专利名称：一种双向井下人员定位装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种双向井下人员定位装置，可以实现煤矿人员井下定位， 属于自动识别和定位技术领域。
背景技术：
目前各种井下人员定位所使用的设备，均采用单向通讯方式。也就说，只有 识别卡向位置监测分站发送信息，而不能接收位置监测分站发出的信息，上述系 统设备都存在着信息传递不畅的缺陷。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种工作稳定，双向通讯的井下人员定位装置。 为实现以上目的，本实用新型的技术方案是提供一种双向井下人员定位装 置，其特征在于，由识别卡和位置监测分站组成，识别卡由井下人员携带，位置 监测分站装置分别设于井下的各个坑道出入口，每个位置监测分站装置和电脑通 过网络连接。
所述的识别卡装置由液晶显示单元、天线、识别卡RF收发单元、识别卡数 据处理单元和电池组成，识别卡数据处理单元分别与液晶显示单元、识别卡RF 收发单元和电池连接，识别卡RF收发单元与天线连接。
所述的位置监测分站装置由天线、RF收发单元、数据处理单元、数据存储
单元、实时时钟单元、电源管理单元和RS485通讯接口单元组成，数据处理单元
分别与RF收发单元、数据存储单元、实时时钟单元、电源管理单元和RS485通
讯接口单元连接，RF收发单元与天线连接。
本实用新型的识别卡由井下人员携带，位置监测分站装置分别设于井下的
各个坑道出入口 ，携带有识别卡的人员进入安装有位置监测分站的井下的各个坑
道出入口时，出入口旁边安装的内部同样有2.4GHz无线射频模的位置监测分站
通过无线射频通讯方式收到识别卡所发送的人员识别信息，并从数据存储单元中
调出匹配的需要发送的信息，通过无线射频通讯方式进入通讯流程，将需要发送的信息发送到识别卡中，由识别卡上的液晶显示模块显示出来，位置监测分站同 时将识别卡的人员识别信息保存并通过RS485通讯接口将该记录上传至监测和 数据管理中心。
本实用新型的优点是使带有识别卡的下井人员经过安装有位置监测分站的 出入口通道时，人员的通行记录实时完成。位置监测分站可以将需要发送的通知 发送到识别卡上，同时井下人员可以通过识别卡将紧急呼救信息发送给位置监测 分站，完成井上和井下双向通讯，使得井下人员的安全性明显提高。
图1为一种双向井下人员定位装置示意图； 图2为一种识别卡结构示意图3为识别卡数据处理单元示意图； 图4为位置监测分站示意图5为位置监测分站数据处理单元示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。 实施例
如图l所示，为一种双向井下人员定位系统结构示意图， 一种双向井下人员 定位装置，其特征在于，由识别卡和位置监测分站组成，识别卡由井下人员携带， 位置监测分站装置分别设于井下的各个坑道出入口，位置监测分站装置和电脑通 过网络连接。
如图2所示，为识别卡结构示意图，所述的识别卡装置由液晶显示单元、天 线、识别卡RF收发单元、识别卡数据处理单元和电池组成，识别卡数据处理单 元分别与液晶显示单元、识别卡RF收发单元和电池连接，识别卡RF收发单元与 天线连接。
天线属于印刷偶极子天线，该天线具有尺寸小、易于电路集成等特点。主要
技术特点如下
(1) 该天线工作频率为2. 4GHz，带宽450MHz，天线整体大小为20*1. 5 mm; 液晶显示单元采用超薄液晶显示模块，提供了人机接口界面，可以中文显示 接收到的从位置监测分站发来的信息。本实用新型采用电池供电方式，因此电池使用寿命对于产品的实际应用起到 关键的作用，通过电源管理单元，将使得系统的大部分时间处于休眠状态。每隔 1秒自动唤醒发送2.4GHz无线射频信号并接受位置监测分站的应答，工作结束 后立即切换到休眠状态。
识别卡RF收发单元采用了调制方式为GFSK的2. 4GHz芯片，主要技术特点 如下-
(1) GFSK调制/解调方式；
(2) 数据传输速率可设置为250k-lMb/s;
(3) 所需外围元件极少；
(4) 芯片内可校准电压为1.9一3.6V;
