專利名稱：具有溫度傳感功能的礦山井下無線人員定位分站的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
具有溫度傳感功能的礦山井下無線人員定位分站技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實用新型涉及一種傳感器技術(shù)，尤其是一種對礦山井下人員及井下溫度進行檢測和定位的礦山用定位分站，具體地說是一種具有溫度傳感功能的礦山井下無線人員定位分站。
背景技術(shù)：
Zigbee是IEEE 802. 15. 4協(xié)議的代名詞，根據(jù)這個協(xié)議規(guī)定的技術(shù)是一種短距離、低功耗的無線通信技術(shù)。Zigbee與藍牙類似，是一種新興的短距離，低功耗的近距離無線組網(wǎng)通訊技術(shù)。[0003]Zigbee是一種高可靠的無線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)，類似于CDMA和GSM網(wǎng)絡(luò)。Zigbee數(shù)傳模塊類似于移動網(wǎng)絡(luò)基站。通訊距離從標準的75m到幾百米、幾公里，并且支持無限擴展。[0004]Zigbee是一個由可多到65000個無線數(shù)傳模塊組成的一個無線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)平臺，在整個網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)，每一個Zigbee網(wǎng)絡(luò)數(shù)傳模塊質(zhì)檢可以互相通信，每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點間的距離可以從標準的75m無限擴展。[0005]與移動通信的CDMA或GSM不同的是，Zigbee網(wǎng)絡(luò)主要是為工業(yè)現(xiàn)場自動化數(shù)據(jù)傳輸而建立，因而，它具有簡單，使用方便，工作可靠，價格低的特點。每個Zigbee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點不僅本身可以作為監(jiān)控對象，例如其所連接的傳感器值直接進行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，還可以自動中轉(zhuǎn)別的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點傳過來的數(shù)據(jù)資料。除此之外，每一個Zigbee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(FFD)還可以在自己信號覆蓋的范圍內(nèi)，和多個不承擔網(wǎng)絡(luò)信息中轉(zhuǎn)任務(wù)的孤立的子節(jié)點(RFD)無線連接。[0006]Zigbee自身的技術(shù)優(yōu)勢[0007] 低功耗在低耗電待機模式下，2節(jié)5號干電池可支持I個節(jié)點工作6 24個月，甚至更長。這是Zigbee的突出優(yōu)勢。相比較，藍牙能工作數(shù)周，WIFI可工作數(shù)小時。[0008] 低成本通過大幅簡化協(xié)議(不到藍牙的1/10)，降低了對通信控制器的要求，按預測分析，以8051的8位微控制器測算，全功能的主節(jié)點需要32KB代碼，子功能節(jié)點少至4KB代碼。[0009]③低速率=Zigbee工作在250kbps的較低速率，分別提供250kbps (2. 4GHz)的原始數(shù)據(jù)吞吐率，滿足低速率傳輸數(shù)據(jù)的應(yīng)用需求。[0010]@近距離傳輸范圍一般介于10 IOOm之間，在增加RF發(fā)射功率后，亦可增加到I 3Km。這指的是相鄰節(jié)點間的距離。如果通過路由和節(jié)點間通信的能力，傳輸距離將可以更遠。