专利名称：一种基于ZigBee和GIS的煤矿井下机车定位系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及矿山安全设备领域，尤其是一种基于ZigBee和GIS的煤矿井下机车定位系统。
背景技术：
机车是煤矿生产必不可少的重要设备或运输工具，无论大、中、小煤矿都需要使用机车来运输物料，对一个正常生产的煤矿来说，数量众多的机车分布在井上、井下各个地方，所以机车的使用和管理是一件非常困难的事，尤其是井下机车的管理更为混乱。一般情况下，煤矿都是定期派专人去井上、下各个区域清点机车，以便合理调度使用，避免过多造成积压浪费、过少影响正常运输生产。对煤矿运输部门的管理人员来说，如何准确了解或掌握煤矿地面和井下各处的机车分布，一直没有合理的解决方案。此外，由于煤矿井下环境复 杂，目前我国煤矿井下机车超速自动检测系统的研究也只是处于初级阶段。所以，为了加强井下机车的管理，提高车皮周转率，保证运输线的畅通，减少井下因司机超速、违章运行而造成的追尾、轧人等事故的频繁发生，迫切需要建立一套完整的系统，使运输管理人员准确掌握全矿井下机车的分布，从而科学、合理、有效地调度使用。
发明内容本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的不足提供一种基于ZigBee和GIS的煤矿井下机车定位系统。采用如下技术方案本实用新型公开了一种基于ZigBee和GIS的煤矿井下机车定位系统，包括井下射频定位和地面监控室两部分，两者通过以太网进行数据传输。所述井下射频定位包括定位节点、参考节点和检测分站，所述地面监控室主要为PC监控主机。所述定位节点用于计算机车位置坐标、测量机车车速、超速报警，并将机车坐标、机车ID以及机车车速等信息传输给所述检测分站；所述参考节点负责收集自身与所述定位节点之间的RSSI信息，将自身坐标和RSSI值提供给所述定位节点；所述检测分站接受来自所述定位节点的信息通过井下以太环网传输到所述PC监控主机；所述PC监控主机利用GIS定位系统对来自所述检测分站的数据进行分析，实时模拟井下机车运行状况。基于ZigBee和GIS的煤矿井下机车定位系统，所述定位节点包括ZigBee无线模块，无线模块选用Chipcon公司的CC2431，与所述检测分站完成数据的交换。基于ZigBee和GIS的煤矿井下机车定位系统，所述定位节点包括机车速度检测电路，速度传感器选用霍尔式速度传感器。基于ZigBee和GIS的煤矿井下机车定位系统，所述定位节点包括时钟电路，时钟电路选用时钟芯片PCF8563。基于ZigBee和GIS的煤矿井下机车定位系统，所述定位节点包括液晶显示电路。基于ZigBee和GIS的煤矿井下机车定位系统，所述定位节点包括声光报警电路。基于ZigBee和GIS的煤矿井下机车定位系统，所述定位节点包括按键电路。基于ZigBee和GIS的煤矿井下机车定位系统，所述参考节点包括ZibBee无线模块，无线模块选用Chipcon公司的CC2430，可实现收集自身与所述定位节点之间的RSSI值，并将RSSI值与自身坐标发送给所述定位节点，供所述定位节点计算应用。基于ZigBee和GIS的煤矿井下机车定位系统，所述检测分站包括ZigBee无线模块，无线模块选用Chipcon公司的CC2430，可实现与所述定位节点完成数据的交换，并将数据经井下环网上传到所述PC监控主机，完成煤矿井下机车的定位。基于ZigBee和GIS的煤矿井下机车定位系统，所述PC监控主机包括定位模块。基于ZigBee和GIS的煤矿井下机车定位系统，所述PC监控主机包括地图制作模块。本实用新型主要针对机车位置这个重要参数，可对分布在井下各个区域的机车进行实时定位，给出机车区域位置，使运输管理人员准确掌握全矿井下机车的分布，能够有效改善井下机车管理混乱的情况，从而科学、合理、有效地调度使用。同时若出现机车超速或 障碍现象，能立刻发出声光报警信号提示机车司机注意安全，可大大减少因超速、违章造成的追尾、轧人等安全事故。
