基于zigbee的煤礦井下人員定位及信息傳送系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】基于zigbee的煤礦井下人員定位及信息傳送系統(tǒng)，屬于煤礦安全設(shè)備領(lǐng)域。包括設(shè)置在井上的監(jiān)控主機(jī)（2）以及信號轉(zhuǎn)換模塊（3），信號轉(zhuǎn)換模塊（3）與監(jiān)控主機(jī)（2）的通訊接口相連，其特征在于：在井下巷道（4）內(nèi)均布有多個用于傳遞信息以及實現(xiàn)語音文字信息轉(zhuǎn)換的信號轉(zhuǎn)換基站（5），各信號轉(zhuǎn)換基站（5）通過zigbee無線信號與井下人員隨身攜帶的便攜式收發(fā)裝置實現(xiàn)通訊。通過本發(fā)明的基于zigbee的煤礦井下人員定位及信息傳送系統(tǒng)具有定位功能同時能夠?qū)⒕系闹噶钐貏e是發(fā)生礦難時的逃生指令以文字的形式發(fā)送至井下每個工作人員，確保人員安全。
【專利說明】基于zigbee的煤礦井下人員定位及信息傳送系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]基于Zigbee的煤礦井下人員定位及信息傳送系統(tǒng)，屬于煤礦安全設(shè)備領(lǐng)域。具體涉及一種應(yīng)用在井下煤礦抽采及安全輸送時的人員定位及網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在我國由于各個煤礦的地質(zhì)條件的不同，煤層氣(瓦斯)的瓦斯含量是動態(tài)變化的，濃度在0.5%-80%之間變化，而濃度進(jìn)入5%-16%之間時就進(jìn)入了瓦斯的爆炸范圍，這樣就存在重大的爆炸隱患。一般的中小型礦井由于缺乏井上、井下必備的信息傳輸設(shè)備及安全通訊網(wǎng)路，所以在出現(xiàn)災(zāi)變時井上人員無法在第一時間及時的將逃生路線和救援信息傳遞到每名井下作業(yè)人員手上，造成井下作業(yè)人員出現(xiàn)災(zāi)變后慌忙逃生，井上指揮中心無法鎖定人員位置、礦井和每個采掘面的受災(zāi)狀況無法反饋至指揮中心?，F(xiàn)有的人員定位和網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)相關(guān)產(chǎn)品市場上雖有銷售，但存在以下缺陷:1、產(chǎn)品僅具有定位功能，無法接受井上的實時數(shù)據(jù)；2、僅針對井下指揮及領(lǐng)導(dǎo)人員，一般作業(yè)者仍然無法從根本上保證其人身安全；3、在通訊時一般采用語音信號傳遞，但是煤礦井下情況較為復(fù)雜，特別是發(fā)生礦難之后，僅靠語音方式進(jìn)行信息的傳遞很難實現(xiàn)被困人員的安全撤離。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有定位功能同時能夠?qū)⒕系闹噶钐貏e是發(fā)生礦難時的逃生指令以文字的形式發(fā)送至井下每個工作人員，確保人員安全的基于zigbee的煤礦井下人員定位及信息傳送系統(tǒng)。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:該基于zigbee的煤礦井下人員定位及信息傳送系統(tǒng)，包括設(shè)置在井上的監(jiān)控主機(jī)以及信號轉(zhuǎn)換模塊，信號轉(zhuǎn)換模塊與監(jiān)控主機(jī)的通訊接口相連，其特征在于:在井下巷道內(nèi)均布有多個用于傳遞信息以及實現(xiàn)語音文字信息轉(zhuǎn)換的信號轉(zhuǎn)換基站，各信號轉(zhuǎn)換基站通過zigbee無線信號與井下人員隨身攜帶的便攜式收發(fā)裝置實現(xiàn)通訊。
