專利名稱：地震及井下被困人員搜救系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電子與信息領(lǐng)域，特別是涉及一種地震及井下被困人員搜救系
統(tǒng)它既能用于地震被困人員的搜救，又能用于井下被困人員的搜救。
背景技術(shù)：
中國是震災(zāi)頻發(fā)的國家，加強(qiáng)地震現(xiàn)場的應(yīng)急搜救，是保障人民生命安全、 減輕地震災(zāi)害的有效途徑。如今，用鋼筋、預(yù)制板建成的高樓大廈到處卑立， 而一旦遇到強(qiáng)烈地震倒塌后將給救援工作帶來纟艮大影響，1976年發(fā)生的唐山大 地震中，就是因?yàn)槿鄙僭O(shè)備，使很多被埋壓受傷人員未能被及時(shí)發(fā)現(xiàn)得到搶救 而造成死亡。目前地震災(zāi)害中，僅依靠現(xiàn)有設(shè)備很難發(fā)現(xiàn)埋壓在廢墟深處的人 員，急需發(fā)明一種有效的專業(yè)搜救設(shè)備。
另外，在煤礦等礦井下，由于地質(zhì)情況復(fù)雜，產(chǎn)生危險(xiǎn)的可能性大，通常 要安裝井下人員監(jiān)測系統(tǒng)，但這種監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸必須通過電纜、光纖或 無線監(jiān)測節(jié)點(diǎn)等傳輸網(wǎng)絡(luò)傳送，可是在礦難時(shí)由于塌方等原因，4艮可能造成電 纜、光纖或監(jiān)測節(jié)點(diǎn)斷裂、燒毀、故障以致無法傳輸數(shù)據(jù)，使得這種系統(tǒng)的傳 輸網(wǎng)絡(luò)遭到破壞，因此需要一種在這種情況下還能傳送數(shù)據(jù)的方法以作為緊急 情況下的搜救手段。
綜上所述，發(fā)明一種專業(yè)的地震及井下被困人員搜救系統(tǒng)，它不必依賴于 其他任何傳輸網(wǎng)絡(luò)而能獨(dú)立工作，以便迅速發(fā)現(xiàn)被埋壓在深處的被困人員，將 會(huì)有效加強(qiáng)現(xiàn)場的應(yīng)急搜救效果，使被困人員的生還幾率得到明顯提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種適用于地震或井下被困人員的搜救系統(tǒng)。為實(shí) 現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是地震及井下被困人員搜救系統(tǒng)，包括無線數(shù)據(jù)發(fā)送單元和便攜式無線數(shù)據(jù)接收設(shè)備，它不必依賴于其他任何傳輸網(wǎng)
絡(luò)而能獨(dú)立工作；無線數(shù)據(jù)發(fā)送單元隨身攜帶于井下人員或可能發(fā)生地震地區(qū) 的人身上，便攜式無線數(shù)據(jù)接收設(shè)備由搜救人員在發(fā)生災(zāi)害時(shí)使用。
為了有效地進(jìn)行穿透障礙物的無線傳輸，合理的選擇無線通信頻率很重要。 我們知道長波波段的無線電信號(hào)有利于穿透障礙物，所以如羅蘭-C定位系統(tǒng)采 用傳播衰減低的100千赫的低頻頻率，而美國軍用奧米加定位系統(tǒng)采用約14千 赫的甚低頻頻率，信號(hào)能穿透水下幾十米，美國TeleMag的TTE系統(tǒng)也采用甚 低頻通信，信號(hào)可以穿透井下，但它們共有的缺點(diǎn)是所需的天線很長，若工作 于井下，則需要專門布設(shè)笨重的天線，如TeleMag的TTE系統(tǒng)布設(shè)于井下的環(huán) 狀天線其直徑竟達(dá)60英尺，以至于在礦難時(shí)失去了實(shí)用^介值。
如果能既利用低頻甚低頻無線電信號(hào)有利于穿透障礙物的優(yōu)點(diǎn)，而又能解 決其所需的發(fā)射天線很長的缺點(diǎn)，就能把低頻甚低頻通信應(yīng)用于井下搜救系統(tǒng)。
