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(hào)轉(zhuǎn)換模塊（3），信號(hào)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(gè)用于傳遞信息以及實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音文字信息轉(zhuǎn)換的信號(hào)轉(zhuǎn)換基站（5），各信號(hào)轉(zhuǎn)換基站（5）通過zigbee無線信號(hào)與井下人員隨身攜帶的便攜式收發(fā)裝置實(shí)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(shí)能夠?qū)⒕系闹噶钐貏e是發(fā)生礦難時(shí)的逃生指令以文字的形式發(fā)送至井下每個(gè)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(shí)的人員定位及網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在我國(guó)由于各個(gè)煤礦的地質(zhì)條件的不同，煤層氣(瓦斯)的瓦斯含量是動(dòng)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(shí)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(shí)井上人員無法在第一時(shí)間及時(shí)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(gè)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(chǎng)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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；2、僅針對(duì)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(shí)一般采用語(yǔ)音信號(hào)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(yǔ)音方式進(jìn)行信息的傳遞很難實(shí)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(shí)能夠?qū)⒕系闹噶钐貏e是發(fā)生礦難時(shí)的逃生指令以文字的形式發(fā)送至井下每個(gè)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(hào)轉(zhuǎn)換模塊，信號(hào)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(gè)用于傳遞信息以及實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音文字信息轉(zhuǎn)換的信號(hào)轉(zhuǎn)換基站，各信號(hào)轉(zhuǎn)換基站通過zigbee無線信號(hào)與井下人員隨身攜帶的便攜式收發(fā)裝置實(shí)現(xiàn)通訊。
[0005]所述的信號(hào)轉(zhuǎn)換基站包括第一存儲(chǔ)模塊、第一微處理器、zigbee通訊模塊、語(yǔ)音處理模塊、字庫(kù)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(chǔ)模塊、語(yǔ)音處理模塊以及字庫(kù)模塊互連，zigbee通訊模塊同時(shí)與語(yǔ)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(chǔ)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(chǔ)模塊互連。
[0007]所述的監(jiān)控主機(jī)同時(shí)連接有監(jiān)控屏幕。
[0008]所述的zigbee通訊模塊型號(hào)為CC2430。
[0009]所述的語(yǔ)音處理模塊型號(hào)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(shí)能將井上的語(yǔ)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(yǔ)音信號(hào)傳遞受阻的缺陷，特別是在發(fā)生礦難時(shí)，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(gè)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(cuò)過最佳逃生路線和逃生時(shí)機(jī)情況的發(fā)生，確保了逃生的有序性，從而使每個(gè)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(hào)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(hào)轉(zhuǎn)換模塊4、巷道5、信號(hào)轉(zhuǎn)換基站?！揪唧w實(shí)施方式】
[0016]圖廣4是本發(fā)明的最佳實(shí)施例，下面結(jié)合附圖廣4對(duì)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(gè)信號(hào)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(shí)，可以通過便攜式收發(fā)裝置以及信號(hào)轉(zhuǎn)換基站5的通訊實(shí)現(xiàn)人員的定位，同時(shí)可以通過信號(hào)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(gè)信號(hào)轉(zhuǎn)換基站5之間基于zigbee無線通訊技術(shù)互連。通過多個(gè)信號(hào)轉(zhuǎn)換基站5之間的無線通訊，可以將井下的信號(hào)傳遞至井上，zigbee信號(hào)傳遞至井上之后由信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊3接收，由信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊3轉(zhuǎn)換成有線信號(hào)，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(shí)現(xiàn)信息的互傳。監(jiān)控主機(jī)2同時(shí)與監(jiān)控屏幕I相連，可以將井下的實(shí)時(shí)動(dòng)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(duì)筆直且無遮擋，則信號(hào)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(hào)轉(zhuǎn)換基站5的布設(shè)密度，以保證信號(hào)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(hào)轉(zhuǎn)換基站5。在井下通往井上的通道內(nèi)同時(shí)應(yīng)設(shè)置多個(gè)信號(hào)轉(zhuǎn)換基站5，從而保證井下各處的實(shí)時(shí)信息均可通過zigbee無線網(wǎng)絡(luò)傳遞至井上，實(shí)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(shí)時(shí)反映到井上并通過監(jiān)控屏幕I進(jìn)行顯示，同時(shí)井上的人員可以將語(yǔ)音指令通過無線傳遞至井下，并在信號(hào)轉(zhuǎn)換基站5內(nèi)完成語(yǔ)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(hào)轉(zhuǎn)換模塊3、信號(hào)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(hào)轉(zhuǎn)換模塊3通過監(jiān)控主機(jī)2的通訊接口實(shí)現(xiàn)互連，信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊3用于實(shí)現(xiàn)zigbee無線信號(hào)和有線信號(hào)的轉(zhuǎn)換，信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊3與信號(hào)轉(zhuǎn)換基站5之間通過zigbee無線信號(hào)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，信號(hào)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(hào)與信號(hào)轉(zhuǎn)換基站5相連。在監(jiān)控主機(jī)2、通訊接口、信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊3、信號(hào)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(yǔ)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(shí)時(shí)的向外發(fā)出定位信號(hào)，與井下人員相鄰近的信號(hào)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(hào)之后，將定位信號(hào)繼續(xù)向相鄰的信號(hào)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(hào)轉(zhuǎn)換模塊3接收到定位信號(hào)之后，將定位信號(hào)轉(zhuǎn)換為有線信號(hào)，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(shí)時(shí)顯示。通過信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊3可實(shí)現(xiàn)RS-485或RS-232與zigbee信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換。
