礦用井下機(jī)動(dòng)車輛人員接近自動(dòng)感知系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種安全防護(hù)系統(tǒng)，具體是一種礦用井下機(jī)動(dòng)車輛人員接近自動(dòng)感知系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]煤礦的一些大型車輛，由于駕駛員在車輛中所處的位置，決定了其視線非常不佳，無(wú)法做有效的觀測(cè)，容易對(duì)周邊的工作人員產(chǎn)生擠壓；另外一個(gè)方面，由于工作環(huán)境下的噪聲/視線都不好，工作人員也無(wú)法有效地覺察到車輛的到來，而快速的避讓。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中不論采用RFID技術(shù)還是雷達(dá)技術(shù)，在工作距離(需要不低于100米)、雙向告警上均無(wú)法滿足需要，且容易形成天線死角，產(chǎn)生漏讀的現(xiàn)象。在煤礦工作面，由于工作環(huán)境所限，噪聲干擾、視線差等環(huán)境因素，也極大影響其他一些技術(shù)的應(yīng)用。目前，尚無(wú)一個(gè)較好的系統(tǒng)能解決此問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種礦用井下機(jī)動(dòng)車輛和人員接近自動(dòng)感知系統(tǒng)，通過無(wú)線測(cè)距定位來了解人和車的位置關(guān)系以實(shí)現(xiàn)防撞功能。
[0005]按照本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案，所述的礦用井下機(jī)動(dòng)車輛人員接近自動(dòng)感知系統(tǒng)包括:佩戴在人員身上的標(biāo)簽，以及安裝在車輛上的基站、服務(wù)器、時(shí)間同步器、標(biāo)簽控制模塊和車輛控制告警模塊，所述服務(wù)器分別連接時(shí)間同步器、標(biāo)簽控制模塊、車輛控制告警模塊以及各基站；時(shí)間同步器通過線纜連接各基站，通過有線的方式實(shí)現(xiàn)基站間時(shí)間同步；標(biāo)簽控制模塊通過無(wú)線數(shù)傳的數(shù)據(jù)通道將服務(wù)器的控制信號(hào)下發(fā)到標(biāo)簽；所述標(biāo)簽包括與標(biāo)簽MCU相連的無(wú)線定位模塊、無(wú)線數(shù)傳模塊、告警模塊以及電池，所述基站通過無(wú)線收集標(biāo)簽定位信息，并將定位信息通過有線回傳到服務(wù)器；車輛控制告警模塊接收來自服務(wù)器的控制信號(hào)，再向執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出告警控制信號(hào)或停車控制信號(hào)。
[0006]所述時(shí)間同步器包括依次連接的通信接口、時(shí)間同步器MCU、信號(hào)源和放大器，時(shí)間同步器MCU先接收來自服務(wù)器的控制命令，決定是否啟動(dòng)信號(hào)源，產(chǎn)生固定頻率的時(shí)鐘信號(hào)，然后通過放大器放大，輸出多個(gè)同步信號(hào)，用線纜傳送到所有的基站；基站收到信號(hào)之后，整形處理，然后輸入到與標(biāo)簽通信的無(wú)線定位模塊。
[0007]所述時(shí)間同步器和基站之間的連接線纜的長(zhǎng)度為固定值。
[0008]所述基站和標(biāo)簽中的無(wú)線定位模塊采用UWB模塊。
[0009]所述標(biāo)簽控制模塊通過RS232接口接收來自服務(wù)器的控制信號(hào)，然后通過無(wú)線數(shù)傳模塊發(fā)送到標(biāo)簽。
[0010]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是:本專利實(shí)現(xiàn)了車輛和人員之間的位置快速檢測(cè)，并在車和人兩端同時(shí)實(shí)現(xiàn)告警，車輛可以快速停車，人員也可以通過告警快速避讓。
【附圖說明】
[0011]圖1是本實(shí)用新型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