本發(fā)明通過合理地選擇無線通信頻率，采用磁棒發(fā)射天線，加大接收設(shè)備的靈 敏度，使得在發(fā)射機(jī)沒有外接天線時(shí)就能達(dá)到較遠(yuǎn)的數(shù)據(jù)傳輸距離，又設(shè)計(jì)了 巧妙的使用方法，可以很容易地把在井難時(shí)不會(huì)如電纜線那樣會(huì)斷裂的鐵軌作 為發(fā)射天線，使低頻甚低頻通信可以實(shí)際應(yīng)用于井下被困人員搜救系統(tǒng)，而由 于地震時(shí)的倒塌建筑物的掩埋深度沒有井下塌方那么深，本發(fā)明同樣也適用于 地震被困人員的搜救，這時(shí)發(fā)射機(jī)就不需要再外接鐵軌作發(fā)射天線了 。
無線數(shù)據(jù)發(fā)送單元包含電源、穩(wěn)壓器、單片機(jī)、推挽發(fā)射電路、磁棒發(fā)射 天線及發(fā)射指示燈，還含有一根尾部焊接有一塊能導(dǎo)電的小合金磁鐵的外接天 線，它被設(shè)計(jì)成符合本質(zhì)安全標(biāo)準(zhǔn)，以適合在井下工作，其原理框圖見圖1，電 路原理圖見圖2。信號(hào)采用調(diào)頻FSK方式，發(fā)射頻率為20 ~ lOOKHz，波長為3 ~ 15千米，調(diào)制度為士3KHz,為了使無線數(shù)據(jù)發(fā)送單元體積小巧，本發(fā)明采用比 甚低頻略高的低頻頻率的低端，具體實(shí)施例采用50KHz，波長為6千米。
這里介紹編碼方式碼長40bit,前16bit為引導(dǎo)碼，后24bit為卡號(hào)，共有約1680萬個(gè)編碼，采用可變波特率信號(hào)0為2400波特率，碼長約0.42毫秒， 信號(hào)1為1200波特率，碼長約0.84毫秒，每bit改變一次相位，引導(dǎo)碼為信號(hào) 0,每發(fā)射一串碼平均約22毫秒，為節(jié)省電能以延長發(fā)射時(shí)間，每10秒發(fā)射一 串碼，電源使用時(shí)間占空比約為1: 450,若選用6V供電，發(fā)射時(shí)電流調(diào)在約 50-60mA，采用兩個(gè)CR2032的紐扣鋰電池，單片機(jī)不發(fā)射時(shí)處于微功耗狀態(tài)， 則工作時(shí)間至少可長達(dá)500小時(shí)以上，完全符合實(shí)用要求，若要求更大的發(fā)射 功率或更長的工作時(shí)間可采用CR2450紐扣鋰電池，注意紐扣鋰電池要向電池生 產(chǎn)廠家要求采用符合本質(zhì)安全標(biāo)準(zhǔn)的。另外為了解決多個(gè)無線數(shù)據(jù)發(fā)送單元同 時(shí)發(fā)射可能引起的沖突，單片機(jī)在每發(fā)下一串碼前加上一個(gè)不大于16進(jìn)制數(shù)F 的隨機(jī)延時(shí)，每單位延時(shí)22毫秒，即隨機(jī)延時(shí)0-330毫秒，以錯(cuò)開下一串碼 的發(fā)射時(shí)間。本編碼方式的主要特點(diǎn)是碼的整體長度比較短，當(dāng)然也可以采用 別的編;馬方式。
無線數(shù)據(jù)發(fā)送單元平時(shí)不工作、不耗電，可長期保存，遇到險(xiǎn)情時(shí)拔出開 關(guān)使其進(jìn)入工作狀態(tài)，每10秒發(fā)射一串脈沖，并在每5秒指示燈閃亮0,25秒以 讓被困人員確知發(fā)射器在工作。發(fā)射線圈采用小型扁磁棒繞制以減小無線數(shù)據(jù) 發(fā)送單元的體積，并且有一根尾部焊接有一塊能導(dǎo)電的小合金磁鐵的外接天線， 外接天線平時(shí)繞在無線數(shù)據(jù)發(fā)送單元的外殼上，地震時(shí)可以解開以增加發(fā)射距 離，井下遇到險(xiǎn)情時(shí)可以解開并讓它吸附在井道內(nèi)的鐵軌上，讓鐵軌成為發(fā)射 天線；對(duì)于幾十千赫的低頻甚低頻無線電信號(hào)，波長長達(dá)數(shù)千米，接在數(shù)千米 長的鐵軌上鐵軌就成為有效的發(fā)射天線，即使鐵軌被井下塌方部分掩埋了 ，低 頻甚低頻無線電信號(hào)亦能在被塌方包圍的鐵軌上傳輸很遠(yuǎn)，可把陷在井下人員 的生還求救信號(hào)傳送出來，這是本發(fā)明可以工作在井下的主要原理。由于無線 數(shù)據(jù)發(fā)送單元需要人為操作，本發(fā)明還避免了普通井下人員監(jiān)測系統(tǒng)只認(rèn)卡號(hào)， 不能判斷被困人員是否生存的問題；本發(fā)明若與井下人員監(jiān)測系統(tǒng)配合使用， 在發(fā)生事故井下人員監(jiān)測系統(tǒng)癱瘓后，被困人員仍可以使用本發(fā)明把生還求信號(hào)傳送出來。
