一種基于雙邊雙向測距算法的井下人員定位跟蹤系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于雙邊雙向測距算法的井下人員定位跟蹤系統(tǒng),包括設置在井上的定位服務器,定位服務器通過CAN總線模塊連接有若干個網(wǎng)關(guān)節(jié)點,每個網(wǎng)關(guān)節(jié)點均設置在井下的不同位置,定位跟蹤系統(tǒng)還包括設置在井下的若干個錨節(jié)點和井下人員隨身攜帶的標簽節(jié)點;網(wǎng)關(guān)節(jié)點和錨節(jié)點均包括處理器模塊I,處理器模塊I上分別連接有用于與上位機通信的RS232模塊、USB通信模塊和射頻模塊I,射頻模塊I通過電源模塊I與處理器模塊I連接;射頻模塊I包括天線和型號為nanoPAN5375的無線收發(fā)芯片,處理器模塊I的芯片為AVR8位微處理器Atmega1280。采用基于線性調(diào)頻擴頻技術(shù),通過精確的雙向到達時間的測量和內(nèi)部處理時間的測量,可顯著提高本跟蹤系統(tǒng)的定位精度。
【專利說明】—種基于雙邊雙向測距算法的井下人員定位跟蹤系統(tǒng)
【技術(shù)領域】
[0001]本實用新型屬于無線定位【技術(shù)領域】,涉及一種基于雙邊雙向測距算法的井下人員定位跟蹤系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]煤炭業(yè)是高危行業(yè),煤礦井下環(huán)境復雜,無線定位跟蹤技術(shù)對于井下人員日常管理以及事故搶險救援都發(fā)揮著極其重要的作用。
[0003]在井下環(huán)境中,GPS全球定位系統(tǒng)完全失效,一些室外定位技術(shù)雖已應用于井下,但效果均不理想,如基于RFID技術(shù)的井下定位系統(tǒng),具有傳輸距離短、通信信號不穩(wěn)定等缺陷,而基于ZigBee技術(shù)的井下定位系統(tǒng),因受環(huán)境因素影響大,其定位精度不高。
實用新型內(nèi)容
[0004]本實用新型的目的是提供一種基于雙邊雙向測距算法的井下人員定位跟蹤系統(tǒng),以解決現(xiàn)有井下定位系統(tǒng)定位精度不聞的問題。
[0005]本實用新型所采用的技術(shù)方案是,一種基于雙邊雙向測距算法的井下人員定位跟蹤系統(tǒng),包括設置在井上的定位服務器,定位服務器通過CAN總線模塊連接有若干個網(wǎng)關(guān)節(jié)點,每個網(wǎng)關(guān)節(jié)點均設置在井下的不同位置,定位跟蹤系統(tǒng)還包括設置在井下的若干個錨節(jié)點和井下人員隨身攜帶的標簽節(jié)點;網(wǎng)關(guān)節(jié)點和錨節(jié)點的硬件結(jié)構(gòu)相同,均包括處理器模塊I,處理器模塊I上分別連接有用于與上位機通信的RS232模塊、USB通信模塊和射頻模塊I,射頻模塊I通過電源模塊I與處理器模塊I連接;射頻模塊I包括天線和型號為nanoPAN5375的無線收發(fā)芯片,處理器模塊I的芯片為AVR8位微處理器Atmegal280。
[0006]本實用新型的特點還在于,
[0007]標簽節(jié)點包括處理器模塊II,處理器模塊II上分別連接有通用接口和射頻模塊II,處理器模塊I1、通用接口和射頻模塊II分別與電源模塊II連接,通用接口還分別連接有LED顯示屏和按鍵;射頻模塊II包括天線和型號為nanoPAN5375的無線收發(fā)芯片,處理器模塊II的芯片為MSP430F194。
[0008]本實用新型的有益效果是,采用基于線性調(diào)頻擴頻技術(shù),建立由標簽節(jié)點、錨節(jié)點、網(wǎng)關(guān)節(jié)點和定位服務器四部分組成的定位系統(tǒng),通過精確的雙向到達時間的測量和內(nèi)部處理時間的測量,可顯著提高本跟蹤系統(tǒng)的定位精度,且該系統(tǒng)采用的基于無線傳感器的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu),適應井下環(huán)境特點,使得系統(tǒng)精簡易實現(xiàn),解決了現(xiàn)有井下定位系統(tǒng)定位精度不高的問題。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]圖1是本實用新型一種基于雙邊雙向測距算法的井下人員定位跟蹤系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖;
