煤礦井下人員監(jiān)控?zé)o線接收分站的制作方法
【專利摘要】一種煤礦井下人員監(jiān)控?zé)o線接收分站，適用于煤礦井下需要實(shí)時(shí)信號(hào)傳輸使用。包括外殼和電壓轉(zhuǎn)換電路，還包括設(shè)在外殼內(nèi)的主控芯片、射頻模塊、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、UART-CAN轉(zhuǎn)換模塊和無(wú)線模塊；所述主控芯片的輸入端分別與用來(lái)記錄時(shí)間的實(shí)時(shí)時(shí)鐘和用來(lái)接收人員監(jiān)控?zé)o線發(fā)射器信號(hào)的射頻模塊的輸出端相連接，主控芯片的輸出端上分別與交互數(shù)據(jù)使用的UART-CAN轉(zhuǎn)換模塊和無(wú)線模塊的輸入端相連接。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)傳輸可靠性高的，可以適應(yīng)多種井下環(huán)境使用。
【專利說(shuō)明】煤礦井下人員監(jiān)控?zé)o線接收分站
[0001]【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0002]本實(shí)用新型適用于一種無(wú)線接收分站，尤其適用于煤礦井下需要實(shí)時(shí)信號(hào)傳輸使用的煤礦井下人員監(jiān)控?zé)o線接收分站。
[0003]【背景技術(shù)】:
[0004]基于Zigbee無(wú)線通信技術(shù)的煤礦井下作業(yè)人員管理系統(tǒng)中，需要對(duì)井下作業(yè)人員工作狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控，監(jiān)控通過(guò)無(wú)線標(biāo)示卡發(fā)送信息完成，由接收分站完成，監(jiān)控包括人員下井時(shí)間，工作時(shí)長(zhǎng)，同一地點(diǎn)工作人員數(shù)量，人員停留時(shí)間，人員進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域報(bào)警等；以上功能可以有效提高作業(yè)人員的工作效率；保證人員的工作狀態(tài)；防止人員在井下的長(zhǎng)時(shí)間停留；并且在作業(yè)人員誤入危險(xiǎn)區(qū)域時(shí)及時(shí)報(bào)警，為煤礦的安全生產(chǎn)提供基礎(chǔ)。在井下工作人員隨身攜帶的無(wú)線發(fā)射裝置中的傳輸信號(hào)需要包括無(wú)線發(fā)射裝置的工作狀態(tài)標(biāo)志信息，從而確保系統(tǒng)的可靠性。系統(tǒng)的井上監(jiān)控中心根據(jù)定位算法結(jié)合分站位置與接收到信號(hào)強(qiáng)度值對(duì)人員定位，并且實(shí)時(shí)存儲(chǔ)信息。
[0005]現(xiàn)有的接收分站主要采用有線通信方式采集數(shù)據(jù)，移動(dòng)性差、安裝不便，嚴(yán)重制約監(jiān)控的范圍；另外，每個(gè)采集接口能接收的數(shù)據(jù)類型固定且靈活性差。
[0006]
【發(fā)明內(nèi)容】
:
[0007]針對(duì)現(xiàn)有煤礦監(jiān)控系統(tǒng)受布線區(qū)域的限制，本實(shí)用新型提出一種無(wú)線與有線相結(jié)合的人員監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，在對(duì)人員定位監(jiān)控信號(hào)的采集階段采用無(wú)線通信技術(shù)，有效克服現(xiàn)有的有線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的不足；系統(tǒng)對(duì)信號(hào)的實(shí)時(shí)性要求高，在信號(hào)的傳輸階段采用有線傳輸方式，可以有效降低網(wǎng)絡(luò)延遲，減小噪聲對(duì)信號(hào)的影響，且防止無(wú)線通信由于網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定造成信號(hào)的丟失。