無線數(shù)據(jù)接收設(shè)備被設(shè)計(jì)成便攜式，以方便現(xiàn)場搜救，它也被設(shè)計(jì)成符合
本質(zhì)安全標(biāo)準(zhǔn)；它包含無線接收和信號(hào)處理兩部分無線接收部分為二次變頻 超外差調(diào)頻接收器，包含接收靈敏度調(diào)節(jié)、高放、第一本振、第一混頻、預(yù)中 放、第二本振、第二混頻、中放、鑒頻輸出；信號(hào)處理部分包含濾波整形放大、 單片機(jī)、非易失性存儲(chǔ)器EEPROM、液晶驅(qū)動(dòng)器、液晶顯示器、指示燈、功率 放大器和喇p八。無線接收部分是一個(gè)專業(yè)的通信接收電路，接收靈敏度很高， 獨(dú)有的接收靈敏度調(diào)節(jié)旋鈕平時(shí)調(diào)在靈敏度高的位置，在地震現(xiàn)場搜救發(fā)現(xiàn)信 號(hào)后可調(diào)低靈敏度以縮小搜救范圍，在井下現(xiàn)場搜救時(shí)可把無線數(shù)據(jù)接收設(shè)備 外接天線接到鐵軌上，鐵軌又成為接收天線，以增加接收靈敏度。單片機(jī)對(duì)所 接收到的信號(hào)解碼后，液晶顯示器輪流顯示所接收到的所有卡號(hào)，每次可同時(shí) 顯示多個(gè)，并用聲光提示救援人員。無線數(shù)據(jù)接收設(shè)備的原理框圖見圖3,無線 接收部分和濾波整形放大電路原理圖見圖4，信號(hào)處理部分電路原理圖見圖5。 本發(fā)明的有益效果是提供了一種適用于地震或井下被困人員的搜救系統(tǒng)， 本發(fā)明既能用于地震被困人員的搜救，又能用于井下被困人員的搜救。本發(fā)明 采用低頻甚低頻無線電信號(hào)，波長長達(dá)數(shù)千米，穿透障礙物的能力強(qiáng)，在地震 現(xiàn)場搜救發(fā)現(xiàn)信號(hào)后可調(diào)低無線數(shù)據(jù)接收設(shè)備的靈敏度以縮小搜救范圍，在井 下可利用鐵軌作為無線數(shù)據(jù)發(fā)送單元的發(fā)射天線，把陷在井下人員的生還求救 信號(hào)傳出來，在井下現(xiàn)場搜救時(shí)還可以把無線數(shù)據(jù)接收設(shè)備外接天線接到鐵軌 上以增加接收靈敏度。本發(fā)明為地震及井下被困人員搜救提供了 一種專業(yè)的搜 救工具。
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。


圖1本發(fā)明無線數(shù)據(jù)發(fā)送單元原理框圖；圖2本發(fā)明無線數(shù)據(jù)發(fā)送單元電路原理圖； 圖3本發(fā)明無線數(shù)據(jù)接收設(shè)備原理框圖4本發(fā)明無線數(shù)據(jù)接收設(shè)備無線接收部分和濾波整形放大電路原理圖； 圖5本發(fā)明無線數(shù)據(jù)接收設(shè)備信號(hào)處理部分電路原理圖。
具體實(shí)施例方式
1、 見圖2本發(fā)明無線數(shù)據(jù)發(fā)送單元電路原理圖。兩個(gè)CR2032的紐扣鋰電 池由開關(guān)K接通后，+6V電壓經(jīng)低功耗穩(wěn)壓塊U2輸出3V電壓給單片機(jī)U1供 電，Ul采用超微功耗單片機(jī)MSP430F1111A,也可以釆用其它低功耗單片機(jī)， Jl是單片機(jī)的仿真接口，批量生產(chǎn)時(shí)可以不用；單片機(jī)每10秒由P10、 Pll輸 出一串相位互補(bǔ)的本卡號(hào)編碼調(diào)制的脈沖串，頻率為50 KHz,調(diào)制度為± 3KHz， 驅(qū)動(dòng)Q1、 Q2，由采用小型扁磁棒繞制的發(fā)射線圈Tl把震蕩信號(hào)發(fā)射出去，輸 出功率可由R3R4或R5調(diào)整，發(fā)射時(shí)電流調(diào)在約50-60mA，每發(fā)射一串碼平 均約22毫秒，電源使用時(shí)間占空比約為1: 450,則平均耗電很少；P23每5秒 控制指示燈閃亮0.25秒以讓被困人員確知發(fā)射器在工作；選用6V供電，采用 兩個(gè)CR2032的紐扣鋰電池，單片機(jī)在不發(fā)射時(shí)處于微功耗狀態(tài)，則工作時(shí)間至 少可長達(dá)500小時(shí)以上；濾波電解C1的取值不能太小以免影響能量的儲(chǔ)存，但 又必須符合本質(zhì)安全要求，按GB3836.4-2000符合最高安全級(jí)別的IIC類設(shè)備， 取x 1. 