[0011] 短時延zigbbe的響應(yīng)速度較快,一般從睡眠轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)只需15ms (毫秒)，節(jié)點連接進入網(wǎng)絡(luò)只需30ms，進一步節(jié)省了電能。相比較，藍牙需要3 IOs (秒)、WIFI需要3s。[0012]⑥高容量Zigbee可采用星狀、片狀和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由一個主節(jié)點管理若干子節(jié)點。最多一個主節(jié)點可管理254個子節(jié)點；同事主節(jié)點還可以由上一層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點管理，最多可組成65000個節(jié)點的大網(wǎng)。[0013] 高安全=Zigbee提供了三級安全模式，包括無安全設(shè)定，使用接入控制清單(ACL)防止非法獲取數(shù)據(jù)以及采用高級加密標準(AES 128)的對稱密碼，以靈活確定其安全屬性。[0014] 免執(zhí)照頻段。采用直接序列擴頻在工業(yè)科學醫(yī)療(1310，2.46取(全球)、915MHz (美國)和 868MHz (歐洲)。[0015]Zigbee 的頻帶[0016]868MHz傳輸速率為20KB/S適用于歐洲。[0017]915MHz傳輸速率為40KB/S適用于美國。[0018]2. 4GHz傳輸速率為250KB/S全球通用。[0019]由于此三個頻帶物理層并不相同，其各自信道帶寬也不同，分別為O. 6MHz，2MHz 和5MHZ，分別有I 個10個和16個信道。[0020]不同頻帶的擴頻和調(diào)制方式有區(qū)別，雖然都使用了直接擴頻(DSSS)的方式，但從比特到碼片的變換方式有較大的差別。[0021]調(diào)制方式都用了調(diào)相技術(shù)，但868MHz和915MHz頻段采用的是BPSK，而2. 4GHz頻段采用的是0QPSK。在發(fā)射功率為OdBm的情況下，BLUETOOTH通常能用IOM的作用范圍。[0022]基于IEEE802. 15. 4的Zigbee在室內(nèi)通常能達到30 50m作用距離，在室外如果障礙物少，甚至可以達到IOOm作用距離[0023]在路由方面，Zigbee支持可靠性很高的網(wǎng)狀網(wǎng)的路由，所以可以布置很廣的網(wǎng)絡(luò)， 并支持多播和廣播特性，能夠給豐富的應(yīng)用帶來有力的支持。[0024]但是，如何提供一種能使用Zigbee技術(shù)進行人員定位及環(huán)境監(jiān)測的分站，成為亟待解決的問題。發(fā)明內(nèi)容[0025]本實用新型的目的是針對市場需求，設(shè)計一種使用Zigbee技術(shù)進行人員定位及環(huán)境監(jiān)測的具有溫度傳感功能的礦山井下無線人員定位分站。[0026]本實用新型的技術(shù)方案是[0027]—種具有溫度傳感功能的礦山井下無線人員定位分站，其特征是它包括殼體、天線和安裝在殼體中的控制裝置，所述的控制裝置包括微控制器模塊1、射頻模塊2、溫度傳感模塊3、自定義程序燒錄模塊4、電源模塊5和充電管理模塊6，其中，充電管理模塊6與電源模塊5相連；所述射頻模塊2、溫度傳感模塊3、自定義程序燒錄模塊4分別與微控制器模塊I相連；所述電源模塊5給各個模塊供電；所述射頻模塊2與天線7相連，通過各個模塊實現(xiàn)具有溫度傳感功能的礦山井下無線人員定位；[0028]所述微控制器模塊1，由控制芯片及相互連接的編碼芯片組成，負責相關(guān)協(xié)議實現(xiàn)、基帶處理以及系統(tǒng)控制功能；[0029]所述射頻模塊2，包括相互連接的射頻調(diào)制、放大芯片及相關(guān)匹配網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)射頻的傳輸；[0030]所述電源模塊5，包括UPS電源和外圍電路，負責給其他功能模塊提供穩(wěn)定的電壓以及外部斷電后的電源切換；[0031]所述充電管理模塊6，包括相互連接的充電管理芯片、穩(wěn)壓芯片及相關(guān)輔助電路， 負責檢測UPS電源電壓的狀態(tài)以及管理UPS電源充電的功能；[0032]所述溫度傳感模塊3，包括溫度傳感器及外圍電路，將溫度轉(zhuǎn)換為熱電動勢，實現(xiàn)對溫度的監(jiān)測；[0033]所述自定義程序燒錄模塊4，包括程序燒錄芯片，實現(xiàn)用戶需求功能的程序燒錄。