Volgens relevante statistieken staat het aantal dodelijke slachtoffers als gevolg van veiligheidsincidenten in kolenmijnen bovenaan de lijst van veiligheidsincidenten in het land.

De tunnels onder de mijn zijn complex en reddingswerkzaamheden brengen veel moeilijkheden met zich mee. Tegelijkertijd verschilt het personeelsmanagement ondergronds in kolenmijnen van het management bovengronds. Enerzijds wordt de positionering van personeel ondergronds beperkt door de tunnels, waardoor veel positioneringstechnologieën niet kunnen worden toegepast; anderzijds vereist positioneringstechnologie ondergronds een hogere mate van storingsbestendigheid. Bij een ongeval ondergronds in een kolenmijn is de meest gebruikte zoek- en reddingsmethode het gebruik van infrarooddetectoren. Het principe van infrarooddetectoren is het detecteren van de infraroodstraling die door het menselijk lichaam wordt uitgezonden om de locatie te bepalen en redding mogelijk te maken. Door het gebrek aan veiligheidsmaatregelen in kolenmijnen verzwakt de aanwezigheid van gas echter de infraroodstraling en is de detector gevoelig voor storingen van andere infraroodwarmtebronnen ondergronds, waardoor de effectiviteit in de praktijk afneemt. Naast infrarooddetectoren worden ook vaak hartslagdetectoren gebruikt. Deze detecteren voornamelijk de ultralage frequentiegolven die door het menselijk hart worden uitgezonden om personen te lokaliseren. Magnetronstraling heeft een sterk doordringend vermogen, maar kan ook mensen met een zwakke hartslag detecteren. Dit kan problemen opleveren. Om deze reden is een apparaat ontwikkeld voor realtime positionering van mijnwerkers in ondergrondse kolenmijnen. Het kan worden gebruikt voor het dagelijkse beheer van personeel en het verbeteren van de arbeidsefficiëntie tijdens normale werkzaamheden. Bij een ongeval kan het apparaat worden gebruikt om snel de locatie van ingesloten personen te bepalen. Dit artikel beschrijft een lokalisatieapparaat voor ondergrondse mijnwerkers op basis van RFID-technologie, hierna aangeduid als het RFID-reddingslokalisatieapparaat. Dit draagbare, compacte apparaat kan een essentieel onderdeel vormen van reddingswerkzaamheden in ondergrondse mijnen.

1

Algemeen systeemontwerp

1.1

Analyse van ontwerpvereisten

Voordat een RFID-reddingspositioneringsapparaat wordt ontworpen, is het noodzakelijk om de positioneringsbehoeften en technische kenmerken van het personeel in ondergrondse kolenmijnen te analyseren.

Ten slotte kan een gedetailleerd systeemontwerp worden gemaakt. Na een grondige analyse moet aan 3 eisen worden voldaan:

(1) Wordt geleverd met een eigen voeding en heeft lange werkuren

Gezien de ondergrondse

De tijdsduur dat personeel normaal werkt en de snelheid waarmee reddingsoperaties worden uitgevoerd.

prestaties, dus het systeem moet langer dan 48 uur kunnen werken;

Abstract: Door de complexe ondergrondse omgeving en het gebruik van infrarooddetectie- en levensdetectie-instrumenten is reddingsoperaties in kolenmijnen aan veel problemen onderhevig.

Beperking: de ontwikkeling van een positioneringsapparaat voor personeel in ondergrondse mijnen voor reddingsoperaties speelt een zeer belangrijke rol. Er is een methode voorgesteld die gebaseerd is op RFID-technologie.

