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      一種基于雙邊雙向測(cè)距算法的井下人員定位跟蹤系統(tǒng)的制作方法

      文檔序號(hào):6044281閱讀:514來(lái)源:國(guó)知局
      一種基于雙邊雙向測(cè)距算法的井下人員定位跟蹤系統(tǒng)的制作方法
      【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種基于雙邊雙向測(cè)距算法的井下人員定位跟蹤系統(tǒng),包括設(shè)置在井上的定位服務(wù)器,定位服務(wù)器通過(guò)CAN總線模塊連接有若干個(gè)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn),每個(gè)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)均設(shè)置在井下的不同位置,定位跟蹤系統(tǒng)還包括設(shè)置在井下的若干個(gè)錨節(jié)點(diǎn)和井下人員隨身攜帶的標(biāo)簽節(jié)點(diǎn);網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)和錨節(jié)點(diǎn)均包括處理器模塊I,處理器模塊I上分別連接有用于與上位機(jī)通信的RS232模塊、USB通信模塊和射頻模塊I,射頻模塊I通過(guò)電源模塊I與處理器模塊I連接;射頻模塊I包括天線和型號(hào)為nanoPAN5375的無(wú)線收發(fā)芯片,處理器模塊I的芯片為AVR8位微處理器Atmega1280。采用基于線性調(diào)頻擴(kuò)頻技術(shù),通過(guò)精確的雙向到達(dá)時(shí)間的測(cè)量和內(nèi)部處理時(shí)間的測(cè)量,可顯著提高本跟蹤系統(tǒng)的定位精度。
      【專(zhuān)利說(shuō)明】—種基于雙邊雙向測(cè)距算法的井下人員定位跟蹤系統(tǒng)

      【技術(shù)領(lǐng)域】
      [0001]本實(shí)用新型屬于無(wú)線定位【技術(shù)領(lǐng)域】,涉及一種基于雙邊雙向測(cè)距算法的井下人員定位跟蹤系統(tǒng)。

      【背景技術(shù)】
      [0002]煤炭業(yè)是高危行業(yè),煤礦井下環(huán)境復(fù)雜,無(wú)線定位跟蹤技術(shù)對(duì)于井下人員日常管理以及事故搶險(xiǎn)救援都發(fā)揮著極其重要的作用。
      [0003]在井下環(huán)境中,GPS全球定位系統(tǒng)完全失效,一些室外定位技術(shù)雖已應(yīng)用于井下,但效果均不理想,如基于RFID技術(shù)的井下定位系統(tǒng),具有傳輸距離短、通信信號(hào)不穩(wěn)定等缺陷,而基于ZigBee技術(shù)的井下定位系統(tǒng),因受環(huán)境因素影響大,其定位精度不高。
      實(shí)用新型內(nèi)容
      [0004]本實(shí)用新型的目的是提供一種基于雙邊雙向測(cè)距算法的井下人員定位跟蹤系統(tǒng),以解決現(xiàn)有井下定位系統(tǒng)定位精度不聞的問(wèn)題。
      [0005]本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是,一種基于雙邊雙向測(cè)距算法的井下人員定位跟蹤系統(tǒng),包括設(shè)置在井上的定位服務(wù)器,定位服務(wù)器通過(guò)CAN總線模塊連接有若干個(gè)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn),每個(gè)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)均設(shè)置在井下的不同位置,定位跟蹤系統(tǒng)還包括設(shè)置在井下的若干個(gè)錨節(jié)點(diǎn)和井下人員隨身攜帶的標(biāo)簽節(jié)點(diǎn);網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)和錨節(jié)點(diǎn)的硬件結(jié)構(gòu)相同,均包括處理器模塊I,處理器模塊I上分別連接有用于與上位機(jī)通信的RS232模塊、USB通信模塊和射頻模塊I,射頻模塊I通過(guò)電源模塊I與處理器模塊I連接;射頻模塊I包括天線和型號(hào)為nanoPAN5375的無(wú)線收發(fā)芯片,處理器模塊I的芯片為AVR8位微處理器Atmegal280。
      [0006]本實(shí)用新型的特點(diǎn)還在于,
      [0007]標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)包括處理器模塊II,處理器模塊II上分別連接有通用接口和射頻模塊II,處理器模塊I1、通用接口和射頻模塊II分別與電源模塊II連接,通用接口還分別連接有LED顯示屏和按鍵;射頻模塊II包括天線和型號(hào)為nanoPAN5375的無(wú)線收發(fā)芯片,處理器模塊II的芯片為MSP430F194。
      [0008]本實(shí)用新型的有益效果是,采用基于線性調(diào)頻擴(kuò)頻技術(shù),建立由標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)、錨節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)和定位服務(wù)器四部分組成的定位系統(tǒng),通過(guò)精確的雙向到達(dá)時(shí)間的測(cè)量和內(nèi)部處理時(shí)間的測(cè)量,可顯著提高本跟蹤系統(tǒng)的定位精度,且該系統(tǒng)采用的基于無(wú)線傳感器的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),適應(yīng)井下環(huán)境特點(diǎn),使得系統(tǒng)精簡(jiǎn)易實(shí)現(xiàn),解決了現(xiàn)有井下定位系統(tǒng)定位精度不高的問(wèn)題。

