安型手机1、 本安型识别卡2和本安型摄像机3,通过无线网络与Zigbee和wifi节点4相连,Zigbee和 wifi节点4通过综合分站5与矿用交换机6相连,矿用交换机6与地面接收处理中心相连； 所述的综合分站5同时发射ZigBee和WiFi无线信号，实现井下实时通信信号、图像信号和定位信号的覆盖；Zigbee和wifi节点4采用测算节点之间连接信号强度的方法，利用无线信号的空间传输衰减模型估算出节点间传输距离；在无线网络覆盖范围内实现实时定位对人、车、物在不同状态下的自动识别。[0008]井下工作人员可以通过短信或实时通话向井上及时反馈井下信息；井上管理人员可以通过图像监控或语音通话向井下发出信息；利用ZigBee技术组建无线人员定位网络，监测井下人员的位置情况，以及考勤并传输小数据量的监测信息；利用WiFi技术组建无线语音网络，无线图像跟踪为井下人员提供语音覆盖信号。[0009]本实用新型采用本安型设计，拥有ZigBee部分和WiFi部分两个射频系统， ZigBee部分实现远距离射频识别系统的识读器功能，收集并读取矿工携带的标识卡位置和状态信息，并将这些信息进行本地压缩处理，通过WLAN骨干网提交给上位计算机；WiFi部分实现网络交换和无线网桥功能用于构建无线骨干网，并提供WiFi信号覆盖和环网接力，负责在上位计算机和终端设备之间双向传递数据。[0010]所述的本安型手机在综合分站5的无线覆盖范围内进行语音通话，实现手机与手机通话、手机与固定电话通话；本安型手机采用蜂窝式组网，适合井下复杂的巷道分布， 信号不易受干扰，用于语音通讯，对井下人员定位附加扩展。[0011]本实用新型还包括腰带式无线跟踪器，通过无线监测网络准确计算出井下人员的位置，通过接收和发送数据进行计算定位无线监测节点构成无线监测节点网络；利用信号衰减模型公式得到无线发射跟踪器发射的三维坐标，腰带式无线跟踪器采用了射频识别技术，并采用双频点长短波频率实现全双工通信。[0012]本实用新型还包括与指纹仪配套使用的考勤机，对于采集的指纹作出分析和保存，便于井下人员考勤信息。[0013]本实用新型的有益效果[0014]本实用新型实现了井下人员的图像和语言的精确定位，右进行考勤和无线语音通信，无线图像跟踪。满足了煤矿及非煤矿井下安全生产的需要，它能在正常情况下为管理人员提供人员实时监控、人员定位、考勤作业、实时通信等方面的信息。当在生安全事故时，通过zigbee人员定位系统及wifi语音系统、监控系统，可以知道被困人员的具体位置，保证抢险救灾和安全救护工作的高效运作。提高了井下人员跟踪与定位系统的实时性和准确性。
[0015]图1是本实用新型的系统构成示意图。[0016]图2是本实用新型的部分无线监测分站电路原理部分图。图3是本实用新型的部分无线监测网关电路原理部分图。[0018]图4是本实用新型的无线跟踪器终端位置保存过程图。[0019]图5是本实用新型的无线跟踪器终端信息收发示意图。
具体实施方式
[0020]
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。[0021]如图1-5所示。[0022]—种Zigbee和wifi结合的井下人员定位系统,它包括由下井人员携带的本安型手机1、本安型识别卡2、固定安装在井下的本安型摄像机3以及相配的应用软件、嵌入式软件等，所述的本安型手机1、本安型识别卡2和本安型摄像机3，通过无线网络与Zigbee和 wifi节点4相连,Zigbee和wifi节点4通过综合分站5与矿用交换机6相连,矿用交换机 6与地面接收处理中心7相连，地面接收处理中心7的配置与现有技术相同，如图1所示； 所述的综合分站5同时发射ZigBee和WiFi无线信号，实现井下实时通信信号、图像信号和定位信号的覆盖；Zigbee和wifi节点4采用测算节点之间连接信号强度的方法，利用无线信号的空间传输衰减模型估算出节点间传输距离；在无线网络覆盖范围内实现实时定位对人、车、物在不同状态下的自动识别。井下工作人员可以通过短信或实时通话向井上及时反馈井下信息；井上管理人员可以通过图像监控或语音通话向井下发出信息；利用ZigBee技术组建无线人员定位网络，监测井下人员的位置情况，以及考勤并传输小数据量的监测信息；利用WiFi技术组建无线语音网络，无线图像跟踪为井下人员提供语音覆盖信号。