该芯片在2. 4GHz ISM频段通信，即使很靠近无线局域网(WLAN)、蓝牙和微波 炉也能提供清晰、可靠的通信，250k-lM Mbps数据速率使它的数据传输时间、 等待时间縮短并减小了干扰，增加了电池寿命，该芯片提供完整的2. 4GHz无线 电解决方案。
如图3所示，为识别卡数据处理单元示意图，所述的识别卡数据处理单元由 识别卡数据处理芯片、识别卡系统晶振、识别卡程序下载接口、识别卡数据接口 和识别卡复位单元组成，识别卡数据处理芯片分别与识别卡系统晶振、识别卡程 序下载接口、识别卡数据接口和识别卡复位单元连接。
识别卡数据处理单元使用的微处理器为美国TI公司的MSP430F123单片机， 具有强大处理能力的MSP430单片机是一个16位的单片机，采用了精简指令集 (RISC)结构，具有丰富的寻址方式(7种源操作数寻址、4种目的操作数寻 址)、简洁的27条内核指令以及大量的模拟指令；大量的寄存器以及片内数据 存储器都可参加多种运算；还有髙效的査表处理指令；有较高的处理速度，在 8MHz晶体驱动下指令周期为125 ns ，这些特点保证了可编制出高效率的源程 序。
在运算速度方面，MSP430单片机能在8MHz晶体的驱动下，实现125ns的 指令周期。16位的数据宽度、125ns的指令周期以及多功能的硬件乘法器(能 实现乘加)相配合，能实现数字信号处理的某些算法。MSP430系列单片机的中断源较多，并且可以任意嵌套，使用时灵活方便。当系统处于省电的备用状态时， 用中断请求将它唤醒只用6 us 。超低功耗的MSP430单片机之所以有超低的功 耗，是因为其在降低芯片的电源电压及灵活而可控的运行时钟方面都有其独到之 处。
主要技术特点如下
(1) 低工作电压范围1.8 V —3.6 V;
(2) 超低功耗
活动模式200 u A at 1 MHz, 2. 2 V
待机模式0.7yA
关闭(RAM Retention) : 0.1 "A;
(3) 超快1 y s内从待机模式唤醒；
(4) 16-Bit RISC指令体系，65ns指令周期；
(5) 基本时钟模块结构 _内部频率高达16MHz —32-kHz晶体振荡器 _高频晶振可达16MHz 一共振器
一外部时钟源；
(6) 16-Bit Timer_A (带3捕获/比较寄存器)；
(7) 片内比较器，可用于模拟信号比较或可用于斜边A/D转换；
(8) 串行在线编程，无需外部编程电压，可编程的安全熔丝代码保护. 如图4所示，为一种位置监测分站装置结构示意图，所述的位置监测分站装
置由天线、RF收发单元、数据处理单元、数据存储单元、实时时钟单元、电源 管理单元和RS485通讯接口单元组成，数据处理单元分别与RF收发单元、数据 存储单元、实时时钟单元、电源管理单元和RS485通讯接口单元连接，RF收发 单元与天线连接。
天线模块是由微带天线和PCB板组成，该天线具有低剖面、易于电路集成等 特点。主要技术特点如下(1) 该天线工作频率为2.4GHz，带宽400MHz，天线大小为35*40*1. 5 mm;
(2) PCB板采用的是聚四氟乙烯高频板，此PCB板具有低介电常数、高Q 值等特点；
(3) 最终设计的天线增益可达到5dBi，极化形式为垂直极化，水平面、垂 直面3dB波瓣宽度在65度一70度之间，前后比可大于16dB。
RF收发单元采用了调制方式为GFSK的2. 4GHz芯片，主要技术特点如下 (2) GFSK调制/解调方式；
(2) 数据传输速率可设置为250k-lMb/s;
(3) 所需外围元件极少；
(4) 芯片内可校准电压为1.9 — 3. 6V。
该芯片在2. 4GHz ISM频段通信，即使很靠近无线局域网(WLAN)、蓝牙和微波 炉也能提供清晰、可靠的通信，250k-1M Mbps数据速率使它的数据传输时间、 等待时间縮短并减小了干扰，增加了电池寿命，该芯片提供完整的2. 4GHz无线 电解决方案。
RS485通讯接口单元由RS485接口、抗干扰模块、通讯芯片，光耦隔离芯片 组成，通讯芯片与数据处理单元连接。
