一种应用于矿下的可见光定位系统技术方案

本发明专利技术公开了一种应用于矿下的可见光定位系统，该系统包括：地面上控制端(1)、固定设备端(2)、移动设备端(3)，其中地面上控制端包含定位控制器，固定设备端包含固定设备接收装置、固定设备发射装置、固定设备信号处理装置，移动设备端包含移动设备接收装置、移动设备发射装置、移动设备信号处理装置；工作时，地面上控制端进行发送定位请求，固定设备端与移动设备端接收并处理数据，最后返回给地面上控制端分析后得出人员位置信息，实现定位功能。因本系统采用可见光通信技术，所以能够有效避免使用过程中电磁辐射的产生，绿色安全，在进行设备安装时无需重新布线，方便快捷，在进行作业时，无需其他外界网络信号，通信更稳定。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于矿下的可见光定位系统
本专利技术设计了一种应用于矿下的可见光定位系统，尤其涉及了可见光通信技术，属于通信

技术介绍
煤炭是主要能源之一，随着人们对煤矿需求的日益增长，煤矿开采成为一个重要的行业。中国是煤炭大国，煤矿资源丰富，最近几年煤矿安全事故经常发生，由此造成的死亡人数也越来越多，损失也越来越大。国家十分重视采矿业中的安全问题，随着科技的不断进步，目前许多大中型煤矿企业都采用安全定位监控系统。因为煤矿井下的环境特殊，四周为岩壁和煤层的有限异质可变空间，空气中分布着大量的可燃气体、粉层和水汽。由于一般的通信方式并不适应于在这样的环境下工作，借此可以将可见光通信的发展为契机，将可见光通信技术应用于煤矿井下，为矿下定位提供新的解决方案，弥补现有的一些定位方式的不足之处。
技术实现思路
本专利技术为了解决矿下工作人员定位的问题，设计出一种应用于矿下的可见光定位系统，不仅无需重新布线，而且在实现矿下工作人员的定位的同时，减少了功耗。为了达到上述目的，本专利技术提供一种应用于矿下的可见光定位系统，该系统包含了三个部分。一是地面上控制端，由定位控制器组成；二是固定设备端，由固定设备发射装置、固定设备接收装置、固定设备信号处理装置三个装置组成；最后是移动设备端，由移动设备接收装置、移动设备发射装置、移动设备信号处理装置三个装置组成。其中，定位控制器在地面上对矿下人员进行监控，固定设备发射装置、固定设备接收装置、固定设备信号处理装置安装在矿井内的矿灯上，移动设备接收装置、移动设备发射装置、移动设备信号处理装置安装在矿下工作人员的矿帽上。所述的定位控制器包含上位机、串口模块和电力载波模块；其中，上位机发送的请求定位信号经由USB转232串口模块发送到宏讯电子公司的HL-PLC嵌入式电力载波模块，并通过电力线传送信号，再由所述固定设备发射装置中的宏讯电子公司的HL-PLC嵌入式电力载波模块进行接收，在此过程中传输的是电信号；所述的固定设备发射装置包含电力载波模块，驱动电路及发光二级管，此时的发光二极管为矿下LED照明灯；其中宏讯电子公司的HL-PLC嵌入式电力载波模块接收到电信号后通过驱动电路调制到所述发光二极管，驱动电路主要是由性能优越的驱动芯片BUF634组成，其中3个NPN型三极管2N3904并联组成恒流源电路，共300mA恒定电路驱动LED发光调制信号的输出电流可达250mA，从而提高了发射距离，接着发光二极管以可见光形式发送携带有所述固定设备设备发送装置编号的可见光信号；所述移动设备接收装置包含光电二极管及滤波放大电路；其中，光电二极管同普通二极管一样，是由PN结组成的，其原理是将接收到的光信号转化成电信号，经由滤波放大电路传送给所述移动设备信号处理装置，因为经光电二极管接收到的光信号转化成的电流信号非常微弱，所以需要通过前置放大以便后续处理，综合考虑，采用OPA847芯片设计跨阻放大电路，通过增加电路中的反馈电容来减小跨阻放大器输出的过冲对测量结果造成的影响，但是反馈电容值应恰当选择，否则会降低电路总体带宽，低通滤波电路采用低噪声运放OP07Z设计，用于滤除干扰信号；所述移动设备信号处理装置对收到的信号进行判断，该部分采用STC89C52RC单片机，滤波后的信号经过单片机内部处理，与存储在微处理器内部的ID信息匹配，为了可以准确收到发送的数据信息，避免出现信息传输错误与遗漏，因此设计了特定帧结构，共包含10bit的数据信息。其中4bit的“1001”为数据头，起到标识作用，当移动设备信号处理装置正确收到数据头后才会开始接收正文部分的数据信息。第五位至第八位4bit的待传输数据信息包含相对应的LED的位置信息。1bit的校验位采用奇校验，目的是用来判断数据是否正确接收，若接收数据错误，该帧数据丢弃并重新接收。1bit的停止位是将两帧数据分隔开，避免干扰，起到间隔的作用，为低电平，确认接收信号正确后，加载上移动设备信号处理装置自身编号信息传送给所述移动设备发射装置；所述移动设备发射信号装置包含驱动电路及发光二极管，此时的发光二极管为矿帽LED照明灯；由驱动芯片BUF634组成的驱动电路接收信号后传送给发光二极管，发光二极管以可见光形式发送携带有固定设备设备发送装置编号与移动设备信号处理装置编号的可见光信号。所述固定设备接收装置包含光电二极管及滤波放大电路，由PN结组成的光电二极管将可见光信号转换为电信号，经过由OPA847芯片及OP07Z芯片设计的滤波放大电路传送给所述固定设备信号处理装置；所述固定设备信号处理装置包含单片机和电力载波模块，所述STC89C52RC单片机通过不同于所述移动设备信号处理装置的帧结构对收到的信号进行判断，确认接收信号的正确，将信号经由宏讯电子公司的HL-PLC嵌入式电力载波模块传送给所述定位控制器；所述定位控制器通过对以存储的信息和接收到的信号进行配对后，得出矿下工作人员的位置信息，并通过上位机显示出来。本专利技术所述装置具有积极的效果：(1)本专利技术采用可见光通信技术能够有效避免使用过程中电磁辐射的产生，绿色安全；(2)在进行安装时无需重新布线，方便快捷；(3)在进行作业时，无需其他网络节点，信号稳定。附图说明图1是本专利技术中应用于矿下的可见光定位系统结构示意图。图2是本专利技术的通信过程框图。上述附图中图1的标记如下：1、地面上控制端；2、固定设备端；3、移动设备端。具体实施方式下面结合附图阐述本专利技术的具体实施方式。如图1所示的本专利技术中应用于矿下的可见光定位系统结构示意图，适用于矿下场景的定位，由图示的3个部分组成。一是地面上控制端，由定位控制器组成；二是固定设备端，由固定设备发射装置、固定设备接收装置、固定设备信号处理装置三个装置组成；最后是移动设备端，由移动设备接收装置、移动设备发射装置、移动设备信号处理装置三个装置组成。定位控制器包含上位机、串口模块和电力载波模块；在进行作业时，上位机发送定位请求，经串口模块发送到电力载波模块并通过电力线传输，然后由固定设备发射装置中的电力载波模块接收，接着将自身编号通过驱动电路调制到发光二级管上，以可见光的形式发送到无线信道中，此时的发光二极管为矿下照明LED灯；发送的信号被安装于矿帽上的移动设备接收装置接收。移动设备接收装置中的光电二极管将接收到的可见光信号转换为电信号，经由滤波放大电路传送给移动设备信号处理装置；接着，移动设备信号处理装置对收到的信号进行判断，通过设定好的特定帧结构来进行正误判断，减少传送过程中其他光源带来的干扰，提高接收信号的正确率，然后加载上自身编号信息传送给所述移动设备发射装置；移动设备发射信号装置包含驱动电路及发光二极管，驱动电路将接收的信号调制到发光二极管，发光二极管以可见光形式发送携带有固定设备发射装置编号与移动设备信号处理装置编号的可见光信号，此时的发光二极管为矿帽LED照明灯。固定设备接收装置包含光电二极管及滤波放大电路，光电二极管将可见光信号转换为电信号，经由滤波放大电路传送给固定设备信号处理装置；固定设备信号处理装置包含单片机和电力载波模块，单片机通过不同于所述移动设备信号处理装置的帧结构对收到的信号进行判断，确认接收信号的正确性后将信号由电力载波模块传回给定位控制器；定位控制器将以存储的信息和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用于矿下的可见光定位系统，实现了通过LED可见光通信进行矿下定位的功能，其特征在于包含地面上控制端(1)、固定设备端(2)、移动设备端(3)，其中地面上控制端包含定位控制器，固定设备端包含固定设备接收装置、固定设备发射装置、固定设备信号处理装置，移动设备端包含移动设备接收装置、移动设备发射装置、移动设备信号处理装置，所述定位控制器为地面上设备，所述固定设备端安装在矿下LED照明灯上，所述移动设备端安装在矿帽上。