[0005]所述的信號轉(zhuǎn)換基站包括第一存儲模塊、第一微處理器、zigbee通訊模塊、語音處理模塊、字庫模塊以及第一無線接收模塊，第一無線接收模塊與第一微處理器相連，第一微處理器與zigbee通訊模塊相連,第一微處理器與第一存儲模塊、語音處理模塊以及字庫模塊互連，zigbee通訊模塊同時與語音處理模塊相連。
[0006]所述的便攜式收發(fā)裝置包括:第二微處理器、第二無線接收模塊、定位模塊、按鍵以及第一存儲模塊，按鍵以及第二無線接收模塊與第二微處理器相連，第二微處理器與顯不模塊以及定位模塊相連，微處理器與第一存儲模塊互連。
[0007]所述的監(jiān)控主機(jī)同時連接有監(jiān)控屏幕。
[0008]所述的zigbee通訊模塊型號為CC2430。
[0009]所述的語音處理模塊型號為AMBE-1000。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的所具有的有益效果是: 本發(fā)明的基于zigbee的煤礦井下人員定位及信息傳送系統(tǒng)所具有的有益效果是:具有現(xiàn)有技術(shù)中的人員定位功能，同時能將井上的語音指令在井下轉(zhuǎn)換為文字信息，能夠從根本上解決由于井下復(fù)雜喧鬧的環(huán)境而造成的語音信號傳遞受阻的缺陷，特別是在發(fā)生礦難時，井上人員能夠通過監(jiān)控主機(jī)以及監(jiān)控屏幕上準(zhǔn)確判斷井下人員的位置以及最佳的逃生路線，并能夠?qū)⑻由肪€準(zhǔn)確的發(fā)至每個井下人員的便攜式收發(fā)裝置上，避免了由于情況緊急而造成的錯過最佳逃生路線和逃生時機(jī)情況的發(fā)生，確保了逃生的有序性，從而使每個井下人員的人身安全得到更加有力的保障。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為基于Zigbee的煤礦井下人員定位及信息傳送系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖2為基于zigbee的煤礦井下人員定位及信息傳送系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方框圖。
[0013]圖3為基于zigbee的煤礦井下人員定位及信息傳送系統(tǒng)信號轉(zhuǎn)換基站原理方框圖。
[0014]圖4為基于zigbee的煤礦井下人員定位及信息傳送系統(tǒng)便攜式收發(fā)裝置原理方框圖。
[0015]其中:1、監(jiān)控屏幕2、監(jiān)控主機(jī)3、信號轉(zhuǎn)換模塊4、巷道5、信號轉(zhuǎn)換基站?！揪唧w實施方式】
[0016]圖廣4是本發(fā)明的最佳實施例，下面結(jié)合附圖廣4對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0017]如圖1所示，本發(fā)明的基于zigbee的煤礦井下人員定位及信息傳送系統(tǒng)包括設(shè)置在巷道4內(nèi)的多個信號轉(zhuǎn)換基站5，身上攜帶有便攜式收發(fā)裝置(圖中未畫出)的井下人員在巷道4內(nèi)行走時，可以通過便攜式收發(fā)裝置以及信號轉(zhuǎn)換基站5的通訊實現(xiàn)人員的定位，同時可以通過信號轉(zhuǎn)換基站5接收來自井上的指令和信息。井下巷道4內(nèi)的多個信號轉(zhuǎn)換基站5之間基于zigbee無線通訊技術(shù)互連。通過多個信號轉(zhuǎn)換基站5之間的無線通訊，可以將井下的信號傳遞至井上，zigbee信號傳遞至井上之后由信號轉(zhuǎn)換模塊3接收，由信號轉(zhuǎn)換模塊3轉(zhuǎn)換成有線信號，并通過通訊接口與監(jiān)控主機(jī)2相連，與監(jiān)控主機(jī)2之間實現(xiàn)信息的互傳。監(jiān)控主機(jī)2同時與監(jiān)控屏幕I相連，可以將井下的實時動態(tài)在監(jiān)控屏幕I上進(jìn)行顯示。