[0008]為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，所述的無(wú)線接收分站裝置主要包括射頻模塊，控制單元、電壓轉(zhuǎn)換電路、UART-CAN轉(zhuǎn)換模塊、實(shí)時(shí)時(shí)鐘單元。所述射頻模塊采用飛思卡爾公司的MC13192作為射頻模塊芯片；所述控制單元選擇STM32單片機(jī)作為主控芯片；所述電壓轉(zhuǎn)換電路采用開(kāi)關(guān)型DC/DC電源管理轉(zhuǎn)換器TPS54331 ;所述UART-CAN轉(zhuǎn)換模塊采用控制局域網(wǎng)CAN協(xié)議控制器和物理總線之間的接口 TJA1040 ;所述實(shí)時(shí)時(shí)鐘單元采用DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路。
[0009]有益效果:
[0010]技術(shù)問(wèn)題:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本實(shí)用新型提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)傳輸可靠性高的，可以適應(yīng)多種井下環(huán)境的煤礦井下人員監(jiān)控?zé)o線接收分站。
[0011]技術(shù)內(nèi)容:為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的煤礦井下人員監(jiān)控?zé)o線接收分站，包括外殼和電壓轉(zhuǎn)換電路，還包括設(shè)在外殼內(nèi)的主控芯片、射頻模塊、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、UART-CAN轉(zhuǎn)換模塊和無(wú)線模塊；所述主控芯片的輸入端分別與用來(lái)記錄時(shí)間的實(shí)時(shí)時(shí)鐘和用來(lái)接收人員監(jiān)控?zé)o線發(fā)射器信號(hào)的射頻模塊的輸出端相連接，主控芯片的輸出端上分別與交互數(shù)據(jù)使用的UART-CAN轉(zhuǎn)換模塊和無(wú)線模塊的輸入端相連接，所述UART-CAN轉(zhuǎn)換模塊和無(wú)線模塊分別通過(guò)CAN總線和無(wú)線信號(hào)將數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機(jī)中。
[0012]所述的主控芯片型號(hào)為STM32 ;所述的射頻模塊型號(hào)為MC13192，電壓轉(zhuǎn)換電路型號(hào)為T(mén)PS54331，實(shí)時(shí)時(shí)鐘型號(hào)為DS1302 ;所述的UART-CAN轉(zhuǎn)換模塊為CAN總線控制器TJA1040，無(wú)線模塊信號(hào)為SI4432。
[0013]有益效果:本實(shí)用新型的煤礦井下人員監(jiān)控?zé)o線接收分站包括主控芯片，所述主控芯片包括多個(gè)存儲(chǔ)空間，可以講分站接收到的信息先進(jìn)行存儲(chǔ)，并將在此之后接收的信息與之前緩存里存儲(chǔ)的信息進(jìn)行比較判斷，當(dāng)發(fā)現(xiàn)輸入的信息與存儲(chǔ)的信息相同時(shí)，則丟棄信息，當(dāng)沒(méi)有發(fā)現(xiàn)相同信息，則將輸入的信息加上實(shí)時(shí)時(shí)鐘標(biāo)記的時(shí)間信息存入flash緩存再發(fā)送，防止將同一個(gè)信息多次發(fā)送；主控芯片上連接有實(shí)時(shí)時(shí)鐘，可以將實(shí)時(shí)時(shí)間加載在標(biāo)示卡發(fā)送的信息上，方便對(duì)信息的辨識(shí)，還包括UART-CAN轉(zhuǎn)換模塊和無(wú)線模塊，分站向上位機(jī)發(fā)送的信息可以通過(guò)CAN總線發(fā)送，也能通過(guò)無(wú)線發(fā)送，滿足礦井內(nèi)特殊環(huán)境下對(duì)布線的限制，使用范圍廣，具有廣泛的使用價(jià)值。
[0014]【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】:
[0015]圖1為本實(shí)用新型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
[0016]圖2為本實(shí)用新型的工作流程圖。
[0017]圖3為本實(shí)用新型的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路圖。
[0018]圖4為本實(shí)用新型的電壓轉(zhuǎn)換電路圖。