Op basis van een analyse van de behoeften van positioneringssystemen in ondergrondse kolenmijnen, werden de zendmodule en de ontvangstmodule van het systeem als volgt samengesteld:

Het ontwerp werd voorgesteld, een methode voor het ontwerpen van een energiezuinig systeem werd voorgesteld, het RSSI-positioneringsalgoritme en het KWWN-algoritme in RFID-personeelspositioneringstechnologie werden toegelicht, en een hybride algoritme werd voorgesteld voor het lokaliseren van personeel ondergronds. Een simulatieomgeving werd gebouwd en gesimuleerd, waarbij de K-waarde werd gevarieerd. Bij K=4 is de foutmarge voor personeelspositionering het kleinst en kan het systeem voldoen aan de eisen voor ondergrondse reddingspositionering in kolenmijnen.

(2) Hoge betrouwbaarheid en storingsbestendigheid. Vanwege de zware omstandigheden onder de grond, de hoge luchtvochtigheid en de vele storingsbronnen tijdens en na het ongeval, de

Het RFID-reddingspositioneringsapparaat moet een hoge mate van betrouwbaarheid en storingsbestendigheid hebben;

(3) Gebruikersinformatie opslaan en beheer van meerdere gebruikers ondersteunen. In grote kolenmijnen werken doorgaans meer dan 100 mensen ondergronds. Gezien het ontwerp

Er is nog wat ruimte over, dus het RFID-reddingspositioneringsapparaat moet gebruikersinformatie kunnen opslaan en gebruikersbeheerfuncties voor 150 personen kunnen ondersteunen.

1.2

Algemeen systeemontwerp

RFID-technologie is een relatief vol成熟e draadloze radiofrequentiecommunicatietechnologie, die hoofdzakelijk tot stand komt door het koppelingsfenomeen van radiofrequentiesignalen in de ruimte.

Overdracht van informatie. RFID-technologie wordt veel gebruikt in sectoren zoals productidentificatie en elektronische diefstalpreventie. In positioneringssystemen kunnen dieren en voertuigen worden gemarkeerd. Typische toepassingen zijn onder andere het markeren van huisdieren en het beheer van medisch afval.

Het algehele ontwerp van het op RFID-technologie gebaseerde reddingspositioneringsapparaat is verdeeld in twee delen. Het ene deel is een zender die door het ondergrondse personeel op het lichaam wordt gedragen.

Het andere onderdeel van de module is de ontvangstmodule voor het ontvangen van signalen.

(1) Lanceereenheidmodule

Het algemene blokschema van het ontwerp van de zendermodule is weergegeven in Figuur 1. Figuur 1 Modulediagram van de zendereenheid op basis van RFID

Het ontwerp van de RFID-zendmodule omvat een STC-microcontroller, knoppen, vooropslag van taginformatie, een SPI-interface, een module voor het verzenden van radiofrequentie-informatie en een voedingsmodule, enzovoort.

① STC-microcontroller De microcontroller is de kern van de besturingseenheid. Deze implementeert...

De detectie van de resetknop en de functieknoppen is nu geïmplementeerd, en het realiseert ook...

Vooraf opslaan van taginformatie. Selecteer de MSP430F413 microcontroller, core.

De voedingsspanning bedraagt ​​3,3 V;

②Knop

De knop is een belangrijke factor voor het realiseren van de reddingspositioneringsfunctie.

Elementen, waaronder de resetknop en de functietoets, en het helpsysteem van de resetknop in

Bij een storing kan de oorspronkelijke toestand worden hersteld en kan de functietoets worden gebruikt.

Geeft een noodsignaal af wanneer erop gedrukt wordt;

③Vooraf opslaan van labelinformatie. Deze functie maakt gebruik van vooraf opgestelde statistieken over de ondergrond.

Werknemersgerelateerde informatie, zoals leeftijd, geslacht, lengte en eventuele onderliggende aandoeningen.

enz., zet deze informatie om in binaire informatie en sla deze op in het FLASH-geheugen.

Selecteer K9F1G08U0 met een capaciteit van 128 MB.

Bij het verzenden van informatie leest de STC-microcontroller eerst de fase uit het FLASH-geheugen.

informatie, en uiteindelijk wordt de informatie verzonden via de radiofrequentie-informatieverzendmodule;

④ SPI-interface

De SPI-interface is een interface voor de overdracht van informatie via radiofrequentie tussen microcontrollers.