[0018]若井下的巷道4相對筆直且無遮擋，則信號轉(zhuǎn)換基站5均布設(shè)置在該巷道4內(nèi)。若巷道4內(nèi)有遮擋，則需要增加信號轉(zhuǎn)換基站5的布設(shè)密度，以保證信號的傳遞。若在巷道4內(nèi)出現(xiàn)轉(zhuǎn)彎或分支，則在轉(zhuǎn)彎及分支處需增設(shè)信號轉(zhuǎn)換基站5。在井下通往井上的通道內(nèi)同時應(yīng)設(shè)置多個信號轉(zhuǎn)換基站5，從而保證井下各處的實時信息均可通過zigbee無線網(wǎng)絡(luò)傳遞至井上，實現(xiàn)了井上、井下的通訊無死角。通過zigbee無線傳輸可以將井下所有井下人員的位置狀況實時反映到井上并通過監(jiān)控屏幕I進(jìn)行顯示，同時井上的人員可以將語音指令通過無線傳遞至井下，并在信號轉(zhuǎn)換基站5內(nèi)完成語音和文字的轉(zhuǎn)換，并在井下人員隨身攜帶的便攜式無線收發(fā)裝置上進(jìn)行顯示。
[0019]如圖2所示的本發(fā)明的基于zigbee的煤礦井下人員定位及信息傳送系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方框圖，包括將依次互連的監(jiān)控主機(jī)2、信號轉(zhuǎn)換模塊3、信號轉(zhuǎn)換基站5以及便攜式無線收發(fā)裝置。監(jiān)控主機(jī)2和信號轉(zhuǎn)換模塊3通過監(jiān)控主機(jī)2的通訊接口實現(xiàn)互連，信號轉(zhuǎn)換模塊3用于實現(xiàn)zigbee無線信號和有線信號的轉(zhuǎn)換，信號轉(zhuǎn)換模塊3與信號轉(zhuǎn)換基站5之間通過zigbee無線信號實現(xiàn)互聯(lián)，信號轉(zhuǎn)換基站5以及井下人員隨身攜帶的便攜式無線收發(fā)裝置同樣通過zigbee無線信號與信號轉(zhuǎn)換基站5相連。在監(jiān)控主機(jī)2、通訊接口、信號轉(zhuǎn)換模塊3、信號轉(zhuǎn)換基站5以及便攜式無線收發(fā)裝置之間存在有兩條單向的信息傳輸線路:定位信息傳輸線路以及語音信息傳輸線路。定位信息傳輸線路由向井上傳遞，井下人員隨身攜帶的便攜式無線收發(fā)裝置實時的向外發(fā)出定位信號，與井下人員相鄰近的信號轉(zhuǎn)換基站5接收到便攜式無線收發(fā)裝置發(fā)出的定位信號之后，將定位信號繼續(xù)向相鄰的信號轉(zhuǎn)換基站5發(fā)送，直至傳遞至井上，設(shè)置在井上的信號轉(zhuǎn)換模塊3接收到定位信號之后，將定位信號轉(zhuǎn)換為有線信號，并通過通訊接口上傳至上位機(jī)，經(jīng)上位機(jī)處理后，在監(jiān)控屏幕I上進(jìn)行實時顯示。通過信號轉(zhuǎn)換模塊3可實現(xiàn)RS-485或RS-232與zigbee信號之間的轉(zhuǎn)換。
[0020]語音傳輸信號由井上向井下傳輸，井上人員將語音信號經(jīng)監(jiān)控主機(jī)2向外發(fā)送，語音信號經(jīng)過通訊接口傳遞至信號轉(zhuǎn)換模塊，由信號轉(zhuǎn)換模塊將有線信號轉(zhuǎn)換為無線信號之后經(jīng)zigbee向井下傳輸。語音信號傳送至信號轉(zhuǎn)換基站5之后，在信號轉(zhuǎn)換基站5內(nèi)完成語音和文字的轉(zhuǎn)換，并將文字信息下發(fā)至井下人員隨身攜帶的便攜式無線收發(fā)裝置上進(jìn)行顯示。由于井下環(huán)境較為復(fù)雜，所以直接進(jìn)行語音信號的傳輸往往無法起到預(yù)期的效果。特別是發(fā)生礦難時，井下環(huán)境更為喧鬧復(fù)雜，井下人員往往會忽略來自井上的語音提示，而且由于人員的大量擁擠，往往錯過了最佳的逃生路線及逃生時機(jī)。然而，井上人員通過監(jiān)控屏幕I對最佳的逃生路線有更直觀的認(rèn)識，通過語音將逃生信息傳遞至井下，在井下通過文字的形式對逃生的路線進(jìn)行傳輸，可以有序的安排井下人員進(jìn)行疏散，從而提高了逃生的成功率。