5倍安全系數(shù)，在+6V工作電壓時(shí)要求Cl不大于40微法，則取C1為33 微法；紐扣鋰電池CR2032要向電池生產(chǎn)廠家要求采用符合本質(zhì)安全標(biāo)準(zhǔn)的；在 Tl上還有一個(gè)次級(jí)耦合線圈，接上一根尾部焊接有一塊能導(dǎo)電的小合金磁鐵的 外接天線，井下遇到險(xiǎn)情時(shí)可以讓它吸附在井道內(nèi)的鐵軌上，鐵軌就成為有效 的發(fā)射天線，把陷在井下人員的求救信號(hào)傳出來。
2、 見圖4本發(fā)明無線數(shù)據(jù)接收設(shè)備無線接收部分和濾波整形放大電路原理 圖。無線接收部分為二次變頻超外差調(diào)頻接收器，包含接收靈敏度調(diào)節(jié)電位器W，高放Q1，第一本振Q2，第一混頻Q3，預(yù)中放Q4，第二本振、第二混頻、 中放、鑒頻由集成塊IC1擔(dān)任；第一晶振0SC1采用21.450MHz的晶體，晶體 濾波器OSC2為21.40MHz,第二晶振OSC3采用20.945MHz的晶體，OSC5為 455KHz中頻濾波器，OSC4為455KHz鑒頻器，鑒頻后的信號(hào)由R19R20R21 C38C39C41及IC1內(nèi)部的放大器組成的帶通濾波整形放大電路，由C40隔離輸 出所接收到的解調(diào)信號(hào)送往圖5無線數(shù)據(jù)接收設(shè)備信號(hào)處理部分的輸入口 INPUT。由于長波波段輸入回路的頻率低、電感很大，接收靈敏度調(diào)節(jié)電位器 的調(diào)節(jié)范圍相當(dāng)大，已可滿足使用要求，若還需增大靈敏度調(diào)節(jié)范圍可以在L3 上加一個(gè)開關(guān)并上電阻以形成遠(yuǎn)近兩檔靈每丈度范圍。
3、見圖5本發(fā)明無線數(shù)據(jù)接收設(shè)備信號(hào)處理部分電路原理圖。由于接收機(jī) 不必要求微功耗，單片機(jī)采用普通的EM78P153S即可，當(dāng)然也可以采用其它型 號(hào)的單片機(jī)，本具體實(shí)施例介紹一個(gè)最基本的系統(tǒng)從無線接收部分傳送來的 解調(diào)信號(hào)送入單片機(jī)的P53,經(jīng)單片機(jī)解碼后存入非易失性存儲(chǔ)器24C01,保存 所接收到的卡號(hào)，同一^^號(hào)記錄一次即可，若單片機(jī)內(nèi)部所自帶的EEPROM夠 用，24C01也可以取消；液晶驅(qū)動(dòng)器釆用HT1621液晶驅(qū)動(dòng)IC,液晶顯示器輪 流顯示所接收到的所有編碼，每次可同時(shí)顯示多個(gè)，按鈕S1、 S2用于控制顯示 方式，可用于上下翻頁以查看歷史記錄。在接收到被困人員發(fā)射的卡號(hào)時(shí)，單 片機(jī)還通過P62驅(qū)動(dòng)Ql使喇p八發(fā)出提示音，并通過P50驅(qū)動(dòng)Q2使LED閃亮， 用聲光提示救援人員。以上是信號(hào)處理部分最基本的功能，設(shè)計(jì)者還可以根據(jù) 要求增加其它功能，以使無線數(shù)據(jù)接收設(shè)備更加易于使用，這些就不在此一一 介紹了 。無線數(shù)據(jù)接收設(shè)備被設(shè)計(jì)成符合GB3836.4-2000規(guī)定的IIB類設(shè)備的本 質(zhì)安全標(biāo)準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1、地震及井下被困人員搜救系統(tǒng)，既能用于地震被困人員的搜救，又能用于井下被困人員的搜救；它包括無線數(shù)據(jù)發(fā)送單元和便攜式無線數(shù)據(jù)接收設(shè)備，不必依賴于其他任何傳輸網(wǎng)絡(luò)而能獨(dú)立工作；無線數(shù)據(jù)發(fā)送單元隨身攜帶于井下人員或可能發(fā)生地震地區(qū)的人身上，便攜式無線數(shù)據(jù)接收設(shè)備由搜救人員在發(fā)生災(zāi)害時(shí)使用。