一种基于无线电的井下矿用通信定位装置及使用方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于无线电的井下矿用通信定位装置及使用方法，定位装置包括固定锚节点、移动锚节点和末端节点，所述固定锚节点之间通过光纤进行通信连接，所述固定锚节点与移动锚节点和固定锚节点与末端节点之间均通过ZigBee无线通信技术进行通信连接，且通过RSSI测距定位法对移动锚节点和末端节点进行定位，所述移动锚节点与末端节点之间通过CSS无线通信技术进行通信连接。本发明专利技术通过设置在移动锚节点和末端节点处设置两组定位模块，可以弥补现有井下通信定位系统的不足，扩大定位区域面积，减少定位盲区，不仅可以实现井下运输设备的精确定位，同时可以保证井下运输设备运行时的安全性，降低了设备的复杂程度和成本。本。本。

【技术实现步骤摘要】
一种基于无线电的井下矿用通信定位装置及使用方法


[0001]本专利技术涉及矿井设备领域，特别涉及一种基于无线电的井下矿用通信定位装置及使用方法。

技术介绍

[0002]现有的矿井井下定位系统是通过ZigBee射频通信技术或者WIFI射频通信技术来进行井下通信连接，同时采用RSSI测距定位方法来实现运输设备或者井下人员的定位，但受限于井下基站的数量，存在部分巷道或者运输通道中射频信号无法覆盖的现象，导致现有的井下ZigBee射频通信网络存在很大的定位盲区，而井下运输设备相对于井下人员来说，移动的范围更广，移动速度更快，进入到定位盲区的频率和概率更大，一旦运输设备进入到定位盲区中，便失去与井上控制中心的通信连接，在环境复杂的井下很容易发生安全事故，为此，我们提出一种基于无线电的井下矿用通信定位装置及使用方法。