[0012]圖2是標(biāo)簽結(jié)構(gòu)圖。
[0013]圖3是基站結(jié)構(gòu)圖。
[0014]圖4是服務(wù)器功能模塊圖。
[0015]圖5是標(biāo)簽控制模塊結(jié)構(gòu)圖。
[0016]圖6是時(shí)間同步器結(jié)構(gòu)圖。
[0017]圖7是車輛控制告警模塊結(jié)構(gòu)圖。
[0018]圖8是TWR測(cè)距原理圖。
[0019]圖9是本實(shí)用新型的數(shù)據(jù)傳輸示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
[0021]如圖1所示，本實(shí)用新型所述系統(tǒng)包括:標(biāo)簽1、基站2、服務(wù)器3、時(shí)間同步器4、標(biāo)簽控制模塊5以及車輛控制告警模塊6。所述服務(wù)器3分別連接時(shí)間同步器4、標(biāo)簽控制模塊5、車輛控制告警模塊6以及各基站2 ;時(shí)間同步器4通過線纜連接各基站2，通過有線的方式實(shí)現(xiàn)基站2間時(shí)間同步；標(biāo)簽控制模塊5通過無(wú)線數(shù)傳的數(shù)據(jù)通道將服務(wù)器3的控制信號(hào)下發(fā)到標(biāo)簽I。
[0022]所述標(biāo)簽I包括與標(biāo)簽MCU相連的無(wú)線定位模塊、無(wú)線數(shù)傳模塊、告警模塊以及電池。無(wú)線定位技術(shù)可以采用UWB (超寬帶)技術(shù)，也可以是CSS技術(shù)或高精度的WiFi技術(shù)。以下實(shí)施例以UWB為例，無(wú)線數(shù)傳技術(shù)以433MHz數(shù)傳為例。
[0023]所述基站2通過無(wú)線收集標(biāo)簽I定位信息，并將定位信息通過有線回傳到服務(wù)器3 ;服務(wù)器3進(jìn)行標(biāo)簽位置計(jì)算及呈現(xiàn)、系統(tǒng)自檢和設(shè)備管理、時(shí)間同步控制、告警信號(hào)控制及車輛控制，車輛控制告警模塊6接收來自服務(wù)器3的控制信號(hào)，再向執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出告警控制信號(hào)或停車控制信號(hào)。
[0024]以下分別介紹各組成部分。
[0025]1.標(biāo)簽I是工人隨身佩戴的設(shè)備，主要功能包括:測(cè)距定位功能、數(shù)傳功能、聲音告警功能。
[0026]如圖2所示，標(biāo)簽I包括:與標(biāo)簽MCU相連的UWB模塊、433MHz數(shù)傳模塊、電池和告警模塊。
[0027]標(biāo)簽的MCU (微控制器):采用Cortex M3的MCU實(shí)現(xiàn)，管理標(biāo)簽的工作，主要是控制UWB和數(shù)傳功能；
[0028]UffB模塊:主要是完成測(cè)距定位的功能；
[0029]433MHz數(shù)傳模塊:實(shí)現(xiàn)接收來自服務(wù)器3的數(shù)據(jù)；
[0030]電池:采用高容量鋰電池供電；
[0031]告警模塊:采用聲音報(bào)警的器件實(shí)現(xiàn)。
[0032]2.基站2是安裝在車輛上的設(shè)備，主要是實(shí)現(xiàn)標(biāo)簽I定位信息的收集功能，并將定位信息通過有線回傳到服務(wù)器3。
[0033]如圖3所示，基站2包括:與基站MCU相連的UWB模塊、LAN接口。
[0034]基站MCU:實(shí)現(xiàn)對(duì)UWB的管理和控制，將UWB輸出的數(shù)據(jù)通過有線轉(zhuǎn)發(fā)到服務(wù)器；
[0035]LAN接口:局域網(wǎng)有線接口，支持10/100M bps速率；
[0036]UffB模塊:收集標(biāo)簽的定位數(shù)據(jù)。
[0037]圖中的同步信號(hào)只是一個(gè)來自時(shí)間同步器4的時(shí)間同步信息，以確保所有的基站時(shí)間一致。
[0038]3.服務(wù)器3是系統(tǒng)的核心部分，主要包括4大功能模塊，如圖4所示。
[0039]3.1位置計(jì)算及呈現(xiàn)。
