一种移动设备人员接近监测报警系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种移动设备人员接近监测报警系统，包括设置在矿车上的至少4个基站，和随人员携带的标识卡；其中，每4个基站不在同一平面内，建立空间三维坐标系，确定每个基站的坐标和报警区域的坐标；所述的报警区域为预设的与矿车在一定距离以内的危险区域；每个基站包括基站通讯模块和基站控制模块；每个标识卡包括标识卡通讯模块、标识卡控制模块和报警模块；标识卡控制模块用于根据接收到的各个基站发送的信号、采用双向测距法计算出本标识卡的坐标并发送给各个基站，当本标识卡的坐标位于报警区域内时发送报警指令给报警模块和各个基站。本发明专利技术能够精确测距定位人员携带的移动设备，防止采矿设备伤害矿工。

A close monitoring and alarm system and method for mobile equipment personnel

The invention provides a monitoring alarm system to a mobile device, including at least 4 base stations set up in the mine, and the personnel carry identification card; among them, each of the 4 base station is not in the same plane, the establishment of three-dimensional coordinates, to determine the coordinates of each base station coordinates and alarm alarm area; the area is preset and car at a certain distance within the hazardous area; including base station and base station communication module control module of each base station; each identity card includes identification card identification card communication module, control module and alarm module; the identification card control module is used to calculate the coordinates of the identification card and sent to each base station according to the two-way ranging method, each base station sends a signal received, when the identification card is located in coordinate alarm region to send alarm instructions to the alarm module and each base station . The invention can accurately distance and locate the mobile equipment carried by the personnel to prevent mining equipment from injure the miners.

