煤礦井下人員定位技術研究

重慶工業職業技術學院 陳媛媛

煤礦井下人員定位技術研究

重慶工業職業技術學院 陳媛媛

煤礦井下開采作業相對于其他職業來說是危險系數較高的一項職業。妨礙救援的主要原因是不能確定被困人員的準確位置。因此，研制工作人員位置定位跟蹤系統就顯得極其重要和十分迫切。本文首先對比了幾種主要的目標定位技術，分析了各自的優缺點，然后針對低功耗藍牙技術，提出了一套完整的煤礦井下目標定位系統的設計方案。

藍牙4.0；CC2540；區域定位

前言

煤礦井下是危險的工作場所，煤炭事故時有發生，造成大量的損失。在分析常見的煤礦事故時可以發現造成救援遲緩的原因之一是井下人員分布情況無法被上層監控中心掌握。因此，針對煤礦井下設計基于移動目標的定位系統，對于掌握井下工作人員狀況，一旦發生事故及時展開救援具有非常重要的意義。同時，該系統的設計對于加強工作人員管理、考勤以及生產過程優化等，都具有很強的參考價值。

1 藍牙4.0

藍牙是一種短距離交換數據的無線技術標準（在ISM頻段使用短波長UHF無線電波從2.4到2.485千兆赫（4）），從固定和移動設備，以及建立個人區域網絡（PAN）。1994年由電信廠商愛立信發明，它最初被認為是一種RS-232數據電纜的無線替代品。藍牙技術從起始到現在先后經歷了1.1、1.2、2.0、2.1、3.0、4.0、4.1和4.2多版本的進化歷程。本文討論的是基于藍牙4.0的低功耗藍牙芯片。

2 系統構成

圖1 定位系統設計圖

系統的總體方案如圖1所示，監控中心的上位機工作在上層以太網，現場數據的采集則通過三級總線網絡完成(485或CAN)，以太網與總線間通過STM32網關完成信息的轉換與交互。而總線間則以一個STM32分站作為網關，完成信息交互。總線上掛接分站、基站兩種設備，分站負責采集井下環境、工作信息，基站負責采集信標器藍牙模塊信息，并將信息逐級上傳。

信標器設計采用德州儀器提供的藍牙4.0典型芯片CC2540，其工作電壓為2～3.6V，我們取3.3V為本系統的供電電壓。但是由于基站還要掛接其他傳感器，因此我們采用5V電池作為電源的輸入，并通過TPS62730進行穩壓來保持電源輸出的穩定性。同時，由于藍牙同步和精度的原因，CC2540正常工作需要設計2個晶振，分別為32.768KHz和32MHz的晶振。整個信標器主電路原理圖如下所示。

圖2 CC2540原理圖

[1]張申.隧道無線電射線傳輸規律的研究[J].電波科學學報, 2002,17(02).

[2]王勝坤.礦井無線通信系統探討[J].電信科學,1998(03): 47～48.

[3]李剛,劉志田,王春田,孫德晨.無線系統天線簡介及干擾抑制[J].石油儀器,2002,16(01):46～47.

陳媛媛，女，1982年出生，碩士，副教授，研究方向：通信技術。

本文受重慶市教育委員會科研項目資助，項目編號KJ1403001。