[0034]所述射頻模塊2工作在半雙工模式/全雙工模式，工作模式可根據(jù)需要靈活調(diào)整O[0035]所述的外殼采用ABS工程塑料一體注塑成型，外部共6個接口，采用M16螺孔，外部接口采用PGll防水接口，外殼防水防塵等級為IP65級。[0036]采用改進的RSSI測距定位算法精確定位人員的位置，定位精度為2 5m。所述的溫度傳感模3塊采用熱電偶式溫度傳感器，抗氧化性強，穩(wěn)定性高[0038]本實用新型的有益效果[0039]本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，不僅解決了低帶寬系統(tǒng)下的井下人員的精確定位，而且可實時監(jiān)測井下人員所處位置的溫度，為安全監(jiān)測提供一手數(shù)據(jù)。


[0040]圖1是本實用新型的組成框圖示意圖。[0041]圖2是本實用新型的微控制器模塊電路原理圖。[0042]圖3是本實用新型的射頻模塊電路原理圖。[0043]圖4是本實用新型的溫度傳感器示意圖。[0044]圖5是本實用新型的電源模塊電路原理圖。[0045]圖6是本實用新型的充電管理電路原理圖。
具體實施方式
[0046]
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步的說明。[0047]如圖1-6所示[0048]一種具有溫度傳感功能的礦山井下無線人員定位分站，是它包括殼體、天線和安裝在殼體中的控制裝置，所述的控制裝置包括微控制器模塊1、射頻模塊2、溫度傳感模塊 3、自定義程序燒錄模塊4、電源模塊5和充電管理模塊6,其中，充電管理模塊6與電源模塊 5相連；所述射頻模塊2、溫度傳感模塊3、自定義程序燒錄模塊4分別與微控制器模塊I相連；所述電源模塊5給各個模塊供電；所述射頻模塊2與天線7相連，通過各個模塊實現(xiàn)具有溫度傳感功能的礦山井下無線人員定位；所述微控制器模塊1，由控制芯片及相互連接的編碼芯片組成，負責相關(guān)協(xié)議實現(xiàn)、基帶處理以及系統(tǒng)控制功能；所述射頻模塊2，包括相互連接的射頻調(diào)制、放大芯片及相關(guān)匹配網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)射頻的傳輸；所述電源模塊5，包括 UPS電源和外圍電路，負責給其他功能模塊提供穩(wěn)定的電壓以及外部斷電后的電源切換； 所述充電管理模塊6，包括相互連接的充電管理芯片、穩(wěn)壓芯片及相關(guān)輔助電路，負責檢測 UPS電源電壓的狀態(tài)以及管理UPS電源充電的功能；所述溫度傳感模塊3，包括溫度傳感器及外圍電路，將溫度轉(zhuǎn)換為熱電動勢，實現(xiàn)對溫度的監(jiān)測；所述自定義程序燒錄模塊4，包括程序燒錄芯片，實現(xiàn)用戶需求功能的程序燒錄。所述射頻模塊2工作在半雙工模式/全雙工模式，工作模式可根據(jù)需要靈活調(diào)整。其中的外殼可采用ABS工程塑料一體注塑成型， 外部共6個接口，采用M16螺孔，外部接口采用PGll防水接口，外殼防水防塵等級為IP65 級。人員定位方法可采用改進的RSSI測距定位算法精確定位人員的位置，定位精度為2 5m。所述的溫度傳感模3塊采用熱電偶式溫度傳感器，抗氧化性強，穩(wěn)定性高。[0049]在圖1中，電源模塊圖5為圖2、圖3、圖4、圖6的各模塊提供直流穩(wěn)壓電源。[0050]在圖3中，射頻模塊2接收射頻信號，模數(shù)轉(zhuǎn)換后傳輸給圖2的微控制器模塊，微控制器模塊將信號處理后，返回給射頻模塊，由射頻模塊將射頻信號發(fā)送到父節(jié)點，通過改進的RSSI測距定位算法實現(xiàn)精確定位。在圖4中，溫度傳感器將溫度變化換算為熱勢能，產(chǎn)生電信號并發(fā)送至圖2微控制器，經(jīng)過對電信號的處理，實現(xiàn)對溫度的監(jiān)測。[0052]在圖5中，電源模塊為其他模塊供電，并在外部電源切斷時自動轉(zhuǎn)換為內(nèi)部UPS供電。[0053]在圖6中，充電管理模塊，通過檢測UPS電源電壓的狀態(tài)，實現(xiàn)管理所述電源模塊中UPS電源的功能。[0054]程序燒錄電路將請求發(fā)送給微控制器模塊，對微控制器程序進行更新。[0055]本實用新型未涉及部分均與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實現(xiàn)。