[0020]語(yǔ)音傳輸信號(hào)由井上向井下傳輸，井上人員將語(yǔ)音信號(hào)經(jīng)監(jiān)控主機(jī)2向外發(fā)送，語(yǔ)音信號(hào)經(jīng)過通訊接口傳遞至信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊，由信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊將有線信號(hào)轉(zhuǎn)換為無線信號(hào)之后經(jīng)zigbee向井下傳輸。語(yǔ)音信號(hào)傳送至信號(hào)轉(zhuǎn)換基站5之后，在信號(hào)轉(zhuǎn)換基站5內(nèi)完成語(yǔ)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(yǔ)音信號(hào)的傳輸往往無法起到預(yù)期的效果。特別是發(fā)生礦難時(shí)，井下環(huán)境更為喧鬧復(fù)雜，井下人員往往會(huì)忽略來自井上的語(yǔ)音提示，而且由于人員的大量擁擠，往往錯(cuò)過了最佳的逃生路線及逃生時(shí)機(jī)。然而，井上人員通過監(jiān)控屏幕I對(duì)最佳的逃生路線有更直觀的認(rèn)識(shí)，通過語(yǔ)音將逃生信息傳遞至井下，在井下通過文字的形式對(duì)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(hào)轉(zhuǎn)換基站包括:第一存儲(chǔ)模塊、第一微處理器、zigbee通訊模塊、語(yǔ)音處理模塊、字庫(kù)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(chǔ)模塊、語(yǔ)音處理模塊以及字庫(kù)模塊互連，zigbee通訊模塊同時(shí)與語(yǔ)音處理模塊相連。在進(jìn)行人員定位時(shí),第一無線接收模塊接收到便攜式收發(fā)裝置的定位信號(hào)之后，將定位信號(hào)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(yǔ)音信號(hào)的傳遞時(shí)，zigbee通訊模塊接收到井上傳遞的語(yǔ)音信號(hào)之后，首先將語(yǔ)音信號(hào)送至語(yǔ)音處理模塊運(yùn)行處理，在語(yǔ)音處理模塊內(nèi)進(jìn)行處理之后，將語(yǔ)音信號(hào)傳遞至第一微處理器，第一微處理器根據(jù)語(yǔ)音信號(hào)調(diào)取字庫(kù)模塊內(nèi)的信息，與預(yù)存的字庫(kù)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(gè)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(shí)現(xiàn)，語(yǔ)音處理模塊可用AMBE-1000芯片實(shí)現(xiàn)，第一微處理器可采用市售常見的單片機(jī)實(shí)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(chǔ)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(chǔ)模塊互連。在進(jìn)行人員定位時(shí)，第二位處理器控制定位模塊定時(shí)向外發(fā)送定位信息，以實(shí)現(xiàn)人員的準(zhǔn)確定位。在進(jìn)行語(yǔ)音信號(hào)傳遞時(shí)，第二無線接收模塊接收到來自信號(hào)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(shí)，可通過按鍵實(shí)現(xiàn)多行的切換。在便攜式收發(fā)裝置內(nèi)同時(shí)設(shè)置有對(duì)整個(gè)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(shí)，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(hào)，相鄰近的信號(hào)轉(zhuǎn)換基站5內(nèi)的第一無線接收模塊接收到定位信號(hào)之后，將定位信號(hào)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(hào)轉(zhuǎn)換模塊3轉(zhuǎn)換成有線信號(hào)，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(shí)，井上人員通過監(jiān)控主機(jī)2上的話筒發(fā)出語(yǔ)音信號(hào)，語(yǔ)音信號(hào)經(jīng)通訊接口傳送至信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊3，經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊3轉(zhuǎn)換為無線信號(hào)，并通過zigbee無線信號(hào)向井下傳送，當(dāng)傳送到信號(hào)轉(zhuǎn)換基站5內(nèi)后，信號(hào)轉(zhuǎn)換基站5內(nèi)的zigbee通訊模塊接收到語(yǔ)音信號(hào)之后發(fā)送至語(yǔ)音處理模塊，在語(yǔ)音處理模塊內(nèi)進(jìn)行處理之后，將語(yǔ)音信號(hào)傳遞至第一微處理器，第一微處理器根據(jù)語(yǔ)音信號(hào)調(diào)取字庫(kù)模塊內(nèi)的信息，與預(yù)存的字庫(kù)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(shí)施例而已，并非是對(duì)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(shí)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(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)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(hào)轉(zhuǎn)換模塊(3)，信號(hào)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(gè)用于傳遞信息以及實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音文字信息轉(zhuǎn)換的信號(hào)轉(zhuǎn)換基站(5)，各信號(hào)轉(zhuǎn)換基站(5)通過zigbee無線信號(hào)與井下人員隨身攜帶的便攜式收發(fā)裝置實(shí)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(hào)轉(zhuǎn)換基站(5)包括第一存儲(chǔ)模塊、第一微處理器、zigbee通訊模塊、語(yǔ)音處理模塊、字庫(kù)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(chǔ)模塊、語(yǔ)音處理模塊以及字庫(kù)模塊互連，zigbee通訊模塊同時(shí)與語(yǔ)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(chǔ)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(chǔ)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(shí)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(hào)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(yǔ)音處理模塊型號(hào)為AMBE-1000。
【文檔編號(hào)】H04W4/02GK103648077SQ201310678910
【公開日】2014年3月19日 申請(qǐng)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(qǐng)人:山東中科納米管材有限公司