[0021]如圖3所示，信號轉(zhuǎn)換基站包括:第一存儲模塊、第一微處理器、zigbee通訊模塊、語音處理模塊、字庫模塊以及第一無線接收模塊。第一無線接收模塊與第一微處理器相連，第一微處理器與zigbee通訊模塊相連,第一微處理器與第一存儲模塊、語音處理模塊以及字庫模塊互連，zigbee通訊模塊同時與語音處理模塊相連。在進(jìn)行人員定位時,第一無線接收模塊接收到便攜式收發(fā)裝置的定位信號之后，將定位信號傳遞至第一微處理器，經(jīng)第一微處理器處理之后傳遞至zigbee通訊模塊，由zigbee通訊模塊向外繼續(xù)發(fā)送，直至發(fā)送至井上。在進(jìn)行語音信號的傳遞時，zigbee通訊模塊接收到井上傳遞的語音信號之后，首先將語音信號送至語音處理模塊運行處理，在語音處理模塊內(nèi)進(jìn)行處理之后，將語音信號傳遞至第一微處理器，第一微處理器根據(jù)語音信號調(diào)取字庫模塊內(nèi)的信息，與預(yù)存的字庫信息進(jìn)行匹配，匹配成功之后讀取相應(yīng)的文字信息，然后由第一微處理器將形成的文字信息發(fā)送至zigbee通訊模塊，由zigbee通訊模塊發(fā)送至每個井下人員的便攜式收發(fā)裝置內(nèi)進(jìn)行顯示。在本發(fā)明中，zigbee通訊模塊可用CC2430芯片實現(xiàn)，語音處理模塊可用AMBE-1000芯片實現(xiàn)，第一微處理器可采用市售常見的單片機(jī)實現(xiàn)。
[0022]如圖4所示，便攜式無線收發(fā)裝置包括:第二微處理器、第二無線接收模塊、定位模塊、按鍵以及第一存儲模塊。按鍵以及第二無線接收模塊與第二微處理器相連，第二微處理器與顯示模塊以及定位模塊相連，微處理器與第一存儲模塊互連。在進(jìn)行人員定位時，第二位處理器控制定位模塊定時向外發(fā)送定位信息，以實現(xiàn)人員的準(zhǔn)確定位。在進(jìn)行語音信號傳遞時，第二無線接收模塊接收到來自信號轉(zhuǎn)換基站發(fā)送的文字信息，將文字信息傳送至第二位處理器，由第二位處理器繼續(xù)發(fā)送至顯示模塊進(jìn)行顯示。當(dāng)文字信息為多行時，可通過按鍵實現(xiàn)多行的切換。在便攜式收發(fā)裝置內(nèi)同時設(shè)置有對整個便攜式收發(fā)裝置進(jìn)行供電的充電電池。
[0023]具體工作過程及原理如下:當(dāng)井下人員在巷道4內(nèi)工作時，隨身攜帶的便攜式收發(fā)裝置通過其內(nèi)的定位模塊不斷向外發(fā)送定位信號，相鄰近的信號轉(zhuǎn)換基站5內(nèi)的第一無線接收模塊接收到定位信號之后，將定位信號傳遞至第一微處理器，經(jīng)第一微處理器處理之后傳遞至zigbee通訊模塊，由zigbee通訊模塊向外繼續(xù)發(fā)送,直至發(fā)送至井上,發(fā)送至井上之后，經(jīng)信號轉(zhuǎn)換模塊3轉(zhuǎn)換成有線信號，并經(jīng)通訊接口傳送至監(jiān)控主機(jī)2內(nèi)，通過監(jiān)控主機(jī)2在監(jiān)控屏幕I上進(jìn)行顯示。
[0024]當(dāng)井上人員需要向井下人員傳遞訊息或井下發(fā)生礦難需要井上向井下發(fā)送逃生路線時，井上人員通過監(jiān)控主機(jī)2上的話筒發(fā)出語音信號，語音信號經(jīng)通訊接口傳送至信號轉(zhuǎn)換模塊3，經(jīng)信號轉(zhuǎn)換模塊3轉(zhuǎn)換為無線信號，并通過zigbee無線信號向井下傳送，當(dāng)傳送到信號轉(zhuǎn)換基站5內(nèi)后，信號轉(zhuǎn)換基站5內(nèi)的zigbee通訊模塊接收到語音信號之后發(fā)送至語音處理模塊，在語音處理模塊內(nèi)進(jìn)行處理之后，將語音信號傳遞至第一微處理器，第一微處理器根據(jù)語音信號調(diào)取字庫模塊內(nèi)的信息，與預(yù)存的字庫信息進(jìn)行匹配，匹配成功之后讀取相應(yīng)的文字信息，然后由第一微處理器將形成的文字信息發(fā)送至zigbee通訊模塊，由zigbee通訊模塊發(fā)送至井下人員隨身攜帶的便攜式收發(fā)裝置，便攜式收發(fā)裝置內(nèi)的第二無線接收模塊接收到文字信息之后，經(jīng)第二微處理器處理后通過顯示模塊進(jìn)行顯示。