技术实现思路

[0003]本专利技术的主要目的在于提供一种基于无线电的井下矿用通信定位装置及使用方法，通过设置在移动锚节点和末端节点处设置两组定位模块，可以弥补现有井下通信定位系统的不足，扩大定位区域面积，减少定位盲区，不仅可以实现井下运输设备的精确定位，同时可以保证井下运输设备运行时的安全性，降低了设备的复杂程度和成本，可以有效解决
技术介绍
中的问题。
[0004]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：一种基于无线电的井下矿用通信定位装置，包括固定锚节点、移动锚节点和末端节点，所述固定锚节点间通过光纤进行通信连接，固定锚节点为现有矿井通信系统的定位分站，且固定锚节点通过自身带有的射频收发模块进行无线电信号的接收与发送，所述固定锚节点与移动锚节点、固定锚节点与末端节点之间均通过ZigBee无线通信技术进行通信连接，且通过RSSI测距定位法对移动锚节点和末端节点进行定位，所述移动锚节点与末端节点之间通过CSS无线通信技术进行通信连接；所述移动锚节点包括减震座和防爆箱，所述防爆箱固定在减震座的上端，所述减震座通过铆钉固定在矿井运输设备驾驶室的顶端，所述防爆箱内部安装有锚节点主板，且在锚节点主板端部依次设有节点CSS射频模块、节点主控芯片和节点ZigBee射频模块，所述节点CSS射频模块连接有CSS射频天线，所述节点ZigBee射频模块连接有ZigBee射频天线，且CSS射频天线和ZigBee射频天线对称分布在防爆箱的两侧，所述锚节点主板的串行接口通过数据线连接有显示屏，所述显示屏安装在矿井运输设备驾驶室内。
[0005]进一步，所述末端节点包括移动终端和安全帽，所述移动终端安装在安全帽的后端，所述安全帽的前端安装有矿灯，且矿灯与移动终端之间通过双绞线连接，所述移动终端通过导线连接有防爆电源。
[0006]进一步的，所述CSS射频天线为铜材质构成，所述ZigBee射频天线为合金材质构成。
[0007]进一步的，所述移动终端包括防爆壳体和终端主板，所述终端主板安装在防爆壳体的内部，且终端主板端部依次安装有终端CSS射频模块、终端主控芯片和终端ZigBee射频模块，所述防爆壳体的上端和下端分别设有矿灯接线柱和电池接线柱，且在防爆壳体的左端中部设有卡扣，所述防爆壳体通过卡扣与安全帽卡合。
[0008]本专利技术还公开了上述定位装置的使用方法，具体步骤如下：步骤一，固定锚节点通过光纤将自身坐标信号广播至井下环网中，并通过ZigBee无线通信技术，采用RSSI测距定位法对自身信号覆盖范围内的末端节点进行定位，并将定位的末端节点的位置信息传输至井上服务器；步骤二，由移动锚节点的节点CSS射频模块通过CSS射频天线向末端节点的移动终端发射信号，当移动终端接收到信号后，立刻通过终端CSS射频模块发送至节点CSS射频模块反馈一个信号，移动锚节点的节点主控芯片分别记录信号的发射时刻t1和接收到反馈信号时的时刻t2，并通过公式：，其中，t为移动终端处理信息所需时间；c为电磁波在矿井中的传播速度；d为移动锚节点和末端节点之间的距离，计算出移动锚节点在A位置时和末端节点之间的距离d1；步骤三，当移动锚节点移动至B位置时，重复步骤二，计算得出移动锚节点与末端节点的距离d2，根据车辆的行驶数据得出A位置与B位置，即移动锚节点的运动距离，记作d3，通过d1、d2和d3的值，计算其构成的三角形内角值，确定移动锚节点在A位置时与末端节点的方位角α，计算公式为；步骤四，当移动锚节点移动至C位置时，重复步骤三，确定移动锚节点在B位置时与末端节点的方位角α
’
，通过得出的方位角α和α
’
的值以及移动锚节点与末端节点的距离值，即可实现对移动锚节点的定位。
[0009]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：1）在移动锚节点和末端节点处设置两组定位模块，可以弥补现有井下通信定位系统的不足，扩大定位区域面积，减少定位盲区，不仅可以实现井下运输设备的精确定位，同时可以保证井下运输设备运行时的安全性；2）通过采用CSS无线通信技术实现移动锚节点和末端节点的通信定位，并采用本专利技术中的定位步骤，使得移动锚节点和末端节点的时钟无需同步即可实现两者之间的测距定位，降低了设备的复杂程度和成本；3）通过移动锚节点对末端节点的测距定位，并将末端节点的位置信息通过移动锚节点的显示屏直接反馈至驾驶员处，可以使驾驶员合理规划行进路线，避免因井下照明条件不佳导致车祸事故的发生；4）通过将末端节点与安全帽和矿灯等井下必需物品进行融合，不仅便于携带和使用，同时使移动终端与矿灯进行串联，可以根据矿灯的照明强度获得防爆电源的电量信息，从而可以保证移动终端有足够的电量供应，确保无线信号传输的可靠性。
附图说明
[0010]为了更清楚地说明本专利技术的技术方案，下面将对本专利技术技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0011]图1为本专利技术井下通信定位装置的整体结构示意图；图2为本专利技术移动锚节点的安装位置示意图；图3为移动锚节点的整体结构示意图；图4为本专利技术防爆箱的内部结构示意图；图5为本专利技术末端节点的整体结构示意图；图6为本专利技术移动终端的整体结构示意图；图7为本专利技术移动锚节点与末端节点间的定位原理图一；图8为本专利技术移动锚节点与末端节点间的定位原理图二。
[0012]图中：1、固定锚节点；2、移动锚节点；21、减震座；22、防爆箱；23、锚节点主板；24、节点CSS射频模块；25、节点主控芯片；26、节点ZigBee射频模块；27、CSS射频天线；28、ZigBee射频天线；29、显示屏；3、末端节点；31、移动终端；301、防爆壳体；302、终端主板；303、终端CSS射频模块；304、终端主控芯片；305、终端ZigBee射频模块；306、矿灯接线柱；307、电池接线柱；308、卡扣；32、安全帽；33、矿灯；34、防爆电源;t、移动终端处理信息所需时间；t1、移动锚节点向末端节点发送信号的时刻；t2、移动锚节点接收到末端节点的反馈信号时的时刻；d1、移动锚节点在A位置时和末本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于无线电的井下矿用通信定位装置，包括固定锚节点（1）、移动锚节点（2）和末端节点（3），其特征在于：所述固定锚节点（1）间通过光纤进行通信连接，所述固定锚节点（1）与移动锚节点（2）、固定锚节点（1）与末端节点（3）之间均通过ZigBee无线通信技术进行通信连接，且通过RSSI测距定位法对移动锚节点（2）和末端节点（3）进行定位，所述移动锚节点（2）与末端节点（3）之间通过CSS无线通信技术进行通信连接；所述移动锚节点（2）包括减震座（21）和防爆箱（22），所述防爆箱（22）固定在减震座（21）的上端，所述减震座（21）固定在矿井运输设备驾驶室的顶端，所述防爆箱（22）内部安装有锚节点主板（23），且在锚节点主板（23）端部依次设有节点CSS射频模块（24）、节点主控芯片（25）和节点ZigBee射频模块（26），所述节点CSS射频模块（24）连接有CSS射频天线（27），所述节点ZigBee射频模块（26）连接有ZigBee射频天线（28），且CSS射频天线（27）和ZigBee射频天线（28）对称分布在防爆箱（22）的两侧，所述锚节点主板（23）与显示屏（29）通信连接，所述显示屏（29）安装在矿井运输设备驾驶室内。2.根据权利要求1所述的一种基于无线电的井下矿用通信定位装置，其特征在于：所述末端节点（3）包括移动终端（31）和安全帽（32），所述移动终端（31）安装在安全帽（32）的后端，所述安全帽（32）的前端安装有矿灯（33），且矿灯（33）与移动终端（31）之间通过双绞线连接，所述移动终端（31）通过导线连接有防爆电源（34）。3.根据权利要求1所述的一种基于无线电的井下矿用通信定位装置，其特征在于：所述CSS射频天线（27）为铜材质构成，所述ZigBee射频天线（28）为合金材质构成。4.根据权利要求2所述的一种基于无线电的井下矿用通信定位装置，其特征在于：所述移动终端（31）包括防爆壳体（301）和终端主板（302），所述终端主板（302）安装在防爆壳体（301）的内部，且终端主板（302）端部依次安装有终端CSS射频模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋照岭，李继灿，张程，
申请(专利权)人：山东世纪矿山机电有限公司，
类型：发明
国别省市：