[0019]【具體實(shí)施方式】:
[0020]下面結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施作進(jìn)一步的描述:
[0021]如圖1所述，本實(shí)用新型的煤礦井下人員監(jiān)控?zé)o線接收分站包括外殼和電壓轉(zhuǎn)換電路，還包括設(shè)在外殼內(nèi)的主控芯片、射頻模塊、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、UART-CAN轉(zhuǎn)換模塊和無(wú)線模塊；所述的主控芯片型號(hào)為STM32 ;所述的射頻模塊型號(hào)為MC13192，電壓轉(zhuǎn)換電路型號(hào)為T(mén)PS54331，實(shí)時(shí)時(shí)鐘型號(hào)為DS1302 ;所述的UART-CAN轉(zhuǎn)換模塊為CAN總線控制器TJA1040，無(wú)線模塊信號(hào)為SI4432 ;所述主控芯片的輸入端分別與用來(lái)記錄時(shí)間的實(shí)時(shí)時(shí)鐘和用來(lái)接收人員監(jiān)控?zé)o線發(fā)射器信號(hào)的射頻模塊的輸出端相連接，主控芯片的輸出端上分別與交互數(shù)據(jù)使用的UART-CAN轉(zhuǎn)換模塊和無(wú)線模塊的輸入端相連接，所述UART-CAN轉(zhuǎn)換模塊和無(wú)線模塊分別通過(guò)CAN總線和無(wú)線信號(hào)將數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機(jī)中。
[0022]所述射頻模塊采用飛思卡爾公司的MC13192作為射頻模塊芯片，該芯片工作無(wú)線接收分站在2.405GHz?2.480GHz，發(fā)射頻道可選擇，發(fā)射功率可調(diào)，它能夠獲取分站所在區(qū)域內(nèi)的所有無(wú)線信號(hào)。所述控制單元選擇STM32單片機(jī)作為主控芯片，通過(guò)相關(guān)設(shè)置對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，添加相應(yīng)參數(shù)。所述電壓轉(zhuǎn)換電路采用開(kāi)關(guān)型DC/DC電源管理轉(zhuǎn)換器TPS54331，將智能電源提供的24V電源轉(zhuǎn)換為使用與分站系統(tǒng)使用的5V電源。所述UART-CAN轉(zhuǎn)換模塊采用TJA1040作為CAN總線控制器，6N137根據(jù)CAN信號(hào)的差動(dòng)傳輸特性接收和發(fā)送信號(hào)，CAN信號(hào)的接收端與發(fā)送端分別與微控制器STM32的虛擬串口 PB9與PB8連接。所述實(shí)時(shí)時(shí)鐘單元采用DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，采用三線接口與主控芯片進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)或RAM數(shù)據(jù)。時(shí)鐘芯片輸出端與主控芯片STM32的PB6引腳連接，為接收的標(biāo)示卡信息提供準(zhǔn)確的時(shí)間信息。
[0023]無(wú)線接收分站接收井下人員隨身攜帶的無(wú)線標(biāo)示卡發(fā)送的數(shù)據(jù)，驗(yàn)證為合法數(shù)據(jù)后，主控芯片STM32通過(guò)中斷程序從虛擬串口讀取數(shù)據(jù)，通過(guò)相關(guān)設(shè)置對(duì)讀取數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，添加相應(yīng)參數(shù)。另外，在片上Flash中預(yù)留足夠的數(shù)據(jù)空間，確保在與井上監(jiān)控中心失去聯(lián)系的時(shí)間內(nèi)數(shù)據(jù)不丟失，保證監(jiān)控系統(tǒng)的連續(xù)性和可靠性。