[0010]圖2是本實用新型一種基于雙邊雙向測距算法的井下人員定位跟蹤系統(tǒng)的錨節(jié)點或網(wǎng)關(guān)節(jié)點的硬件結(jié)構(gòu)示意圖;
[0011]圖3是本實用新型一種基于雙邊雙向測距算法的井下人員定位跟蹤系統(tǒng)的標簽節(jié)點的硬件結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖中,1.定位服務器,2.網(wǎng)關(guān)節(jié)點,3.錨節(jié)點,4.標簽節(jié)點,5.CAN總線模塊。
【具體實施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本實用新型進行詳細說明。
[0014]本實用新型提供了一種基于雙邊雙向測距算法的井下人員定位跟蹤系統(tǒng),其結(jié)構(gòu)參見圖1,包括設置在井上的定位服務器1,定位服務器1通過CAN總線模塊5連接有若干個網(wǎng)關(guān)節(jié)點2,每個網(wǎng)關(guān)節(jié)點2均設置在井下的不同位置,跟蹤系統(tǒng)還包括設置在井下的若干個錨節(jié)點3和井下人員隨身攜帶的標簽節(jié)點4 ;
[0015]參見圖2,網(wǎng)關(guān)節(jié)點2和錨節(jié)點3的硬件結(jié)構(gòu)相同,均包括處理器模塊I,處理器模塊I上分別連接有用于與上位機通信的RS232模塊、USB通信模塊和射頻模塊I,射頻模塊I通過電源模塊I與處理器模塊I連接;射頻模塊I包括天線和型號為nanoPAN5375的無線收發(fā)芯片,處理器模塊I的芯片為AVR8位微處理器Atmegal280。
[0016]參見圖3,標簽節(jié)點4包括處理器模塊II,處理器模塊II上分別連接有通用接口和射頻模塊11,處理器模塊I1、通用接口和射頻模塊11分別與電源模塊II連接,通用接口還分別連接有LED顯示屏和按鍵;射頻模塊II包括天線和型號為nanoPAN5375的無線收發(fā)芯片,處理器模塊II的芯片為MSP430F194。
[0017]本實用新型的錨節(jié)點3和網(wǎng)關(guān)節(jié)點2的處理器模塊I采用高性能、低功耗的AVR8位微處理器Atmegal280作為主控芯片,實現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理、數(shù)據(jù)的傳輸、執(zhí)行節(jié)點的通信協(xié)議以及對節(jié)點的管理功能;射頻模塊I主要采用基于線性調(diào)頻擴頻技術(shù)的無線收發(fā)芯片nanoPAN5375,完成射頻信號的接收與發(fā)送功能;電源模塊I包括穩(wěn)壓部分和電平轉(zhuǎn)換部分,可提供微處理器Atmegal280所需的3.3V電壓和無線收發(fā)芯片nanoPAN5375所需的2.5V電壓,3.3V的穩(wěn)壓芯片采用NCP1402SN33T1,2.5V的穩(wěn)壓芯片采用TPS79425DGN ;RS232模塊和USB通信模塊主要實現(xiàn)與上位機通信,能將信息通過串口或USB傳送給上位機,RS232模塊的電平轉(zhuǎn)換芯片采用ISL4223E,USB模塊采用CC2511芯片。
[0018]標簽節(jié)點4是安裝在礦工帽上或由井下人員隨身攜帶的,一般采用電池供電,因此硬件設計上要充分考慮功耗、體積等因素,參見圖3,其硬件結(jié)構(gòu)包括處理器模塊I1、射頻模塊I1、電源模塊II和通用接口。其中,出于低功耗的考慮,該處理器模塊II采用超低功耗的MSP430F194單片機作為主控芯片;該射頻模塊II也采用nanoPAN5375作為無線收發(fā)芯片,出于體積考慮,貼片陶瓷天線;該通用接口部分可實現(xiàn)預先設定和定位信息的顯示。