本实用新型采用本安型设计，拥有ZigBee部分和WiFi部分两个射频系统，ZigBee 部分实现远距离射频识别系统的识读器功能，收集并读取矿工携带的标识卡位置和状态信息，并将这些信息进行本地压缩处理，通过WLAN骨干网提交给上位计算机；WiFi部分实现网络交换和无线网桥功能用于构建无线骨干网，并提供WiFi信号覆盖和环网接力， 负责在上位计算机和终端设备之间双向传递数据。所述的本安型手机在综合分站5的无线覆盖范围内进行语音通话，实现手机与手机通话、手机与固定电话通话；本安型手机采用蜂窝式组网，适合井下复杂的巷道分布，信号不易受干扰，用于语音通讯，对井下人员定位附加扩展。本实用新型还包括腰带式无线跟踪器，通过无线监测网络准确计算出井下人员的位置，通过接收和发送数据进行计算定位无线监测节点构成无线监测节点网络；利用信号衰减模型公式得到无线发射跟踪器发射的三维坐标，腰带式无线跟踪器采用了射频识别技术，并采用双频点长短波频率实现全双工通信。本实用新型还包括与指纹仪配套使用的考勤机，对于采集的指纹作出分析和保存，便于井下人员考勤信息。[0023]如图1所示，本实用新型的井下部分主要由综合分站5、无线终端(包括本安型摄像机、本安型手机、本安型识别卡)和应用软件、嵌入式软件等组成。[0024]无线节点4采用CC2430作为主控芯片，该芯片是符合ZigBee技术的2. 4 GH z射频系统芯片，是现有最完善的ZigBee协议的单片解决方案之一，核心控制器采用 S3C2440单片机。具有高抗静电性、宽电压、不怕电源抖动等特点；具有低耗能工作方式， 可较简便地实现掉电保护；宽温度范围能够满足相对恶劣的井下工作环境的要求。[0025]Zigbee微处理器为CC2430，无线射频芯片为CC2591，系统工作接收zigbee和 wifi网络报文，监测zigbee和wifi网络情况发送到公网服务器(ARM是把这个串口数据转成网络数据，就是通过Udp连到服务器上)本实用新型中的控制电路有基于s3c2440主控模块，zigbee通信模块，wifi通信模块，以太网模块，多种类型数据采集、传输及物联网的接入以无线监测定位，语音，图像。单片机通过总线将需要发送的数据传送到CC2430的发送缓存中，CC2430的发射信号 2. 4GHZ在这个频段传输；互联网接口控制单元采用DM9000AE芯片，Wifi芯片及待传送数据或动态产生图像数据zigbee芯片图像，声音交换的平台是Zigbee协议建立在IEEE 802. 15. 4之上，大量传感器节点之间通过zigbee协议进行自组网。Zigbee数据传输率较低，有效覆盖范围10-50米之间，多用于监测温度、湿度、光照、定位等标量数据，Wifi是建立在IEEE 802.1la 802.1lb 802.1lg协议，他的数据速率可达54Mb/s，有效覆盖范围100 米左右，特别适合于采集音频、视频等矢量数据。[0027]本实用新型提出了井下人员管理不单是基础的矿工身份和数量管理功能，还能精确定位人员，图像信息和语音通信。该井下人员定位系统基本功能[0028]1、通过zigbee、wifi人员信息实时显示、查询井下情况任一时间井下或某个地点究竟有多少人，这些人都是谁；每个人在井下任一时间的活动图像轨迹；查询一个或多个人员现在的实际位置，方便紧急状况下可快速准确的找寻到该人员；查询有关人员在任一地点的到/离时间和总工作时间等等一系列信息，可以督促和落实重要巡查人员(如:瓦斯检测人员、温度检测人员、排风人员等)是否按时、到点的进行各项数据的测试和处理，从根本上尽量杜绝因人为因素而造成的相关事故；可实现多点共享供多个领导同时在不同地点查看考勤信息，定位信息，图像信息，语音信息；[0029]2、井下人员每时每刻在坑道的实时动态分布，根据井下的实际地理情况制作相应的动态图，通过图像信息使井下情况生动形象一目了然；[0030]3、一旦发生各类事故，准确快速识别遇险人员具体地点和位置，并立即能查出有多少人遇险，他们是谁。可通过本安手机及本安摄像机了解遇险人员情况。[0031]该井下人员定位系统的其它功能还有[0032]1、网关安装于各个通讯子网的汇聚处，可以将通讯子网的数据汇聚并通过光纤交换机上传至中心服务器。每个网关管理一个通讯子网，多个通讯子网不能互相通讯。