權(quán)利要求1.一種具有溫度傳感功能的礦山井下無線人員定位分站，其特征是它包括殼體、天線和安裝在殼體中的控制裝置，所述的控制裝置包括微控制器模塊(I)、射頻模塊(2)、溫度傳感模塊(3)、自定義程序燒錄模塊(4)、電源模塊(5)和充電管理模塊(6)，其中，充電管理模塊(6)與電源模塊(5)相連；所述射頻模塊(2)、溫度傳感模塊(3)、自定義程序燒錄模塊(4)分別與微控制器模塊(I)相連；所述電源模塊(5)給各個模塊供電；所述射頻模塊(2) 與天線(7)相連，通過各個模塊實現(xiàn)具有溫度傳感功能的礦山井下無線人員定位；所述微控制器模塊(1)，由控制芯片及相互連接的編碼芯片組成，負責相關(guān)協(xié)議實現(xiàn)、 基帶處理以及系統(tǒng)控制功能；所述射頻模塊(2)，包括相互連接的射頻調(diào)制、放大芯片及相關(guān)匹配網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)射頻的傳輸；所述電源模塊(5 )，包括UPS電源和外圍電路，負責給其他功能模塊提供穩(wěn)定的電壓以及外部斷電后的電源切換；所述充電管理模塊(6)，包括相互連接的充電管理芯片、穩(wěn)壓芯片及相關(guān)輔助電路，負責檢測UPS電源電壓的狀態(tài)以及管理UPS電源充電的功能；所述溫度傳感模塊(3)，包括溫度傳感器及外圍電路，將溫度轉(zhuǎn)換為熱電動勢，實現(xiàn)對溫度的監(jiān)測；所述自定義程序燒錄模塊(4)，包括程序燒錄芯片，實現(xiàn)用戶需求功能的程序燒錄。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有溫度傳感功能的礦山井下無線人員定位分站，其特征是所述射頻模塊(2)工作在半雙工模式/全雙工模式，工作模式可根據(jù)需要靈活調(diào)整。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有溫度傳感功能的礦山井下無線人員定位分站，其特征是所述的外殼采用ABS工程塑料一體注塑成型，外部共6個接口，采用M16螺孔，外部接口采用PGll防水接口，外殼防水防塵等級為IP65級。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有溫度傳感功能的礦山井下無線人員定位分站，其特征是所述的溫度傳感模塊(3)采用熱電偶式溫度傳感器。
專利摘要一種具有溫度傳感功能的礦山井下無線人員定位分站，其特征是它包括殼體、天線和安裝在殼體中的控制裝置，所述的控制裝置包括微控制器模塊(1)、射頻模塊(2)、溫度傳感模塊(3)、自定義程序燒錄模塊(4)、電源模塊(5)和充電管理模塊(6)，其中，充電管理模塊(6)與電源模塊(5)相連；所述射頻模塊(2)、溫度傳感模塊(3)、自定義程序燒錄模塊(4)分別與微控制器模塊(1)相連；所述電源模塊(5)給各個模塊供電；所述射頻模塊(2)與天線(7)相連，通過各個模塊實現(xiàn)具有溫度傳感功能的礦山井下無線人員定位。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，不僅解決了低帶寬系統(tǒng)下的井下人員的精確定位，而且可實時監(jiān)測井下人員所處位置的溫度，為安全監(jiān)測提供一手數(shù)據(jù)。
文檔編號H04W84/18GK202841537SQ20122043022
公開日2013年3月27日 申請日期2012年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月28日
發(fā)明者李亮, 趙政寧, 周金榮, 王慶國, 尹皓冉 申請人:江蘇中礦創(chuàng)慧信息科技股份有限公司