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的地震及井下被困人員搜救系統(tǒng)，其特征在于 所述無線數(shù)據(jù)發(fā)送單元和便攜式無線數(shù)據(jù)接收設(shè)備采用低頻甚低頻無線 電頻率，既利用了低頻甚低頻無線電信號(hào)有利于穿透障礙物的優(yōu)點(diǎn)，又解決了其所需的發(fā)射天線很長的缺點(diǎn)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的地震及井下被困人員搜救系統(tǒng)，其特征在于 所述無線數(shù)據(jù)發(fā)送單元有一根尾部焊接有一塊能導(dǎo)電的小合金磁鐵的外 接天線，外接天線平時(shí)繞在無線數(shù)據(jù)發(fā)送單元的外殼上，地震時(shí)可以解 開以增加發(fā)射距離，井下遇到險(xiǎn)情時(shí)可以解開并讓它吸附在井道內(nèi)的鐵 軌上，讓鐵軌成為發(fā)射天線。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的地震及井下被困人員搜救系統(tǒng)，其特征在于 所述無線數(shù)據(jù)發(fā)送單元平時(shí)不工作，遇到險(xiǎn)情時(shí)拔出開關(guān)使其進(jìn)入工作 狀態(tài)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的地震及井下被困人員搜救系統(tǒng)，其特征在于 所述便攜式無線數(shù)據(jù)接收設(shè)備的靈敏度調(diào)節(jié)旋鈕平時(shí)調(diào)在靈敏度高的位 置，在地震現(xiàn)場搜救發(fā)現(xiàn)信號(hào)后可調(diào)低靈敏度以縮小搜救范圍。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的地震及井下被困人員搜救系統(tǒng)，其特征在于 所述無線數(shù)據(jù)接收設(shè)備外接天線可接到鐵軌上以增加在井下現(xiàn)場搜救時(shí) 的接收靈敏度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種救援系統(tǒng)，特別是涉及一種地震及井下被困人員搜救系統(tǒng)，它既能用于地震被困人員的搜救，又能用于井下被困人員的搜救。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是地震及井下被困人員搜救系統(tǒng)，包括無線數(shù)據(jù)發(fā)送單元和便攜式無線數(shù)據(jù)接收設(shè)備，它不必依賴于其他任何傳輸網(wǎng)絡(luò)而能獨(dú)立工作；無線數(shù)據(jù)發(fā)送單元隨身攜帶于井下人員或可能發(fā)生地震地區(qū)的人身上，便攜式無線數(shù)據(jù)接收設(shè)備由搜救人員在發(fā)生災(zāi)害時(shí)使用。本發(fā)明采用低頻甚低頻無線電信號(hào)，波長長達(dá)數(shù)千米，穿透障礙物的能力強(qiáng)，在地震現(xiàn)場搜救發(fā)現(xiàn)信號(hào)后可調(diào)低無線數(shù)據(jù)接收設(shè)備的靈敏度以縮小搜救范圍，在井下可利用鐵軌作為無線數(shù)據(jù)發(fā)送單元的發(fā)射天線，把陷在井下人員的生還求救信號(hào)傳出來，在井下現(xiàn)場搜救時(shí)還可把無線數(shù)據(jù)接收設(shè)備外接天線接到鐵軌上以增加接收靈敏度。本發(fā)明為地震及井下被困人員搜救提供了一種專業(yè)的搜救工具。
文檔編號(hào)A62B33/00GK101308203SQ20071000896
公開日2008年11月19日 申請(qǐng)日期2007年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月15日
發(fā)明者張亦翔, 張飛然 申請(qǐng)人:張亦翔