网关可能会安装于主巷道或者多个水平面的巷口。未来，为了更好的保证通讯，可能会扩展出两个无线信道，一路负责收发定位数据，一路负责收发报警数据等。[0033]2、无线分站本安摄像机无线语音系统[0034]覆盖并固定安装于矿区的无线信号分站，保存地图坐标位置值，定时广播定位信号，以辅助移动终端定位。同时可以接收移动终端上报的定位数据、报警信息等各类信号。 未来可能会扩展出双通道分站，一路负责收发定位数据，一路负责收发报警数据等。本安型摄像机及无线语音系统使井上人员可直观的了解井下情况，它集成光电耦合器，音频压缩模块，数模DAC等，实现了视频同时语音通话。[0035]3、移动终端腰带式无线跟踪器本安wifi手机[0036]配备于人员或其它移动目标的终端，目前具备定位引擎，语音通话可以实现定位数据的收发，报警信息 的传递，语音的实时通话等。通过手机发射wifi信号来进行网络连接，将手机取得的网络信号发送到计算机。将来可能扩展出多种终端机车终端等。系统总控室对井下人员群发文字消息，接收并处理井下人员发出的普通消息和报警消息。[0037]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Zigbee和wifi结合的井下人员定位系统,其特征是它包括由下井人员携带的本安型手机(I)、本安型识别卡(2)、固定安装在井下的本安型摄像机(3)，所述的本安型手机(I)、本安型识别卡(2)和本安型摄像机(3),通过无线网络与Zigbee和wifi节点(4)相连，Zigbee和wifi节点(4)通过综合分站(5)与矿用交换机(6)相连,矿用交换机(6)与地面接收处理中心相连；所述的综合分站(5)同时发射ZigBee和WiFi无线信号，实现井下实时通信信号、图像信号和定位信号的覆盖；Zigbee和wifi节点(4)采用测算节点之间连接信号强度的方法，利用无线信号的空间传输衰减模型估算出节点间传输距离；在无线网络覆盖范围内实现实时定位对人、车、物在不同状态下的自动识别。
2.根据权利要求1所述的Zigbee和wifi结合的井下人员定位系统，其特征是它采用本安型设计，拥有ZigBee部分和WiFi部分两个射频系统,ZigBee部分实现远距离射频识别系统的识读器功能，收集并读取矿工携带的标识卡位置和状态信息，并将这些信息进行本地压缩处理，通过WLAN骨干网提交给上位计算机；WiFi部分实现网络交换和无线网桥功能用于构建无线骨干网，并提供WiFi信号覆盖和环网接力，负责在上位计算机和终端设备之间双向传递数据。
3.根据权利要求1所述的Zigbee和wifi结合的井下人员定位系统,其特征是它还包括腰带式无线跟踪器，通过无线监测网络准确计算出井下人员的位置，通过接收和发送数据进行计算定位无线监测节点构成无线监测节点网络；利用信号衰减模型公式得到无线发射跟踪器发射的三维坐标，腰带式无线跟踪器采用了射频识别技术，并采用双频点长短波频率实现全双工通信。
4.根据权利要求1所述的Zigbee和wifi结合的井下人员定位系统,其特征是它还包括与指纹仪配套使用的考勤机，对于采集的指纹作出分析和保存，便于井下人员考勤信
专利摘要一种Zigbee和wifi结合的井下人员定位系统，其特征是它包括本安型手机(1)、本安型识别卡(2)、固定安装在井下的本安型摄像机(3)，所述的本安型手机(1)、本安型识别卡(2)和本安型摄像机(3)，通过无线网络与Zigbee和wifi节点(4)相连，Zigbee和wifi节点(4)通过综合分站(5)与矿用交换机(6)相连，矿用交换机(6)与地面接收处理中心相连；所述的综合分站(5)同时发射ZigBee和WiFi无线信号,实现井下实时通信信号、图像信号和定位信号的覆盖；Zigbee和wifi节点(4)采用测算节点之间连接信号强度的方法，利用无线信号的空间传输衰减模型估算出节点间传输距离；在无线网络覆盖范围内实现实时定位对人、车、物在不同状态下的自动识别。本实用新型结构简单，易于实现，通讯质量好，成本低。
文档编号E21F17/18GK202856981SQ20122043023
公开日2013年4月3日 申请日期2012年8月28日 优先权日2012年8月28日
发明者郭斌, 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