Verzend een communicatie-interface tussen modules;

⑤RF-informatieverzendmodule

Aangezien de STC-microcontroller SPI

De spanning van het communicatiesignaal komt niet overeen met het uiteindelijk verzonden signaal, dus

Het is noodzakelijk om de frequentie te bepalen die nodig is voor de synthese en om het signaal te moduleren en demoduleren.

Ten slotte wordt het signaal versterkt en verzonden;

⑥Voedingsmodule De indicator van de voedingsmodule dient om reddingsoperaties onder de grond te garanderen

De belangrijkste factoren, naast de signaalzendmodule in de software, zijn...

Naast energiebeheer moet de voedingsmodule ook onafhankelijk worden ontworpen, zodat

De algehele voedingsspanning is stabiel en de continue werktijd bedraagt ​​meer dan 48 uur.

(2) Ontwerp van de ontvangstmodule

De ontvangstmodule gebruikt nog steeds de STC-microcontroller als kernbesturing.

De taginformatie wordt na modulatie en demodulatie via RS232-communicatie verzonden.

Stuur het naar de STC-microcontroller. De STC-microcontroller slaat de informatie van de RFID-tag op.

Sla de gegevens op in het FLASH-geheugen en wacht op een commando van een externe knop om het LCD-scherm te gebruiken.

De door de microcontroller verwerkte gebruikerstaginformatie wordt weergegeven, evenals de voedingsmodule.

Het blok is verantwoordelijk voor de stroomvoorziening van de gehele ontvangstmodule. RFID-gebaseerde ontvangst

De meta-module wordt weergegeven in Figuur 2.

Figuur 2 Diagram van de RFID-gebaseerde ontvangstmodule

2

Energiezuinig ontwerp en implementatie van personeelspositionering

2.1

Systeem met laag energieverbruik

Voedingsmodule in RFID-gebaseerde zendereenheidmodule

is zeker, dus om ervoor te zorgen dat het systeem lange tijd stabiel kan functioneren, is het belangrijk om dit te garanderen.

Om te functioneren moet het systeem ontworpen zijn voor een laag energieverbruik. Laag energieverbruik van het systeem

Het ontwerp omvat hardwareontwerp en softwareontwerp, met name inclusief 2

aspect:

(1) Selectie van de kerncontroller

De kern die in dit ontwerp is gekozen

De controller is een MSP430F413, die meerdere energiebesparende modi heeft die

Maak kennis met de langetermijnbehoeften van het systeem. Met een voeding van 2,2 V,

MSP430F413 verbruikt 0,5 μA in stand-by-modus en uitschakelmodus.

(RAM-retentie) stroom is 0,1 μA, stroom in ultra-laagvermogen bedrijfsmodus

De stroomsterkte bedraagt ​​230 μA. Daarom is de zendmodule in praktische toepassingen

Het stroomverbruik is zeer laag tijdens normaal gebruik;

(2) Softwareontwerp Om ervoor te zorgen dat het systeem op de lange termijn kan worden gerealiseerd

Door continu gebruik gedurende een bepaalde periode begint het systeem in een ultralage belastingsmodus te komen.

Energieverbruiksmodus, gebaseerd op een eigen kloksysteem in de software.

Om de tijd te meten, voer in zonder externe knopinvoeronderbreking.

De standbymodus en de speciaal ontworpen actieve wekknop kunnen helpen bij ondergrondse toepassingen.

Het personeel kan het systeem direct van de stand-bymodus naar de energiebesparende modus schakelen wanneer het in gebruik is.

verbruiksmodus. Dit voldoet niet alleen aan de behoeften van ondergrondse reddingsoperaties, maar ook aan die van andere werkzaamheden.

Het schept tevens de voorwaarden waaronder het systeem stand-bywerkzaamheden kan blijven uitvoeren.