图I为本实用新型基于ZigBee和GIS的煤矿井下机车定位系统原理框图。图2为本实用新型的定位节点原理框图。图3为本实用新型的参考节点原理框图。图4为本实用新型的检测分站原理框图。图5为本实用新型基于ZigBee和GIS的煤矿井下机车定位系统软件流程图。图6为本实用新型的PC监控显示界面。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本实用新型进行详细说明。如图I所示，基于ZigBee和GIS的煤矿井下机车定位系统分为地面监控室和井下射频定位两部分。地面监控室主要为PC监控主机，井下射频定位主要包括定位节点、参考节点、检测分站。系统中每辆机车上安装一个定位节点，同时对应着唯一 ID号；井下矿道每隔30m放置一个参考节点，同时覆盖包括井下巷道的分叉点和拐角点，参考节点的位置坐标已知；检测分站组成ZigBee网络，接受无线数据的传输。当巷道内的移动机车经过或接近放置在井下巷道的参考节点时，利用各个参考节点返回的RSSI值和自身坐标，定位节点计算出自身所属机车的位置，并将数据无线传输给ZigBee网络中的检测分站，检测分站的主机根据自身的IP通过井下以太环网发送数据到地面监控室的PC监控主机。PC监控主机根据该机车原有的区域历史数据会正确判定目前的该机车所处的区域，并实时显示在不同区域内的机车编号及数量，并且对不同类型的车型进行分类，以利于井下机车的调度。所述的定位节点原理框图如图2所示，其主控芯片采用Chipcon公司的CC2431。CC2431整合了 ZigBee射频(RF)前端，内存和微控制器，具有功耗低、集成度高的特点，能够进行鲁棒的无线通信，同时支持2. 4GHZ IEEE802. 15. 4/ZigBee协议。CC2431利用内部的定位引擎，能够根据参考节点提供的固定坐标和RSSI平均值计算出自身的精确位置，将位置坐标与不断检测到的机车号、车速及实时时间显示并上传给检测分站，同时实现对超速判断与报警等功能，同时可以通过键盘设置超速上限。所述的定位节点中机车速度检测电路选用霍尔式速度传感器测量机车的速度，在机车车轮两侧对称安装两个永久磁体，霍尔传感器安装在靠近车轮的车架上。永久磁体会产生一个磁场，车轮转动时，霍尔传感器每接近磁场一次，就会产生一个脉冲，进而输入到CC2431，CC2431通过存储在自身存储器的轮径等参数进行数据换算，从而计算出机车的行驶速度。所述的定位节点中时钟电路选用时钟芯片PCF8563来实现，可随时读取实时时间信息，便于井下人员及时观察、了解井下矿车的最新动态，比如几号矿车的车速、所处位置及它的运行轨迹。所述的定位节点中液晶显示电路需要显示机车位置、速度、时间等信息，由于信息量不大，所以选用金鹏电子有限公司的LCM12864液晶模块。它具有体积小、功耗低、寿命长、超薄、防振等特点，不仅可以显示字符、数字，还可以显示各种图形、曲线及汉字，并且可以实现屏幕上下滚动、动画、闪烁、文本特征显示等功能。所述的定位节点的测量机车速度的目的是防止车速过快造成意想不到的安全事故。所述的定位节点的超速报警电路包括二极管发光报警和鸣音报警两种方式，在被测机车车速超过预设的报警值时进行报警，提醒机车司机及时减速，防止不良事故发生，从而保障了安全生产。所述的定位节点中按键电路主要实现时间、日期、机车号、车轮轮径等信息的输入，具有五个按键，分别为向上键、向下键、确定键、取消键和报警按键。数据输入和菜单选择使用前四个按键操作，报警按键单独设置，在紧急情况下可以快速反应。所述的参考节点原理框图如图3所示，其主控芯片选用Chipcon公司的CC2430，用来实现ZigBee应用的单片RF收发器。CC2430包括上电复位电路、看门狗定时器、掉电检测电路，主要完成为定位节点提供自身坐标和RSSI值。所述的检测分站原理框图如图4所示，其主控芯片选用Cortex_M3内核的STM32F107，功耗低、成本低，同时支持TCP/IP协议。所述的检测分站构建ZigBee网络，实现无线射频模块各部分的功能测试，接受和发射ZigBee无线信号，同时将接收到的数据通过井下以太环网上传到地面PC监控主机。所述的检测分站中ZigBee射频收发模块采用Chipcon公司的CC2430,接受来自定位节点的位置、车速等信息，通过串口与主控芯片STM32F107通信。所述的检测分站中SD卡接口采用STM32F107自身集成的SD卡接口控制器，可以将SD卡的引脚与STM32F107SD卡接口引脚直接相连，用于完成数据存储。所述的检测分站中以太网模块选用芯片DP83848C，连接到STM32F107的EthernetMAC接口上。