      【專(zhuān)利附圖】

      【附圖說(shuō)明】
      [0009]圖1是本實(shí)用新型一種基于雙邊雙向測(cè)距算法的井下人員定位跟蹤系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖;
      [0010]圖2是本實(shí)用新型一種基于雙邊雙向測(cè)距算法的井下人員定位跟蹤系統(tǒng)的錨節(jié)點(diǎn)或網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的硬件結(jié)構(gòu)示意圖;
      [0011]圖3是本實(shí)用新型一種基于雙邊雙向測(cè)距算法的井下人員定位跟蹤系統(tǒng)的標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)的硬件結(jié)構(gòu)示意圖。
      [0012]圖中,1.定位服務(wù)器,2.網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn),3.錨節(jié)點(diǎn),4.標(biāo)簽節(jié)點(diǎn),5.CAN總線模塊。

      【具體實(shí)施方式】
      [0013]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
      [0014]本實(shí)用新型提供了一種基于雙邊雙向測(cè)距算法的井下人員定位跟蹤系統(tǒng),其結(jié)構(gòu)參見(jiàn)圖1,包括設(shè)置在井上的定位服務(wù)器1,定位服務(wù)器1通過(guò)CAN總線模塊5連接有若干個(gè)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)2,每個(gè)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)2均設(shè)置在井下的不同位置,跟蹤系統(tǒng)還包括設(shè)置在井下的若干個(gè)錨節(jié)點(diǎn)3和井下人員隨身攜帶的標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)4 ;
      [0015]參見(jiàn)圖2,網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)2和錨節(jié)點(diǎn)3的硬件結(jié)構(gòu)相同,均包括處理器模塊I,處理器模塊I上分別連接有用于與上位機(jī)通信的RS232模塊、USB通信模塊和射頻模塊I,射頻模塊I通過(guò)電源模塊I與處理器模塊I連接;射頻模塊I包括天線和型號(hào)為nanoPAN5375的無(wú)線收發(fā)芯片,處理器模塊I的芯片為AVR8位微處理器Atmegal280。
      [0016]參見(jiàn)圖3,標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)4包括處理器模塊II,處理器模塊II上分別連接有通用接口和射頻模塊11,處理器模塊I1、通用接口和射頻模塊11分別與電源模塊II連接,通用接口還分別連接有LED顯示屏和按鍵;射頻模塊II包括天線和型號(hào)為nanoPAN5375的無(wú)線收發(fā)芯片,處理器模塊II的芯片為MSP430F194。
      [0017]本實(shí)用新型的錨節(jié)點(diǎn)3和網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)2的處理器模塊I采用高性能、低功耗的AVR8位微處理器Atmegal280作為主控芯片,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理、數(shù)據(jù)的傳輸、執(zhí)行節(jié)點(diǎn)的通信協(xié)議以及對(duì)節(jié)點(diǎn)的管理功能;射頻模塊I主要采用基于線性調(diào)頻擴(kuò)頻技術(shù)的無(wú)線收發(fā)芯片nanoPAN5375,完成射頻信號(hào)的接收與發(fā)送功能;電源模塊I包括穩(wěn)壓部分和電平轉(zhuǎn)換部分,可提供微處理器Atmegal280所需的3.3V電壓和無(wú)線收發(fā)芯片nanoPAN5375所需的2.5V電壓,3.3V的穩(wěn)壓芯片采用NCP1402SN33T1,2.5V的穩(wěn)壓芯片采用TPS79425DGN ;RS232模塊和USB通信模塊主要實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)通信,能將信息通過(guò)串口或USB傳送給上位機(jī),RS232模塊的電平轉(zhuǎn)換芯片采用ISL4223E,USB模塊采用CC2511芯片。
      [0018]標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)4是安裝在礦工帽上或由井下人員隨身攜帶的,一般采用電池供電,因此硬件設(shè)計(jì)上要充分考慮功耗、體積等因素,參見(jiàn)圖3,其硬件結(jié)構(gòu)包括處理器模塊I1、射頻模塊I1、電源模塊II和通用接口。其中,出于低功耗的考慮,該處理器模塊II采用超低功耗的MSP430F194單片機(jī)作為主控芯片;該射頻模塊II也采用nanoPAN5375作為無(wú)線收發(fā)芯片,出于體積考慮,貼片陶瓷天線;該通用接口部分可實(shí)現(xiàn)預(yù)先設(shè)定和定位信息的顯示。
      [0019]定位服務(wù)器1包含有定位軟件和數(shù)據(jù)庫(kù),能精確定位井下人員的位置和活動(dòng)軌跡,并在此基礎(chǔ)上,可實(shí)現(xiàn)人員考勤、實(shí)時(shí)跟蹤、特殊人員監(jiān)控以及危險(xiǎn)區(qū)域報(bào)警等功能。