【技术实现步骤摘要】
一种移动设备人员接近监测报警系统及方法
本专利技术属于井下移动设备定位领域，具体涉及一种移动设备人员接近监测报警系统及方法。
技术介绍
近年来随着采煤自动化水平的提高，大型移动掘进、采煤的移动设备的应用越来越广泛，然而国内外井下人员伤亡事故时有发生。为了解决井下移动设备伤人或撞车的问题，需要科学的监测手段来降低事故。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：提供一种移动设备人员接近监测报警系统及方法，从而解决井下移动设备伤人或撞车的问题。本专利技术为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种移动设备人员接近监测报警系统，其特征在于：它包括设置在矿车上的至少4个基站，和随人员携带的标识卡；其中，每4个基站不在同一平面内，建立空间三维坐标系，确定每个基站的坐标和报警区域的坐标；所述的报警区域为预设的与矿车在一定距离以内的危险区域；每个基站的结构相同，均包括基站通讯模块和基站控制模块；基站通讯模块用于与标识卡通讯，基站控制模块用于将接收到的标识卡的信息发送给车载显示器，并在有报警信号时发出报警指令和停机指令；每个标识卡的结构相同，均包括标识卡通讯模块、标识卡控制模块和报警模块；标识卡通讯模块用于与基站通讯，标识卡控制模块用于根据接收到的各个基站发送的信号、采用双向测距法计算出本标识卡的坐标并发送给各个基站，当本标识卡的坐标位于报警区域内时发送报警指令给报警模块和各个基站；所述的基站通讯模块和标识卡通讯模块通过UWB无线传感器网络连接。按上述方案，所述的每个标识卡还包括与控制器连接的惯性导航传感器。按上述方案，所述的基站个数为5个，其中1个基站设置在矿车顶部，矿车的两侧分别设置2个基站，且5个基站中任意4个基站均不在同一平面内。按上述方案，所述的基站通讯模块和标识卡通讯模块结构相同，均包括依次连接的decaWave公司生产的DW1000无线收发芯片、平衡器与天线。利用所述的移动设备人员接近监测报警系统实现的监测报警方法，其特征在于：它包括以下步骤：S1、初始化；S2、计算坐标：每个基站和标识卡循环发送信息，每个标识卡根据接收到的各个基站发送的信号、采用双向测距法计算出本标识卡的坐标；将标识卡的坐标发送给基站，并显示在车辆的显示屏中；S3、区域判断：比较标识卡的坐标与报警区域的坐标，判断标识卡是否位于车辆周围L1至L2范围内，若是则标识卡和基站均发出报警信号；若标识卡位于车辆周围L1范围内，则控制车辆停止，同时标识卡和基站均发出报警信号；所述的L1和L2为预设的距离，且L1小于L2。按上述方法，所述的S2具体为：首先标识卡循环给搜索到的每个基站的源地址与目标地址写入txPacket包，并设置txPacket包的类型为POLL，向基站发送txPacket包，记录时间poll_tx并进入接收模式；基站接收到标识卡发过来的POLL信号，将通信量存入rxPacket，记录时间poll_rx；接着基站进入发送模式，设置txPacket包的类型为ANSWER，发送txPacket包，记录时间answer_tx，并进入接收模式；标识卡接收到ANSWER信号包存入rxPacket,记录时间answer_rx并设置txPacket包的类型为FINAL，发送txPacket包，记录时间final_tx，随后进入接收模式；基站接收FINAL信号包存入rxPacket,记录时间final_rx，并进入发送模式给标识卡发送REPORT包，REPORT包包含时间信息poll_rx、answer_tx、final_rx；标识卡接收到REPORT包信息后，计算标识卡第一次发出与收到数据包的时间差tround1＝answer_rx-poll_tx、基站第一次收到然后发出数据包的时间差treply1＝answer_tx-poll_rx、基站第一次发出数据包然后收到标识卡返回的数据包之间的时间差tround2＝final_rx-answer_tx、标识卡第一次收到数据包然后再发出数据包的时间差treply2＝final_tx-answer_rx，然后得到从基站到标识卡信号一次所经历的时间，乘以光速，即为标识卡与基站之间的距离；至此，标识卡与基站之间一次测距过程完成；在一次测距过程中，通过测距锁实现一个标识卡只能同时与一个基站进行通信，在测距完成后释放测距锁；已知基站坐标，根据得到的标识卡与所有基站之间的距离，计算出标识卡的坐标。本专利技术的有益效果为：本专利技术能够精确测距定位人员携带的移动设备，当预先设定的区域内有人员携带的移动设备侵入时，系统自动发出预警信号，并使采煤机械停止运动，从而防止采矿设备伤害矿工，解决井下移动设备伤人或撞车的问题。附图说明图1为本专利技术一实施例的整体结构图。图2为标识卡的硬件结构图。图3为标识卡通讯模块的电路原理图。图4为DW1000的工作流程图。图5为DW1000的双向测距示意图。图6为DW1000双向测距流程图。图7为定位算法流程图。图8为定位中终端位置坐标算法图。图9为本专利技术一实施例的方法流程图。具体实施方式下面结合具体实例和附图对本专利技术做进一步说明。本专利技术提供一种移动设备人员接近监测报警系统，如图1所示，它包括设置在矿车上的至少4个基站，和随人员携带的标识卡；其中，每4个基站不在同一平面内，建立空间三维坐标系，确定每个基站的坐标和报警区域的坐标；所述的报警区域为预设的与矿车在一定距离以内的危险区域。本实施例中，所述的基站个数为5个，其中1个基站设置在矿车顶部，矿车的两侧分别设置2个基站，且5个基站中任意4个基站均不在同一平面内。每个基站的结构相同，均包括基站通讯模块和基站控制模块；基站通讯模块用于与标识卡通讯，基站控制模块用于将接收到的标识卡的信息发送给车载显示器，并在有报警信号时发出报警指令和停机指令。每个标识卡的结构相同，如图2所示，均包括标识卡通讯模块、标识卡控制模块和报警模块；标识卡通讯模块用于与基站通讯，标识卡控制模块用于根据接收到的各个基站发送的信号、采用双向测距法计算出本标识卡的坐标并发送给各个基站，当本标识卡的坐标位于报警区域内时发送报警指令给报警模块和各个基站。可选的，每个标识卡还包括与控制器连接的惯性导航传感器，提高系统的定位精度，完成系统的校准。电源模块为必备模块，采用锂电池供电，通过电源模块给每个其他模块供电。所述的基站通讯模块和标识卡通讯模块通过UWB无线传感器网络连接。标识卡控制模块采用STM32F405来控制各个模块之间的通讯，处理获得的数据进行计算来实现测距以及定位，通过所得定位结果判断是否需要报警，并将信息传递给存储模块进行存储。标识卡控制模块使用AT24C02的EEPROM来进行数据的存储，方便用户之后的数据读取。所述的基站通讯模块和标识卡通讯模块结构相同，如图3所示，均包括依次连接的decaWave公司生产的DW1000无线收发芯片、平衡器与天线。DW1000与天线的连接中要考虑阻抗匹配问题，已知DW1000的信号输出线是带100Ω差分电阻的两条线PF_N与PF_P，而本系统所使用的天线是50Ω的射频通信天线。为了匹配这两类传输线使高频信号得到高效的传输，本系统使用平衡器(BALUN)来使这两类信号线的电阻匹配。利用所述的移动设备人员接近监测报警系统实现的监测报警方法，如图9所示，包本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种移动设备人员接近监测报警系统，其特征在于：它包括设置在矿车上的至少4个基站，和随人员携带的标识卡；其中，每4个基站不在同一平面内，建立空间三维坐标系，确定每个基站的坐标和报警区域的坐标；所述的报警区域为预设的与矿车在一定距离以内的危险区域；每个基站的结构相同，均包括基站通讯模块和基站控制模块；基站通讯模块用于与标识卡通讯，基站控制模块用于将接收到的标识卡的信息发送给车载显示器，并在有报警信号时发出报警指令和停机指令；每个标识卡的结构相同，均包括标识卡通讯模块、标识卡控制模块和报警模块；标识卡通讯模块用于与基站通讯，标识卡控制模块用于根据接收到的各个基站发送的信号、采用双向测距法计算出本标识卡的坐标并发送给各个基站，当本标识卡的坐标位于报警区域内时发送报警指令给报警模块和各个基站；所述的基站通讯模块和标识卡通讯模块通过UWB无线传感器网络连接。