DP83848C是一款鲁棒性好、功能全、功耗低的10/100 Mbps单路物理层(PHY)器件，它支持MII (介质无关接口)和RMII (精简的介质无关接口)，同时支持10BASE-T和100BASE-TX以太网外设，对其他标准以太网解决方案有良好的兼容性和通用性。STM32F107通过DP83848C芯片，实现了通过以太网传输数据到PC监控主机的功能。本实用新型的软件部分采用模块化设计，主要包括机车定位子系统，数据传输子系统、PC监控显示子系统。所述的机车定位子系统根据已知数据库，采用RSSI和三边测距法完成定位程序；所述的数据传输子系统主要包括井下数据传输、地面数据传输两部分；所述的PC监控显示子系统主要包括定位软件和地图制作软件两部分。本实用新型的系统软件流程图如图5所示。所述的PC监控显示子系统中定位软件主要实现位置信息的获取、显示、存储和其他系统功能，地图制作软件主要用于设计井下运输系统图，方便用户自己设计地图，便于扩展图库。图6所示为PC监控显示界面，它是基于Visual C# 2008开发环境、Access数据库和MapX地图组件开发，具有开发方便，显示直观，运行可靠的优点。应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换， 而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。
权利要求1.一种基于ZigBee和GIS的煤矿井下机车定位系统，包括井下射频定位和地面监控室两部分，两者通过以太网进行数据传输；所述井下射频定位包括定位节点、参考节点和检测分站，所述地面监控室主要为PC监控主机；所述定位节点利用RSSI值计算机车位置坐标，同时实现测量机车车速、超速报警，并将机车坐标、机车ID以及机车车速等信息传输给所述检测分站；所述参考节点负责收集自身与所述定位节点之间的RSSI信息，将自身坐标和RSSI值提供给所述定位节点；所述检测分站接受来自所述定位节点的信息，并通过井下以太环网将数据传输到所述PC监控主机；所述PC监控主机利用GIS定位系统对来自所述检测分站的数据进行分析，实时模拟井下机车运行状况。
2.根据权利要求I所述的基于ZigBee和GIS的煤矿井下机车定位系统，其特征在于，所述定位节点包括ZigBee无线模块,无线模块选用Chipcon公司的CC2431。
3.根据权利要求I所述的基于ZigBee和GIS的煤矿井下机车定位系统，其特征在于，所述定位节点包括机车速度检测电路，速度传感器选用霍尔式速度传感器。
4.根据权利要求I所述的基于ZigBee和GIS的煤矿井下机车定位系统，其特征在于，所述定位节点包括时钟电路，时钟电路选用时钟芯片PCF8563。
5.根据权利要求I所述的基于ZigBee和GIS的煤矿井下机车定位系统，其特征在于，所述定位节点包括液晶显示电路、声光报警电路、按键电路。
6.根据权利要求I所述的基于ZigBee和GIS的煤矿井下机车定位系统，其特征在于，所述参考节点包括ZibBee无线模块，无线模块选用Chipcon公司的CC2430。
7.根据权利要求I所述的基于ZigBee和GIS的煤矿井下机车定位系统，其特征在于，所述检测分站包括ZigBee无线模块,无线模块选用Chipcon公司的CC2430。
专利摘要本实用新型公开了一种基于ZigBee和GIS的煤矿井下机车定位系统，包括井下射频定位和地面监控室两部分，两者通过以太网进行数据传输。所述井下射频定位包括定位节点、参考节点和检测分站，所述地面监控室主要为PC监控主机。所述定位节点利用RSSI值计算机车位置坐标，同时实现测量机车车速、超速报警，并将机车坐标、机车ID以及机车车速等信息传输给所述检测分站；所述参考节点负责将自身坐标和RSSI值提供给所述定位节点；所述检测分站将来自定位节点的信息通过井下以太环网传输到所述PC监控主机；所述PC监控主机利用GIS定位系统对来自所述检测分站的数据进行分析，实时模拟井下机车运行状况。
文档编号H04W64/00GK202551346SQ20122007622
公开日2012年11月21日 申请日期2012年3月4日 优先权日2012年3月4日
发明者王亚南 申请人:王亚南