如图5所示，为位置监测分站数据处理单元示意图，所述的数据处理单元由 数据处理芯片、系统晶振、程序下载接口、数据接口和复位单元、实时时钟晶振 和上拉电阻组成，数据处理芯片分别与系统晶振、程序下载接口、数据接口、复 位单元、实时时钟晶振和上拉电阻连接。
数据处理芯片与人员识别卡装置一样为TI公司的MSP430系列单片机，型 号是MSP430F169，具有强大处理能力的MSP430单片机是一个16位的单片机， 采用了精简指令集(RISC)结构，具有丰富的寻址方式(7种源操作数寻址、4 种目的操作数寻址)、简洁的27条内核指令以及大量的模拟指令；大量的寄存 器以及片内数据存储器都可参加多种运算；还有高效的査表处理指令；有较高的 处理速度，在8MHz晶体驱动下指令周期为125 ns 。这些特点保证了可编制出 高效率的源程序。
使用时，下井人员携带识别卡，每个识别卡都有唯一固定的2字节长度的识别号，用以识别不同的人员。位置监测分站装置分别设于井下的各个坑道出入口， 位置监测分站装置和电脑通过网络连接，每个位置监测分站也有唯一的通讯地 址，用于确定所安装的不同位置。识别卡间隔一秒钟通过无线射频方式发送一次 识别号信息，当携带有识别卡的人员，经过安装有位置监测分站的坑道出入口， 位置监测分站接收到识别卡发来的识别号信息后，从位置监测分站内存中检索和 识别号对应的需要发送给识别卡的信息，并通过无线射频通讯方式发出。识别卡 接收到位置监测分站发来的信息后，把信息内容用中文方式显示在识别卡的液晶 屏幕上。另外，识别卡上有一个按键，按下按键可以选择识别卡需要发送的信息， 确定后，识别卡将不断发送此信息，直到被位置监测分站接收到。位置监测分站 接收到的全部识别卡信息，将通过有线方式，传送到电脑主机。
权利要求1. 一种双向井下人员定位装置，其特征在于，由识别卡和位置监测分站组成，识别卡由井下人员携带，位置监测分站装置分别设于井下的各个坑道出入口，每个位置监测分站装置和电脑通过网络连接。
2. 根据权利要求1所述的一种双向井下人员定位装置，其特征在于，所述的 识别卡装置由液晶显示单元、天线、识别卡RF收发单元、识别卡数据处理 单元和电池组成，识别卡数据处理单元分别与液晶显示单元、识别卡RF 收发单元和电池连接，识别卡RF收发单元与天线连接。
3. 根据权利要求2所述的一种双向井下人员定位装置，其特征在于，所述的 识别卡数据处理单元由识别卡数据处理芯片、识别卡系统晶振、识别卡程 序下载接口、识别卡数据接口和识别卡复位单元组成，识别卡数据处理芯 片分别与识别卡系统晶振、识别卡程序下载接口、识别卡数据接口和识别 卡复位单元连接。
4. 根据权利要求1所述的一种双向井下人员定位装置，其特征在于，所述的 位置监测分站装置由天线、RF收发单元、数据处理单元、数据存储单元、 实时时钟单元、电源管理单元和RS485通讯接口单元组成，数据处理单元 分别与RF收发单元、数据存储单元、实时时钟单元、电源管理单元和RS485 通讯接口单元连接，RF收发单元与天线连接。
5. 根据权利要求4所述的一种双向井下人员定位装置，其特征在于，所述的 数据处理单元由数据处理芯片、系统晶振、程序下载接口、数据接口和复 位单元、实时时钟晶振和上拉电阻组成，数据处理芯片分别与系统晶振、 程序下载接口、数据接口、复位单元、实时时钟晶振和上拉电阻连接。
专利摘要本实用新型涉及一种双向井下人员定位装置，其特征在于，主要由识别卡和位置监测分站组成，识别卡由井下人员携带，位置监测分站装置分别设于井下的各个坑道出入口，位置监测分站装置和电脑通过网络连接。本实用新型的优点是使带有识别卡的下井人员经过安装有位置监测分站的出入口通道时，人员的通行记录实时完成。位置监测分站可以将需要发送的通知发送到识别卡上，同时井下人员可以通过识别卡将紧急呼救信息发送给位置监测分站，完成井上和井下双向通讯，使得井下人员的安全性明显提高。
文档编号H04L12/28GK201229581SQ200820059820
公开日2009年4月29日 申请日期2008年6月17日 优先权日2008年6月17日
发明者曹颖晶, 沈思宇, 王建华, 钧 马 申请人:上海轶龙应用软件开发有限公司