煤矿井下移动目标定位仪的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种煤矿井下移动目标定位仪，包括电子标签、读卡器、分站、网关、上位机等硬件设备。电子标签包括电源模块、电子标签主控单片机和电子标签射频模块，电子标签主控单片机与电子标签射频模块连接，电源模块分别与电子标签主控单片机和电子标签射频模块连接；读卡器包括CAN通信接口、读卡器主控单片机和读卡器射频模块，CAN通信接口连接读卡器主控单片机，读卡器主控单片机与读卡器射频模块连接；分站包括MCU最小控制单元、上位CAN控制器和驱动器、下位CAN控制器和驱动器；网关包括8051单片机和CAN驱动器组成。
【专利说明】煤矿井下移动目标定位仪
【技术领域】
[0001]本实用新型属于煤矿井下监控系统，具体涉及一种煤矿井下移动目标定位装置。【背景技术】
[0002]近几年，在煤矿安全监控大量装备之后，矿井移动目标定位系统也逐渐热门起来，该系统是将无线识别、网络通讯和自动控制技术相结合，在地面监控计算机的定位系统软件支持下，通过数据传输接口和沿巷道铺设的通讯线缆，实时对井下安装的无线采集器(即读卡器)进行信息采集，读卡器自动采集有效识别距离内移动目标的无线信息，并通过井下有线传输网络将相关数据传送至地面中心站。数据信息经分析处理后，将井下移动目标动态显示在计算机定位软件的地图界面上，从而实现井上管理人员对井下移动目标的位置实时监控功能。其中井下移动目标主要包括井下工作人员，和矿用火车、车厢、采煤机等设备。为了保证煤矿安全生产，国家规定，在2011年年底之前，全国所有煤矿均要装备矿井定位系统。然而，目前国内正在使用的50余种煤矿定位系统中，许多系统稳定性不好，无线通信经常出错。究其原因，主要是因为井下无线通信技术不成熟。因此，研究井下定位系统中的无线通信技术，对提高定位系统稳定性和精确度，以至于提高煤矿安全性和生产率，有深刻的意义。
实用新型内容
[0003]本实用新型的目的是提供一种煤矿井下移动目标定位装置，通过分析井下移动目标定位仪的硬件组成、工作原理，选择合适的通信频率和芯片，设计了射频识别电路，达到识别电子标签的目的；通过研究读卡器硬件电路，采用电子标签相同的射频识别电路，既简化了电路设计又降低了开发成本。
[0004]本实用新型设计包括电子标签、读卡器两部分，所述电子标签包括电源模块、电子标签主控单片机和电子标签射频模块，电子标签主控单片机与电子标签射频模块通过SPI接口连接，电源模块分别为电子标签主控单片机和电子标签射频模块供电；所述读卡器包括CAN通信接口、读卡器主控单片机和读卡器射频模块，CAN通信接口连接读卡器主控单片机，读卡器主控单片机与读卡器射频模块通过SPI接口连接；所述电子标签与读卡器通过各自的射频模块进行无线通信。
[0005]本实用新型的有益效果为:
[0006]1、电子标签是RFID系统中存储被识别物体相关信息的电子装置，每个电子标签都含有惟一的编码，用来表示电子标签所附着的物体信息。电子标签的作用是对应不同的读卡器，发送相应的信息到读卡器，并接收读卡器发来的指令。电子标签采用主动工作方式，载波由电子标签自身产生，便于通信速率的提高，也利于增大通信距离；同时电子标签进入通信区域时，读卡器和电子标签通过射频模块进行无线通信，正常工作状态下保证电池的持续供电，使电子标签能稳定工作。
[0007]2、射频识别系统硬件电路设计主要包括读卡器、电子标签两个部分的设计。其中，读卡器设计和电子标签设计都包含射频电路和主控电路两个部分，射频识别系统中，读卡器和电子标签采用了相同的射频电路，简化了硬件电路设计；读卡器还包括CAN通信电路，这种通信方式的设计更便于将井下采集到的数据上传给监控主机。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]下面根据附图对本实用新型作进一步详细说明。
