井下人员定位系统的设计与实现

论文摘要

随着我国经济总量不断增长,国家对煤炭的需求十分强劲,由于煤矿生产的环境十分恶劣,安全事故时有发生。国家对煤矿安全非常重视,并采取了一系列措施不断加强安全生产工作。许多煤矿均已装备了煤矿安全监控系统,这在一定程度上有效遏制了重大事故的发生。但是,大多数矿井存在缺乏对井下人员的实时监控、员工考勤的有效管理以及井上人员难以及时对井下人员进行精确定位等问题,尤其是对一些关键岗位的监管失控会带来严重的安全隐患。加上井下地形复杂,一旦发生事故,给人员撤离和事故抢险带来了极大的困难。若能及早确定井下人员所处的位置,会给营救工作带来很大的方便。井下人员定位系统正是基于这个原因设计而成,它实现了井下人员的跟踪定位,紧急情况的报警处理,能够实时查询井下人员的分布情况,并能给出相应时间段的下井人员历史轨迹,以便对井下员工信息做出综合分析。结合目前国内外井下人员定位系统的发展现状,本文利用2.4G高频射频芯片NRF24E1和增强51内核的W77E58单片机以及由PC机组成的上位机设计了一种煤矿通用的井下人员定位系统。该系统由下位机和上位机两大部分组成。(1)下位机部分由电子标签、射频卡读卡器和数据采集分站等组成。电子标签采用无线射频nRF24E1芯片,负责对员工编号的发送。电子标签设计过程中,考虑了数据的碰撞问题以及如何用载波侦听算法实现数据的防碰撞；射频卡读卡器由无线射频接收模块,CPU处理模块,外扩SRAM模块,显示模块和数据传输模块组成,负责实时监测电子标签的存在,并将检测到的电子标签的编号和时间数据存储到外扩SRAM中,然后将数据通过RS485总线上传给数据采集分站,同时显示电子标签编号；在读卡器的设计过程中,考虑了如何判别电子标签的移动方向问题；数据采集分站由CPU处理模块,外扩SRAM模块,数据传输模块和实时时钟模块组成,完成信息的采集、储存、处理和双向通讯的功能。数据采集分站的设计主要考虑了它与各个读卡器的传输距离和通信方式问题。软件设计借鉴面向对象的思想,采用模块化设计方法,将整个软件按照功能划分为初始化、射频信号的发射与接收、数据采集和处理、实时时钟和RS485通信等几个相对独立的模块,论文针对部分模块,给出其详细软件设计思想及设计流程。(2)上位机系统以Delphi为开发平台,以SQL 2000为后台数据库,以MapX和SpComm为主要控件,集成了GIS开发技术。通过与下位机实时通信,实现了井下人员的跟踪定位,历史轨迹回放,实时显示井下人员总数、查询井下人员的分布情况以及报表打印,报警和自检等功能。本文的研究成果目前已被泰安无线电二厂采用,向煤矿推广,实践证明本文所采用的方案和技术是可行的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 国内外研究现状和发展趋势
• 1.3 论文研究的主要内容
• 2 系统总体设计方案
• 2.1 硬件设计方案
• 2.2 软件设计方案
• 3 电子标签的设计
• 3.1 电子标签的硬件设计
• 3.2 电子标签的软件设计
• 4 射频卡读卡器和数据采集分站的设计
• 4.1 射频卡读卡器工作原理
• 4.2 主CPU模块
• 4.3 电源模块
• 4.4 无线射频接收模块
• 4.5 外扩SRAM模块
• 4.6 显示模块
• 4.7 数据传输模块
• 4.8 复位电路
• 4.9 数据采集分站的设计
• 5 上位机系统软件设计
• 5.1 控件简介
• 5.2 系统结构
• 5.3 系统功能
• 5.4 本章小结
• 6 总结与望展
• 致谢
• 攻读硕士学位期间主要成果
• 参考文献
• 附录