一种基于可见光通信的煤矿人员定位系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于可见光通信的煤矿人员定位系统，该系统包括多个移动接收模块和多个分布式布置的中央控制模块，且多个中央控制模块同时连接于矿井巷道的照明供电电缆和矿用通信电缆上，其中：每个中央控制模块安装有多个第一探测器和两盏LED矿灯，这两盏LED矿灯采用背对背形式安装，且两盏LED矿灯的边缘光呈垂直方向；每个移动接收模块安装有一个第二探测器和一个LED头灯，由煤矿人员携带。本发明专利技术将矿灯同时连接在矿用通信电缆和照明供电电缆上，通过对LED灯光加载信号的方式，利用时间测量方案推算出人员相对于某个矿灯的距离信息，实现人员位置定位，精度达到1-2米，并具有节能环保、实时通信、最大化无盲区等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于可见光通信的煤矿人员定位系统
本专利技术涉及可见光通信
，特别是涉及一种基于可见光通信的煤矿人员定位系统。
技术介绍
根据国家安全生产监督管理总局规定，矿井通信系统是煤矿工作环境必备安装系统之一，其关乎到煤矿安全生产、紧急避险和应急救援等问题。因此研制一种安全节能、稳定可靠的通信系统十分必要，能够实现跟踪矿井人员地理位置信息功能的通信系统则具有重要意义。现常用于矿井环境下的无线通信技术主要有射频识别技术(RFID)、超宽带技术(UWB)、无线局域网技术(WLAN)及可见光通信技术。其中RFID和UWB都是通过射频技术对信号进行调制实现信息传输，是矿井下较常用的技术。RFID最高精度达到2-3m，其缺点是稳定性差，信号有遗漏，传输距离短；UWB的最高精度达到半米，其缺点是复杂程度高、成本高；WLAN的最高精度达到1-2m，其复杂程度较高。以上三种技术的最大缺点是要在矿井下重新布局通信线路，可操作性低，整体成本偏高、盲区范围大。可见光通信利用矿井下现有的矿灯做为传输媒介，具有覆盖范围广，安全节能的优势。LED可见光具有寿命长、成本低、低功耗、穿透力强等特点，适用于特殊的矿井环境中，可以同时实现照明及人员定位的功能。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于可见光通信的煤矿人员定位系统。(二)技术方案为达到上述目的，本专利技术提供了一种基于可见光通信的煤矿人员定位系统，该系统包括多个移动接收模块和多个分布式布置的中央控制模块，且多个中央控制模块同时连接于矿井巷道的照明供电电缆和矿用通信电缆上，其中：每个中央控制模块安装有多个第一探测器和两盏LED矿灯，这两盏LED矿灯采用背对背形式安装，且两盏LED矿灯的边缘光呈垂直方向，同时实现最大范围的照明和通信功能；每个移动接收模块安装有一个第二探测器和一个LED头灯，由煤矿人员携带；所述中央控制模块包括第一中央处理器、第一驱动电路、第一时间测量电路、第一放大电路、通信接口和电源，其中：安装于中央控制模块的两盏LED矿灯通过第一驱动电路连接于第一中央处理器，安装于中央控制模块的多个第一探测器依次通过第一放大电路和第一时间测量电路连接于第一中央处理器，通信接口连接于矿用通信电缆，电源连接于照明供电电缆；所述移动接收模块包括第二中央处理器、转发电路、第二驱动电路、第二时间测量电路、第二放大电路和电源，其中：安装于移动接收模块的LED头灯依次通过第二驱动电路和转发电路连接于第二中央处理器，安装于移动接收模块的第二探测器依次通过第二放大电路和第二时间测量电路连接于第二中央处理器。上述方案中，所述第一时间测量电路或第二时间测量电路均采用CTMU芯片，第一时间测量电路由第一中央处理器控制，且由第一探测器接收到信号时作为起始计时点或结束计时点；第二时间测量电路由第二中央处理器控制，且由第二探测器接收到信号时作为起始计时点或结束计时点。上述方案中，所述第一中央处理器按一定频率产生脉冲信号，该脉冲信号通过第一驱动电路传递给LED矿灯，LED矿灯发出携带有该脉冲信号的光波信号；所述第二探测器接收到LED矿灯发出的该光波信号，并将其传输给第二放大电路，第二放大电路对该光波信号进行放大处理后输出给第二时间测量电路和转发电路，触发第二时间测量电路开始计时，并触发转发电路通过第二驱动电路将光波信号中携带的脉冲信号转发给LED头灯，LED头灯将该脉冲信号携带于头灯信号中同时传递给第二探测器和第一探测器；第二探测器将接收的携带有脉冲信号的头灯信号通过第二放大电路传递给第二时间测量电路，第二时间测量电路结束计时；第一探测器接收到携带有脉冲信号的头灯信号，由第一放大电路进行放大处理后传递给第一时间测量电路，第一时间测量电路结束计时。上述方案中，所述第二时间测量电路根据起始计时点及结束计时点得到时间差，第二时间测量电路根据该时间差直接计算出矿灯与头灯之间的距离，或者第二时间测量电路将该时间差传输给第二中央处理器，由第二中央处理器计算出矿灯与头灯之间的距离，实现矿井人员的定位。上述方案中，所述第一时间测量电路根据起始计时点及结束计时点得到时间差，第一时间测量电路根据该时间差直接计算出矿灯与头灯之间的距离，或者第一时间测量电路将该时间差传输给第一中央处理器，由第一中央处理器计算出矿灯与头灯之间的距离，实现矿井人员的定位。