[0025]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非是對本發(fā)明作其它形式的限制，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員可能利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容加以變更或改型為等同變化的等效實施例。但是凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與改型，仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.基于zigbee的煤礦井下人員定位及信息傳送系統(tǒng)，包括設(shè)置在井上的監(jiān)控主機(jī)(2)以及信號轉(zhuǎn)換模塊(3)，信號轉(zhuǎn)換模塊(3)與監(jiān)控主機(jī)(2)的通訊接口相連，其特征在于:在井下巷道(4)內(nèi)均布有多個用于傳遞信息以及實現(xiàn)語音文字信息轉(zhuǎn)換的信號轉(zhuǎn)換基站(5)，各信號轉(zhuǎn)換基站(5)通過zigbee無線信號與井下人員隨身攜帶的便攜式收發(fā)裝置實現(xiàn)通訊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于zigbee的煤礦井下人員定位及信息傳送系統(tǒng)，其特征在于:所述的信號轉(zhuǎn)換基站(5)包括第一存儲模塊、第一微處理器、zigbee通訊模塊、語音處理模塊、字庫模塊以及第一無線接收模塊，第一無線接收模塊與第一微處理器相連，第一微處理器與zigbee通訊模塊相連,第一微處理器與第一存儲模塊、語音處理模塊以及字庫模塊互連，zigbee通訊模塊同時與語音處理模塊相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于zigbee的煤礦井下人員定位及信息傳送系統(tǒng)，其特征在于:所述的便攜式收發(fā)裝置包括:第二微處理器、第二無線接收模塊、定位模塊、按鍵以及第一存儲模塊，按鍵以及第二無線接收模塊與第二微處理器相連，第二微處理器與顯示模塊以及定位模塊相連，微處理器與第一存儲模塊互連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于zigbee的煤礦井下人員定位及信息傳送系統(tǒng)，其特征在于:所述的監(jiān)控主機(jī)(2)同時連接有監(jiān)控屏幕(I)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于zigbee的煤礦井下人員定位及信息傳送系統(tǒng)，其特征在于:所述的zigbee通訊模塊型號為CC2430。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于zigbee的煤礦井下人員定位及信息傳送系統(tǒng)，其特征在于:所述的語音處理模塊型號為AMBE-1000。
【文檔編號】H04W4/02GK103648077SQ201310678910
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月14日
【發(fā)明者】徐偉杰, 李研, 李壽山, 孫文龍 申請人:山東中科納米管材有限公司