一种基于UWB的井下人员安全定位系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于UWB的井下人员安全定位系统，包括地面监控设备、上位机、POE交换机、定位传感器、井下人员定位标签、报警单元、UWB信号发生装置、复位电路、电源单元、红外LED单元；定位传感器接收井下人员定位标签发出的信号，定位传感器通过交换机与上位机相连，交换机用以向定位传感器供电并发送同步时间信号；井下人员定位标签中的控制器输出端与UWB信号发生装置的输入端相连，用于控制UWB信号的产生、中断以及相应的数据传输；报警单元用于井下发生情况时报警；复位电路为控制器提供复位命令；电源单元为控制器提供工作电源。

A safety positioning system for downhole personnel based on UWB

The utility model discloses a safety of underground personnel positioning system based on UWB, including the ground monitoring equipment, PC, POE switches, position sensor, underground personnel positioning label, alarm unit, UWB signal generator, a reset circuit, a power supply unit, single element infrared LED; signal emanating from sensor receives the underground personnel positioning label the positioning sensor is connected through the switch, with the host computer to locate the sensor supply and sending synchronization time signal switch; the output terminal of the controller of mine personnel positioning in the tag and UWB signal generating device is connected with the input end, used to control the UWB signal generation, data transmission interruption and the corresponding alarm unit; alarm for the occurrence of the well the reset circuit provides the reset command; controller; power supply unit to supply controller.

【技术实现步骤摘要】
一种基于UWB的井下人员安全定位系统
本技术涉及一种井下人员安全定位系统，属于定位装置领域。
技术介绍
在定位技术方面，国内外井下人员定位技术多以信号为媒介进行测量，如Wi－Fi、ZigBee、RFID技术等，但由于无线信号在井下巷道中的传输环境较为恶劣，信号传播过程较为复杂，同时巷道中还存在强电电路和强电设备所造成的电磁干扰，导致信号传播的有效距离降低，对基站数量的要求增加，系统造价的上升。UWB是一种无载波通信技术，利用纳秒至微微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据。具有抗干扰性强、传输速率高、发送功率非常小、安全性高等优点，人们认为它将成为未来短距离无线通信的主流技术。总的来说，UWB在早期被用来应用在近距离高速数据传输，近年来国外开始利用其亚纳秒级超窄脉冲来做近距离精确室内定位。我国现在井下人员定位装置仍处在研究阶段，目前的井下人员定位系统精度差、造价高、寿命短、功能单一，随着矿业自动化的发展和信息水平的提高，井下人员定位将与更多种技术相结合，实现多功能化的高精度人员定位系统。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于UWB的井下人员安全定位系统。本技术所述基于UWB的井下人员安全定位系统，它包括地面监控设备、上位机、POE交换机、定位传感器、井下人员定位标签、控制器、电源单元、红外LED单元、复位电路、UWB信号发生装置、报警单元；定位传感器接收井下人员定位标签发出的信号，定位传感器通过POE交换机与上位机相连，POE交换机用以向定位传感器供电并发送同步时间信号；井下人员定位标签中安装有UWB信号发生装置，通过定位传感器和POE交换机将定位数据传输给上位机，能够实时监控井下人员位置；当井下发生突发情况时控制器通过报警单元发出声光报警。复位电路为控制器提供复位命令；电源单元为控制器提供工作电源。本技术的优点：本技术采用UWB技术，智能定位标签结合UWB信号发生单元、定位传感器、POE交换机等实现了井下人员位置定位及人员监控系统，UWB通信技术具有抗干扰性强、传输速率高、低功耗、安全性高等特点。本技术有效地提高了井下作业人员的安全系数，使用效果好，便于推广使用。附图说明图1是本技术所述基于UWB的井下人员安全定位系统的总体结构图；图2是本技术所述井下人员定位标签结构框图。图3是本技术所述井下人员定位标签具体电路图。具体实施方式具体实施方式一：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述基于UWB的井下人员安全定位系统，它包括地面监控设备（1）、上位机（2）、POE交换机（3）、定位传感器（4）、井下人员定位标签（5）；定位传感器（4）接收井下人员定位标签（5）发出的信号，定位传感器（4）通过POE交换机（3）用网线与上位机（2）相连；所述POE交换机（3）输出电压为48V，通过网线向定位传感器（4）直接供电并发送同步时间信号；所述定位传感器（4）分为一个主传感器及若干从传感器，主传感器为整个单元的同步时间源。结合图2和图3本技术所述井下人员定位标签（5）内安装有控制器（5-1）及电源单元（5-2）、红外LED单元（5-3）、复位电路（5-4）、UWB信号发生装置（5-5）、报警单元（5-6），通过定位传感器（4）和POE交换机（3）将定位数据打包传输给上位机（2），能够通过地面监控设备（1）实时监控井下人员位置；所述井下人员定位标签（5）采用矿灯供电，控制器（5-1）采用德州仪器的MSP430FR2XMCU单片机；井下人员定位标签（5）中UWB信号发生装置（5-5）采用nRF24L01无线收发芯片来实现定位数据的传输，输入端通过上拉电阻连接控制器（5-1）的P5.0~P5.4引脚，实现UWB信号的发送；复位电路（5-4）由按键S1来完成，按键S1的一端接电源VCC，按键S1的另一端接控制器（5-1）的RESET引脚，在开机或是发生误报警等情况时可以实现复位；红外LED单元（5-3）可以发出红外线，当井下发生状况后便于搜救人员对于被困人员搜救或遗体的搜寻。报警单元（5-6）包括蜂鸣器BL、PNP三极管Q2和电阻R1，控制器（5-1）的P1.6引脚连接电阻R1的一端，电阻R1的另一端连接PNP三极管Q2的基极，PNP三极管Q2的集电极接地，PNP三极管Q2的发射极连接蜂鸣器BL的负极供电端子，蜂鸣器BL的正极供电端子接电源VCC，当井下人员身体异常时也可以通过按键S2控制报警单元（5-6）发出报警，报警单元包括声光、震动报警和上位机报警显示。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于UWB的井下人员安全定位系统，其特征在于，包括地面监控设备（1）、上位机（2）、POE交换机（3）、定位传感器（4）、井下人员定位标签（5）、控制器（5‑1）、电源单元（5‑2）、红外LED单元（5‑3）、复位电路（5‑4）、UWB信号发生装置（5‑5）、报警单元（5‑6）；定位传感器（4）接收井下人员定位标签（5）发出的信号，定位传感器（4）通过POE交换机（3）与上位机（2）相连，POE交换机（3）用以向定位传感器（4）供电并发送同步时间信号；井下人员定位标签（5）内安装有UWB信号发生装置（5‑5），通过定位传感器（4）和POE交换机（3）将定位数据传输给上位机（2），能够实时监控井下人员位置；当井下发生突发情况时控制器通过报警单元（5‑6）发出声光报警。