(三)有益效果与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1、本专利技术提供的基于可见光通信的煤矿人员定位系统，将矿灯同时连接在矿用通信电缆和照明供电电缆上，通过对LED灯光加载信号的方式，利用时间测量方案推算出人员相对于某个矿灯的距离信息，实现人员位置定位，精度达到1-2米。2、本专利技术提供的基于可见光通信的煤矿人员定位系统，利用可见光无线通信技术实现煤矿环境照明及人员定位的功能，具有节能环保、定位精度高、实时通信、最大化无盲区的优点。3、本专利技术提供的基于可见光通信的煤矿人员定位系统，利用可见光通信传输速度快，与RFID、UWB及WLAN通信技术相比，具有覆盖范围广，安全节能的优势。4、本专利技术提供的基于可见光通信的煤矿人员定位系统，采用时间测量单元测量人员与矿灯之间的距离，精度高，系统可靠稳定，便于地上解决煤矿安全生产、紧急避险和应急救援等问题。附图说明图1为本专利技术提供的基于可见光通信的煤矿人员定位系统的示意图；图2为本专利技术提供的基于可见光通信的煤矿人员定位系统中时间测量原理的示意图；图3为本专利技术提供的基于可见光通信的煤矿人员定位系统中时间测量计时的说明图；图4为本专利技术提供的基于可见光通信的煤矿人员定位系统中中央控制模块的结构示意图；图5为本专利技术提供的基于可见光通信的煤矿人员定位系统中移动接收模块的结构示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。如图1所示，图1为本专利技术提供的基于可见光通信的煤矿人员定位系统的示意图，该系统包括多个移动接收模块(RTU)和多个分布式布置的中央控制模块(CCU)，且多个中央控制模块同时连接于矿井巷道的照明供电电缆和矿用通信电缆上，其中：每个中央控制模块安装有多个第一探测器和两盏LED矿灯，这两盏LED矿灯采用背对背形式安装，且两盏LED矿灯的边缘光呈垂直方向，同时实现最大范围的照明和通信功能；每个移动接收模块安装有一个第二探测器和一个LED头灯，由煤矿人员携带。头灯与矿灯之间形成通信网络，可由地面控制中心的云端处理系统获知信息。如图4、图5所示，图4为本专利技术提供的基于可见光通信的煤矿人员定位系统中中央控制模块的结构示意图，图5为本专利技术提供的基于可见光通信的煤矿人员定位系统中移动接收模块的结构示意图。本实施例中，中央控制模块与LED矿灯相连，安装在巷道照明供电电缆和矿用通信电缆上，移动接收模块与LED头灯相连，由煤矿人员携带。如图4所示，中央控制模块包括第一中央处理器、第一驱动电路、第一时间测量电路、第一放大电路、通信接口和电源，其中：安装于中央控制模块的两盏LED矿灯通过第一驱动电路连接于第一中央处理器，安装于中央控制模块的多个第一探测器依次通过第一放大电路和第一时间测量电路连接于第一中央处理器，通信接口连接于矿用通信电缆，电源连接于照明供本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于可见光通信的煤矿人员定位系统，其特征在于，该系统包括多个移动接收模块和多个分布式布置的中央控制模块，且多个中央控制模块同时连接于矿井巷道的照明供电电缆和矿用通信电缆上，其中：每个中央控制模块安装有多个第一探测器和两盏LED矿灯，这两盏LED矿灯采用背对背形式安装，且两盏LED矿灯的边缘光呈垂直方向；每个移动接收模块安装有一个第二探测器和一个LED头灯，由煤矿人员携带。

【技术特征摘要】
1.一种基于可见光通信的煤矿人员定位系统，其特征在于，该系统包括多个移动接收模块和多个分布式布置的中央控制模块，且多个中央控制模块同时连接于矿井巷道的照明供电电缆和矿用通信电缆上，其中：每个中央控制模块安装有多个第一探测器和两盏LED矿灯，这两盏LED矿灯采用背对背形式安装，且两盏LED矿灯的边缘光呈垂直方向；每个移动接收模块安装有一个第二探测器和一个LED头灯，由煤矿人员携带；所述中央控制模块包括第一中央处理器、第一驱动电路、第一时间测量电路、第一放大电路、通信接口和电源，其中：安装于中央控制模块的两盏LED矿灯通过第一驱动电路连接于第一中央处理器，安装于中央控制模块的多个第一探测器依次通过第一放大电路和第一时间测量电路连接于第一中央处理器，通信接口连接于矿用通信电缆，电源连接于照明供电电缆；所述移动接收模块包括第二中央处理器、转发电路、第二驱动电路、第二时间测量电路、第二放大电路和电源，其中：安装于移动接收模块的LED头灯依次通过第二驱动电路和转发电路连接于第二中央处理器，安装于移动接收模块的第二探测器依次通过第二放大电路和第二时间测量电路连接于第二中央处理器。2.根据权利要求1所述的基于可见光通信的煤矿人员定位系统，其特征在于，所述第一时间测量电路或第二时间测量电路均采用CTMU芯片，第一时间测量电路由第一中央处理器控制，且由第一探测器接收到信号时作为起始计时点或结束计时点；第二时间测量电路由第二中央处理器控制，且由第二探测器接收到信号时作为起始计时点或结束计时点。3.根据权利要求2所述的基于可见...

【专利技术属性】
技术研发人员：施安存，刘大畅，孙悦，孙达，张雪丽，段靖远，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11