基於射頻通訊的井下人員跟蹤定位係統技術研究

摘 要：基於射頻通訊的井下人員跟蹤定位係統是依靠井下現有網絡實現了無線與有線通訊相結合的簡單高效的人員跟蹤與定位。可實現井下人員的定位與跟蹤、生產調度指揮的直觀化、考勤與管理的遠程自動化和數字化以及突發情況的報警。
關鍵詞：射頻通訊人員跟蹤定位高頻無線收發模塊

井下人員在巷道的位置大多是動態的，有些巷道長達幾十公裏，因此對人員的定位是很重要的。尤其在突發事件時迅速判斷險區人員的數量拉置、身份，就能采取措施及時救助，把02manbetx.com 的損失和影響降到最低限度。人員定位跟蹤係統就具有這種功能，而且還可以提供監視區域內的人數、工作區間曆史記錄和實時記錄的統計報表。

1技術要求
井下人員跟蹤定位係統技術為井下采煤作業的實際環境所限。目前我國煤礦井下照明條件使得視頻信號對人員身份的界定方案不可行，而且視頻監視限於主巷道、工作麵等區域，對於幾十公裏的全礦區檢測必須采用人員身份電子化的信號檢測。具體要求以下幾個方麵:
(1)係統能根據實際需要覆蓋井下巷道;
(2)係統依靠現有井下網絡，無需重新布線;
(3)及時反映井下人員的實際位置，實現人員跟蹤;
(4)實現人員身份界定，為礦井管理考勤提供信息;
(5)人員信息數字化，實現管理與檢測的無人值守;
(6)突發事件時能夠通知所有井下人員及時撤離。

2硬件實現
基於射頻通訊的井下人員跟蹤定位係統，以性能優異的無線收發一體數傳模塊PTR2000為核心，以單片機配合其數據收發，依靠井下現有網絡實現無線與有線通訊相結合的簡單高效的人員跟蹤與定位。PTR2000芯片的顯著特點是所需外圍元件少，設計非常方便。該模塊在內部集成了高頻發射、高頻接收、PLL合成、FSK調製/解調、參量放大、功率放大、頻道切換等功能。是目前集成度較高的無線數傳產品。
PTR200。的主要特性如下:
(1)該器件將接收和發射合為一體;
(2)工作頻率為國際通用的數傳頻段433 MHz;
(3)采用FS K調製/解調，可直接進行數據輸入/輸出，抗幹擾能力強，特別適合工業控製場合;
(4)采用DDS(直接數字合成)與PLL頻率合成技術，因而頻率穩定性極好;
(5)靈敏度高達－105 dBm ;
(6)最大發射功率可達+10dBm;
(7)工作電壓低(2 .7v)，功耗小，接收待機狀態電流僅為8μA;
(8)具有兩個頻道，可滿足需要多信道工作的場合;
(9)工作速率最高達20kbit/ s，超小體積，約40×27×5mm;
(10)可直接與CPU串口進行連接(如8031)，也可以用PS232與計算機接口，軟件編程非常方便;
(11)標準的DIP引腳間距更適合於嵌入式設備;
(12)由於采用了低發射功率、高接收靈敏度的設計，因此使用時無需申請許可證，開闊地時的使用距離最遠可達1000m, PTR2000管腳圖如圖1。
各引腳的功能說明如下:VCC(1腳)正輸入端，電壓範圍為2 .7－5 .25 V ; CS( 2腳):頻道選擇端。CS＝0時，選擇工作頻道1，即433 . 92 MHz; CS＝1時選擇工作頻道2，即434 .33 MHz; D0(3腳):數據輸出端;DI( 4腳):數據輸入端;GND(5腳):電源;;PWR(6腳):節能控製端。當PWR＝1時，模塊處於正常工作狀態;;PWR=0時，模塊處於待機微功耗狀態;TXEN(7腳):發射/接收控製端。當TXET＝1時，模塊為
發射狀態;當TXEN＝0時，模塊被設置為接收狀態。
PTR2000可與計算機串口進行通訊，此時需要在中間簡單的接一個RS232電平轉換芯片，如MAX232等。也可與單片機(如89C52)配合使用，直接接單片機的串口或I/O口。連接時，PTR2000無線MODEM的DI端應接單片機串口的發送端，DO接單片機串口的接收端。利用單片機的I/O可以控製模塊的發射控製、頻道轉換和低功耗模式。

3軟件編程實現
在軟件編程過程中，對PTR2000的工作模式和工作頻道的選擇尤為重要。發送PTR200。的通信速率最高為20kb/s,也可工作在其它速率如4800bps .9600bps下。在發送數據之前，應將模塊先置於發射模式，即TXEN=1。然後在等待至少5 ms後(接收到發射的轉換時間)才可以發送任意長度的數據。接收時應將ptr2000置於接收狀態，即TXEN=0。然後將接收到的數據直接送到單片機串口或經電平轉換後送到計算機。待機模式，當PWR=0時，PTR2000進入節電待機模式，此時的功耗大約為8μA，在待機模式下不能接收和發射數據。PTR2000在無信號時，串口輸出的是隨機數據，此時，定義一個簡單的通信協議，在發送時，在有效數據之前加兩個字節的起始位標誌，以便在接收方的軟件中檢測該標誌並將其作為正式數據的開始。為了使係統能夠可靠地通信，考慮數據的檢錯，采用奇偶校驗方式。
為了實現人員身份定位，對每一個井下人員確定一個身份編碼，存入所攜帶的發射模塊，在井下依靠對此模塊發射出的特殊身份編碼來監測和識別人員身份。同時依靠井下網絡布設多個接收模塊，布設間距可以參考PTR2000參數表，考慮到井下特殊環境，實地的實驗數據更為可靠。對每一個接收模塊，分配一個獨立地址編碼，此編碼表示該接收模塊的實際位置。當接收模塊接收到一個人員所攜帶發射模塊發射的人員編碼後，將此編碼與自身編碼合為一個發送碼通過網絡送往監控PC機。在監控端，監控程序通過對同一個人的身份編碼與不同接收模塊的地址編碼的組合碼的連續03manbetx ，就實現了人員的跟蹤與定位。將此信息在顯示屏上實時顯示，可直觀地觀察到井下人員的位置、身份。將此信息輸入管理數據庫，可實現人員考勤與管理的遠程自動化和數字化。對於個人所攜帶的發射端，設置為每秒鍾交替進入發射與接收狀態，對於接收端的各個節點，當收到一個有效人員身份信號後，進入發射狀態，發射一個井上監控機發來的安全信號。當有突發事件時，此信號變為報警信號，及時通知所有井下人員撤離。

4結束語
基於射頻通訊的井下人員跟蹤定位係統依靠井下現有網絡實現了無線與有線通訊相結合的簡單高效的人員跟蹤與定位。在礦井發生突變或緊急情況時，還可使井下作業人員在最短時間內收到緊急警報，及時采取應急措施或迅速撤離現場，最大限度地減少傷亡，保障井下人員的安全。在日常作業中，借助該係統可實現人員調度、生產指揮的直觀化以及考勤與管理的遠程自動化和數字化。該係統充分體現出有利於礦山安全急救和提高生產效率的優點，是一種先進實用的井下人員跟蹤定位係統。