[0019]定位服務器1包含有定位軟件和數(shù)據(jù)庫,能精確定位井下人員的位置和活動軌跡,并在此基礎上,可實現(xiàn)人員考勤、實時跟蹤、特殊人員監(jiān)控以及危險區(qū)域報警等功能。
[0020]本實用新型一種基于雙邊雙向測距算法的井下人員定位跟蹤系統(tǒng)在正常啟動后,定位服務器1中的定位引擎通過網(wǎng)關(guān)節(jié)點2對各錨節(jié)點3進行配置,同時錨節(jié)點3也通過網(wǎng)關(guān)節(jié)點2傳輸信息給定位引擎,當定位引擎確定配置好后,即可進入工作狀態(tài);標簽節(jié)點4由井下人員隨身攜帶一起下井,當有需要對標簽節(jié)點4進行定位時,標簽節(jié)點4向多個錨節(jié)點3發(fā)出測距信號,采用雙邊雙向測距算法確定各錨節(jié)點3與標簽節(jié)點4之間信號傳輸?shù)臅r間差,并將該信息打包后,通過網(wǎng)關(guān)節(jié)點2和CAN總線模塊5發(fā)送給定位服務器1,定位服務器I依據(jù)錨節(jié)點3的坐標,通過線性位置線算法確定標簽節(jié)點4的位置,并結(jié)合地理信息系統(tǒng)(GIS)可實現(xiàn)對標簽節(jié)點4的實時跟蹤。
[0021]本實用新型的一種基于雙邊雙向測距算法的井下人員定位跟蹤系統(tǒng),采用基于線性調(diào)頻擴頻技術(shù),建立由標簽節(jié)點、錨節(jié)點、網(wǎng)關(guān)節(jié)點和定位服務器四部分組成的定位系統(tǒng),通過精確的雙向到達時間的測量和內(nèi)部處理時間的測量,可顯著提高本跟蹤系統(tǒng)的定位精度。當采用可達到Ins精度的時鐘電路時,其定位精度可以達到Im以下,并且該系統(tǒng)不需要標簽節(jié)點4和節(jié)錨點3的時鐘同步,降低了系統(tǒng)實現(xiàn)的復雜度。
【權(quán)利要求】
1.一種基于雙邊雙向測距算法的井下人員定位跟蹤系統(tǒng),其特征在于,包括設置在井上的定位服務器(1),所述的定位服務器(1)通過總線模塊(5)連接有若干個網(wǎng)關(guān)節(jié)點(2),每個網(wǎng)關(guān)節(jié)點(2)均設置在井下的不同位置,所述定位跟蹤系統(tǒng)還包括設置在井下的若干個錨節(jié)點(3)和井下人員隨身攜帶的標簽節(jié)點(4); 所述的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(2)和錨節(jié)點(3)均包括處理器模塊I,處理器模塊I上分別連接有用于與上位機通信的舊232模塊、^88通信模塊和射頻模塊I,射頻模塊I通過電源模塊I與處理器模塊I連接;所述的射頻模塊I包括天線和型號為1^110?八陽375的無線收發(fā)芯片,所述的處理器模塊I的芯片為―咫位微處理器針1116職1280。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于雙邊雙向測距算法的井下人員定位跟蹤系統(tǒng),其特征在于,所述的標簽節(jié)點(4)包括處理器模塊II,處理器模塊II上分別連接有通用接口和射頻模塊II,處理器模塊I1、通用接口和射頻模塊II分別與電源模塊II連接,所述的通用接口還分別連接有120顯示屏和按鍵; 所述的射頻模塊II包括天線和型號為1^110?八陽375的無線收發(fā)芯片,所述的處理器模塊II的芯片為13?430?194。
【文檔編號】G01S5/06GK204166123SQ201420005078
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年1月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月6日
【發(fā)明者】康曉非 申請人:西安科技大學