【技术特征摘要】
1.一种应用于矿下的可见光定位系统，实现了通过LED可见光通信进行矿下定位的功能，其特征在于包含地面上控制端(1)、固定设备端(2)、移动设备端(3)，其中地面上控制端包含定位控制器，固定设备端包含固定设备接收装置、固定设备发射装置、固定设备信号处理装置，移动设备端包含移动设备接收装置、移动设备发射装置、移动设备信号处理装置，所述定位控制器为地面上设备，所述固定设备端安装在矿下LED照明灯上，所述移动设备端安装在矿帽上。2.如权利要求1所述的一种应用于矿下的可见光定位系统，其特征在于所述定位控制器包含了上位机、串口模块及电力载波模块，所述串口模块为USB转232串口模块，电力载波模块采用HL-PLC嵌入式电力载波模块。3.如权利要求1所述的一种应用于矿下的可见光定位系统，其特征在于所述固定设备发射装置包含了电力载波模块、发光二极管及驱动电路，所述电力载波模块为HL-PLC嵌入式电力载波模块，发光二极管为矿下LED照明灯，驱动电路由驱动芯片BUF634组成。4.如权利要求1所述一种应用于矿下的可见光定位系统，其特征在于所述移动设备接收装置包含了光电二极管和滤波放大电路，...

【专利技术属性】
技术研发人员：戈立军，肖冰瑞，李明阳，郭瑞民，王萧萧，赵瑞君，姜航旗，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12