[0040]系統(tǒng)建設(shè)的時(shí)候，需要根據(jù)車輛的實(shí)際情況和基站2的布設(shè)情況，先構(gòu)建位置數(shù)據(jù)庫(kù)。在基站2收到標(biāo)簽I的數(shù)據(jù)之后，開始計(jì)算，算出各個(gè)標(biāo)簽的最終位置，并實(shí)時(shí)呈現(xiàn)在顯示屏上。
[0041]3.2告警功能。
[0042]告警功能主要有三種:
[0043]I)將標(biāo)簽I的告警信號(hào)通過標(biāo)簽控制模塊5發(fā)送到標(biāo)簽I ;
[0044]2)當(dāng)有人進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域的時(shí)候，控制聲光報(bào)警；
[0045]3)當(dāng)有人非?？拷臅r(shí)候，啟動(dòng)車輛停止功能，在沒有檢測(cè)到系統(tǒng)安全的情況下，系統(tǒng)禁止車輛啟動(dòng)。
[0046]3.3系統(tǒng)自檢和設(shè)備管理。
[0047]系統(tǒng)自檢主要是自動(dòng)檢測(cè)定位系統(tǒng)的所有設(shè)備工作是否正常，在不正常的情況下，系統(tǒng)提示告警，根據(jù)告警級(jí)別，決定是否啟動(dòng)車輛；
[0048]設(shè)備管理，主要是對(duì)這個(gè)系統(tǒng)所有的設(shè)備進(jìn)行管理/配置/升級(jí)等功能。
[0049]3.4時(shí)間同步控制。
[0050]在系統(tǒng)啟動(dòng)完成自檢之后，控制時(shí)間同步啟動(dòng)，開始定位計(jì)算。
[0051]4.時(shí)間同步器4通過有線的方式，實(shí)現(xiàn)基站2間時(shí)間同步。
[0052]如圖6，時(shí)間同步器4包括依次連接的RS232通信接口、時(shí)間同步器MCU、信號(hào)源和放大器。時(shí)間同步器4先接收來自服務(wù)器3的控制命令，決定是否啟動(dòng)信號(hào)源，信號(hào)源通過放大器放大之后，輸出多個(gè)同步信號(hào)，通過有線將同步信號(hào)傳送到各個(gè)基站2上。
[0053]本實(shí)用新型采用有線時(shí)間同步，通過一個(gè)時(shí)間信號(hào)發(fā)生器，產(chǎn)生固定頻率的時(shí)鐘信號(hào)，然后通過放大器放大，用線纜傳送到所有的基站，基站收到信號(hào)之后，整形處理，然后輸入到自身UWB的射頻模塊，確保所有基站用相同的時(shí)間源，時(shí)間同步以后才能進(jìn)行位置計(jì)算。
[0054]為了使系統(tǒng)安裝更為簡(jiǎn)單，本系統(tǒng)中，時(shí)間同步器和基站的線纜的長(zhǎng)度為固定值，保證時(shí)間同步器信號(hào)通過線纜傳送到基站所用的時(shí)間相等。
[0055]5.標(biāo)簽控制模塊5主要是將服務(wù)器3測(cè)距協(xié)調(diào)的功能下發(fā)到標(biāo)簽I，通過無(wú)線數(shù)傳模塊的數(shù)據(jù)通道去實(shí)現(xiàn)下發(fā)的功能。
[0056]如圖5，標(biāo)簽控制模塊5包括與MCU相連的RS232接口和433MHz數(shù)傳模塊。標(biāo)簽控制模塊5是無(wú)線傳輸控制通道，通過RS232接口接收來自服務(wù)器3的控制信號(hào)，然后通過433MHz數(shù)傳模塊發(fā)送到標(biāo)簽I。
[0057]6.車輛控制告警模塊6實(shí)現(xiàn)車輛控制功能和告警控制的功能，當(dāng)緊急情況下，月艮務(wù)器3將告警信號(hào)發(fā)出，通過車輛控制告警模塊6實(shí)現(xiàn)聲光告警，更為緊急情況下，實(shí)現(xiàn)停車功能。
[0058]如圖7，車輛控制告警模塊6通過RS232接口接收來自服務(wù)器3的控制信號(hào)，MCU再將控制信號(hào)輸出到“告警控制”和“停車控制”執(zhí)行機(jī)構(gòu)上。
[0059]本實(shí)用新型中，標(biāo)簽I和基站2之間采用UWB模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和測(cè)距定位功能。在這個(gè)系統(tǒng)中，采用了 IR-UWB測(cè)距的功能，來計(jì)算標(biāo)簽I和某個(gè)特定基站2之間的距離，由于IR-UWB采用脈