      [0020]本實(shí)用新型一種基于雙邊雙向測(cè)距算法的井下人員定位跟蹤系統(tǒng)在正常啟動(dòng)后,定位服務(wù)器1中的定位引擎通過(guò)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)2對(duì)各錨節(jié)點(diǎn)3進(jìn)行配置,同時(shí)錨節(jié)點(diǎn)3也通過(guò)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)2傳輸信息給定位引擎,當(dāng)定位引擎確定配置好后,即可進(jìn)入工作狀態(tài);標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)4由井下人員隨身攜帶一起下井,當(dāng)有需要對(duì)標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)4進(jìn)行定位時(shí),標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)4向多個(gè)錨節(jié)點(diǎn)3發(fā)出測(cè)距信號(hào),采用雙邊雙向測(cè)距算法確定各錨節(jié)點(diǎn)3與標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)4之間信號(hào)傳輸?shù)臅r(shí)間差,并將該信息打包后,通過(guò)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)2和CAN總線模塊5發(fā)送給定位服務(wù)器1,定位服務(wù)器I依據(jù)錨節(jié)點(diǎn)3的坐標(biāo),通過(guò)線性位置線算法確定標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)4的位置,并結(jié)合地理信息系統(tǒng)(GIS)可實(shí)現(xiàn)對(duì)標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)4的實(shí)時(shí)跟蹤。
      [0021]本實(shí)用新型的一種基于雙邊雙向測(cè)距算法的井下人員定位跟蹤系統(tǒng),采用基于線性調(diào)頻擴(kuò)頻技術(shù),建立由標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)、錨節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)和定位服務(wù)器四部分組成的定位系統(tǒng),通過(guò)精確的雙向到達(dá)時(shí)間的測(cè)量和內(nèi)部處理時(shí)間的測(cè)量,可顯著提高本跟蹤系統(tǒng)的定位精度。當(dāng)采用可達(dá)到Ins精度的時(shí)鐘電路時(shí),其定位精度可以達(dá)到Im以下,并且該系統(tǒng)不需要標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)4和節(jié)錨點(diǎn)3的時(shí)鐘同步,降低了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度。
      【權(quán)利要求】
      1.一種基于雙邊雙向測(cè)距算法的井下人員定位跟蹤系統(tǒng),其特征在于,包括設(shè)置在井上的定位服務(wù)器(1),所述的定位服務(wù)器(1)通過(guò)總線模塊(5)連接有若干個(gè)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)(2),每個(gè)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)(2)均設(shè)置在井下的不同位置,所述定位跟蹤系統(tǒng)還包括設(shè)置在井下的若干個(gè)錨節(jié)點(diǎn)(3)和井下人員隨身攜帶的標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)(4); 所述的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)(2)和錨節(jié)點(diǎn)(3)均包括處理器模塊I,處理器模塊I上分別連接有用于與上位機(jī)通信的舊232模塊、^88通信模塊和射頻模塊I,射頻模塊I通過(guò)電源模塊I與處理器模塊I連接;所述的射頻模塊I包括天線和型號(hào)為1^110?八陽(yáng)375的無(wú)線收發(fā)芯片,所述的處理器模塊I的芯片為―咫位微處理器針1116職1280。
      2.如權(quán)利要求1所述的一種基于雙邊雙向測(cè)距算法的井下人員定位跟蹤系統(tǒng),其特征在于,所述的標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)(4)包括處理器模塊II,處理器模塊II上分別連接有通用接口和射頻模塊II,處理器模塊I1、通用接口和射頻模塊II分別與電源模塊II連接,所述的通用接口還分別連接有120顯示屏和按鍵; 所述的射頻模塊II包括天線和型號(hào)為1^110?八陽(yáng)375的無(wú)線收發(fā)芯片,所述的處理器模塊II的芯片為13?430?194。
      【文檔編號(hào)】G01S5/06GK204166123SQ201420005078
      【公開(kāi)日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2014年1月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月6日
      【發(fā)明者】康曉非 申請(qǐng)人:西安科技大學(xué)
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