【技术特征摘要】
1.一种基于UWB的井下人员安全定位系统，其特征在于，包括地面监控设备（1）、上位机（2）、POE交换机（3）、定位传感器（4）、井下人员定位标签（5）、控制器（5-1）、电源单元（5-2）、红外LED单元（5-3）、复位电路（5-4）、UWB信号发生装置（5-5）、报警单元（5-6）；定位传感器（4）接收井下人员定位标签（5）发出的信号，定位传感器（4）通过POE交换机（3）与上位机（2）相连，POE交换机（3）用以向定位传感器（4）供电并发送同步时间信号；井下人员定位标签（5）内安装有UWB信号发生装置（5-5），通过定位传感器（4）和POE交换机（3）将定位数据传输给上位机（2），能够实时监控井下人员位置；当井下发生突发情况时控制器通过报警单元（5-6）发出声光报警。2.根据权利要求1所述一种基于UWB的井下人员安全定位系统，其特征在于，地面监控设备（1）为一台预装有监控软件的计算机，上位机（2）处理通过定位传感器（4）和POE交换机（3）传输的数据。3.根据权利要求1所述一种基于UWB的井下人员安全定位系统，其特征在于，定位传感器（4）与POE交换机（3）通过网线连接直接供电、传输数据，采用无线接收、有线传输技术。4.根据权利要求1所述一种基于UWB的井下人员安全定位系统，其特征在于，定位传感器（4）分为一个主传感器及若干从传感器，主传感器为整个系统的同步时间源。5.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：于智龙，王雨龙，郑凤羽，刘琦，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：新型
国别省市：黑龙江,23