[0009]图1是本实用新型实施例所述的煤矿井下移动目标定位系统结构框图；
[0010]图2是本实用新型实施例所述的电子标签的结构图；
[0011]图3是本实用新型实施例所述的读卡器的结构图。
【具体实施方式】
[0012]本系统使用有源RFID技术进行无线通信，实现井下移动目标的定位，并使用两级CAN总线作为井下有线传输网络，网关将CAN总线数据转换成串口数据并传给上位机。定位系统硬件设备主要由标签、读卡器、分站、网关和上位机等硬件设备组成。在定位系统中，矿工和井下移动设备配带标签，并定时向外发送卡号。读卡器的作用是采集标签无线信号，并加上自己的读卡器号信息，经下位CAN总线传输给分站。读卡器可以看成一个实现RFID协议到下位CAN总线的特殊功能网关。系统中最多可容纳31个分站、每个分站可容纳16个读卡器，即整个系统最多可装配256个读卡器，足够覆盖中小型煤矿的主要巷道和井下重要区域。该系统最多可配备65535张定位标签，可以满足煤矿中“每人一卡”及“每车一卡”的要求，系统中标签和读卡器的无线收发器使用相同模块。
[0013]电子标签中只包含射频模块CC2430和电池两部分，为了简化标签结构并降低成本，标签没有设计开关、复位、指示灯、报警器、显示器等设备。标签出厂时便将电池焊接在CC2430模块上，标签随即开始工作，每隔一段时间循环发送卡号。半年时间后，标签电池耗尽，更换电池即可。
[0014]读卡器的射频识别电路和电子标签的相同，电源由分站提供，分站输出18V不间断直流电源，读卡器将其转换成3.3V板级电源。在读卡器的设计时，选用Microchip公司的MCP2510芯片作为CAN控制器，MCP2510可根据CPU的要求将SPI总线数据转换封装成CAN总线数据格式，并将控制器输出的发送数据(CAN_TX)、接收数据(CAN_RX)通过CAN总线驱动器将其转换成CAN总线差分信号CAN总线高电平(CAN_H)和CAN总线低电平(CAN_L)，即可进行CAN总线的数据传输。CAN总线驱动器选用周立功公司的CTM8251AT芯片，该芯片将CAN驱动器和CAN总线防雷保护、过流保护的功能合为一体，性能优秀。
[0015]本实用新型不局限于上述最佳实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种煤矿井下移动目标定位仪，包括电子标签、读卡器两部分，其特征是:电子标签中的主控单片机与射频模块通过SPI接口连接，电源模块分别为主控单片机和射频模块供电；读卡器包括CAN通信接口、主控单片机和射频模块，CAN通信接口与主控单片机相连，主控单片机与射频模块通过SPI接口连接，读卡器电源由分站提供。
2.根据权利要求1所述的煤矿井下移动目标定位仪，其特征是:电子标签是RFID系统中存储被识别物体相关信息的电子装置，每个电子标签都含有惟一的编码，用来表示电子标签所附着的物体信息，电子标签中包含主控单片机、射频模块CC2430和电源模块，电子标签出厂时便将电池焊接在CC2430模块上，随即开始工作；读卡器的射频识别电路采用和电子标签相同的硬件电路，选用MCP2510芯片作为CAN控制器，MCP2510可将SPI总线数据转换封装成CAN总线数据格式，并将控制器输出的发送数据CAN_TX、接收数据CAN_RX通过CAN总线驱动器将其转换成CAN总线差分信号CAN总线高电平CAN_H和CAN总线低电平CAN_L,即可进行CAN总线的数据传输。
【文档编号】E21F17/18GK203515659SQ201320441216
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年7月17日 优先权日:2013年7月17日
【发明者】张楠 申请人:山西大同大学