【技术特征摘要】
1.一种移动设备人员接近监测报警系统，其特征在于：它包括设置在矿车上的至少4个基站，和随人员携带的标识卡；其中，每4个基站不在同一平面内，建立空间三维坐标系，确定每个基站的坐标和报警区域的坐标；所述的报警区域为预设的与矿车在一定距离以内的危险区域；每个基站的结构相同，均包括基站通讯模块和基站控制模块；基站通讯模块用于与标识卡通讯，基站控制模块用于将接收到的标识卡的信息发送给车载显示器，并在有报警信号时发出报警指令和停机指令；每个标识卡的结构相同，均包括标识卡通讯模块、标识卡控制模块和报警模块；标识卡通讯模块用于与基站通讯，标识卡控制模块用于根据接收到的各个基站发送的信号、采用双向测距法计算出本标识卡的坐标并发送给各个基站，当本标识卡的坐标位于报警区域内时发送报警指令给报警模块和各个基站；所述的基站通讯模块和标识卡通讯模块通过UWB无线传感器网络连接。2.根据权利要求1所述的移动设备人员接近监测报警系统，其特征在于：所述的每个标识卡还包括与控制器连接的惯性导航传感器。3.根据权利要求1所述的移动设备人员接近监测报警系统，其特征在于：所述的基站个数为5个，其中1个基站设置在矿车顶部，矿车的两侧分别设置2个基站，且5个基站中任意4个基站均不在同一平面内。4.根据权利要求1所述的移动设备人员接近监测报警系统，其特征在于：所述的基站通讯模块和标识卡通讯模块结构相同，均包括依次连接的decaWave公司生产的DW1000无线收发芯片、平衡器与天线。5.利用权利要求1所述的移动设备人员接近监测报警系统实现的监测报警方法，其特征在于：它包括以下步骤：S1、初始化；S2、计算坐标：每个基站和标识卡循环发送信息，每个标识卡根据接收到的各个基站发送的信号、采用双向测距法计算出本标识卡的坐标；将标识卡的坐标发送给基站，并显示在车辆的显示屏中；S3、区域判断：比较标识卡的坐标与报警区域的坐标，判断标识卡是否位于车辆周围L1至L2范围内，若是则标识卡和基站均发出报警信号；若标识卡位于...

【专利技术属性】
技术研发人员：张丹红，柳石林，彭笑，苏义鑫，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42