[0024]如圖2所示，本煤礦井下人員監(jiān)控?zé)o線接收分站工作流為:開(kāi)啟分站后先初始化無(wú)線接收分站，之后無(wú)線接收分站開(kāi)始定時(shí)接收無(wú)線標(biāo)示卡的信息，當(dāng)無(wú)線標(biāo)示卡的信息輸入后，無(wú)線接收分站將輸入的信息存入緩存，并將在此之后接收的信息與之前緩存里存儲(chǔ)的信息進(jìn)行比較判斷，當(dāng)發(fā)現(xiàn)輸入的信息與存儲(chǔ)的信息相同時(shí)，則丟棄信息，當(dāng)沒(méi)有發(fā)現(xiàn)相同信息，則將輸入的信息加上實(shí)時(shí)時(shí)鐘標(biāo)記的時(shí)間信息存入flash緩存，并判斷此時(shí)是否有中斷產(chǎn)生，如果有則將緩存數(shù)據(jù)存入flash，并且清空緩存；當(dāng)檢測(cè)沒(méi)有定時(shí)中斷則分站重新進(jìn)入定時(shí)接收無(wú)線標(biāo)示卡步驟；上述工作方法步驟為已有技術(shù)，不為本申請(qǐng)的保護(hù)內(nèi)容，并通過(guò)已有軟件程序完成。
[0025]如圖3所示，本設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)時(shí)鐘單元采用DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，所述DS1302自帶RAM它可以對(duì)年、月、日、周、日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，工作電壓為2.5V?5.5V ;采用三線接口與主控芯片STM32進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)或RAM內(nèi)數(shù)據(jù)。時(shí)鐘芯片輸出端與主控芯片STM32的PB6引腳連接，為接收的標(biāo)示卡信息提供準(zhǔn)確的時(shí)間信息。
[0026]如圖4所示，本設(shè)計(jì)的電壓轉(zhuǎn)換電路TPS54331是開(kāi)關(guān)型DC/DC電源管理轉(zhuǎn)換器，將有助于顯著降低功耗與成本，提高工作效率，并大幅縮小系統(tǒng)尺寸，將智能電源提供的24V電源轉(zhuǎn)換為使用與分站系統(tǒng)使用的5V電源，電源輸出Vout= (1+R22/ (R25+R26) *0.8確定。
【權(quán)利要求】
1.一種煤礦井下人員監(jiān)控?zé)o線接收分站，包括外殼和電壓轉(zhuǎn)換電路，其特征在于:還包括設(shè)在外殼內(nèi)的主控芯片、射頻模塊、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、UART-CAN轉(zhuǎn)換模塊和無(wú)線模塊；所述主控芯片的輸入端分別與用來(lái)記錄時(shí)間的實(shí)時(shí)時(shí)鐘和用來(lái)接收人員監(jiān)控?zé)o線發(fā)射器信號(hào)的射頻模塊的輸出端相連接，主控芯片的輸出端上分別與交互數(shù)據(jù)使用的UART-CAN轉(zhuǎn)換模塊和無(wú)線模塊的輸入端相連接，所述UART-CAN轉(zhuǎn)換模塊和無(wú)線模塊分別通過(guò)CAN總線和無(wú)線信號(hào)將數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機(jī)中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦井下人員監(jiān)控?zé)o線接收分站，其特征在于:所述的主控芯片型號(hào)為STM32。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦井下人員監(jiān)控?zé)o線接收分站，其特征在于:所述的射頻模塊型號(hào)為MC13192，電壓轉(zhuǎn)換電路型號(hào)為T(mén)PS54331，實(shí)時(shí)時(shí)鐘型號(hào)為DS1302。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦井下人員監(jiān)控?zé)o線接收分站，其特征在于:所述的UART-CAN轉(zhuǎn)換模塊為CAN總線控制器TJA1040，無(wú)線模塊信號(hào)為SI4432。
【文檔編號(hào)】H04B1/16GK203984410SQ201420348653
【公開(kāi)日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2014年6月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月27日
【發(fā)明者】葛欣, 蔣龍嬌, 葉雷 申請(qǐng)人:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)