煤矿井下人员管理系统 【技术领域】
本发明涉及一种煤矿井下人员的管理系统，尤其是涉及一种使用无线射频技术实现对煤矿井下人员身份识别的管理系统，属于煤矿井下人员安全管理技术领域。
背景技术
近年来煤矿事故频繁，多数事故煤矿在实施救援时首先遇到了统计井下被困人数、统计被困人员所处井下的位置区域这两大难题。随着各级领导及主管部门对煤矿人员的安全重视程度越来越高，人们想方设法采用各种手段来加强对煤矿井下人员的安全管理。现有技术中，用于煤矿井下人员安全管理大多采用RFID技术，但其矿用分站和人员识别卡之间的通信方式存在缺陷，造成分站读卡不准确，并发数量少，漏读情况严重。
常见的读卡方式是由人员携带的识别卡作为主动发码器，以一个短时间间隔为周期，不管是否在矿用分站信号覆盖区域，都不停地通过高频信号将识别卡卡号发送出去；而矿用分站作为一个被动接收器，将在其接收范围内收到的识别卡卡号作存储处理，同时发送到地面监控主机，从而实现读卡和人员识别。这种读卡方式造成人员识别卡在经过矿用分站信号覆盖区域时，矿用分站会不停地收到同一识别卡发来的重复信息，大量的冗余数据占用了更多的读卡时隙，而且冗余数据也将发送到地面监控主机，造成地面监控主机对数据存储处理的压力；当大量识别卡同时经过同一分站时，已经被读取的识别卡继续与未被读取的识别卡竞争读卡时隙，而且在同一精确时间，同时被矿用分站接收时的两个重叠的卡号将被视作错误数据而不作处理，造成了更大的漏读、误读的可能性。
【发明内容】
本发明的目的是为了克服现有技术中存在的对识别卡错读、漏读的缺点，而提供的一种解决考勤、人员区域性位置监测、下井人数统计、井下工作时间控制等问题的煤矿井下人员管理系统。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明的煤矿井下人员管理系统，包括地面设备、井下设备及井下若干矿工身上携带的识别卡，所述地面设备通过电缆与井下设备连接，所述地面设备包括井上矿用避雷器，所述井上矿用避雷器与安全栅连接，所述安全栅通过485传输接口与计算机连接，所述井下设备包括井下矿用避雷器，所述井下矿用避雷器与至少一个矿用分站连接，所述识别卡内设有中央处理器、低频信号接收模块、低频信号发射模块、高频信号接收模块及高频信号接收模块，所述矿用分站包括中央处理器、存储模块、低频信号接收模块、低频信号发射模块、高频信号接收模块及高频信号接收模块，所述井下设备中的矿用分站通过本安电源进行供电。
地面设备设置在一个专门的控制室，由控制人员专门管理；
识别卡为每位下井矿工都随身携带，每个识别卡的芯片(中央处理器)内都设置有卡号，各自卡号不同，以便区别。
矿用分站利用315MHz低频信号覆盖识别卡活动区域，识别卡使用315MHz低频信号听取矿用分站指令，并且每4秒打开一次低频信号接收模块。
当识别卡进入井下的某一矿用分站的信号覆盖区域时，该识别卡接收到矿用分站指令，确认进入了矿用分站读卡范围。
识别卡向矿用分站发送通信请求，矿用分站收到请求指令后，与识别卡建立通信，为该识别卡分配读卡时隙，同时向识别卡发送开卡指令。
识别卡收到开卡指令后，打开2.4G高频发射模块，将卡号发送到矿用分站。
矿用分站接收到识别卡号以后作校验、存储处理，确认指令信息完整而且读卡完成后向识别卡发送关卡指令。
识别卡接收到关卡指令后，关闭高频、低频信号模块和中央处理器，识别卡进入休眠状态，通信中止。休眠30秒时间，休眠结束后识别卡重新进入4秒轮循听取指令。
而且，井下的各矿用分站采用轮循方式向计算机发送数据，当矿用分站读取到识别卡信息时先作存储处理，将信息放到存储模块中等待计算机读取，计算机按照软件预设的矿用分站数量，逐个发送读取指令，当某一矿用分站收到计算机指令时，即把当前存储的数据发送到计算机，计算机确认数据正确并存储后向矿用分站发送对识别卡信息已正确的读取指令，矿用分站收到确认指令后将已经被正确读取的存储信息删除，完成一个矿用分站的信息读取后，计算机轮循下一个矿用分站，做同样操作。如总线网络通信不正常时，矿用分站将当前数据存放在存储模块中，而且不终止与识别卡的读卡通信工作，当总线正常后，一直存储的数据可以继续被计算机轮循读取。
而且，所述井上矿用避雷器包括顺序相连的避雷管、延迟器件及限压器件，井下避雷器与井上避雷器具有相同的结构和工作原理，能够及时泄防雷电造成的浪涌电压，用于保护井下设备不受雷电浪涌的影响。在额定电压下，流过避雷器避雷管的电流仅为10-5A以下，相当于绝缘体，当作用在避雷管上的电压超过定值(启动电压)时，避雷管“导通”，将大电流通过避雷管泄入大地中，此时其残压不会超过被保护设备的耐压，达到了保护目的。此后，当作用电压降到启动电压以下时，避雷管自动终止“导通”状态，恢复绝缘状态。避雷管后边有延迟器件，抑制电压增长率。在延迟电路后面有限压器件，整体相当于两级泄放。保护了避雷器后边的电路。
而且，所述安全栅至少包括光耦隔离模块及与之相连接的隔离电源模块，所述隔离电源模块用于本安电路与非本安电路之间的电源隔离，保护输出端本安电路，所述光耦隔离模块用于非本安电路输入信号与本安电路输出信号的传输。
而且，所述本安电源包括电池及与之相连接的保险模块，所述保险模块与限压模块及限流模块相连接。
本发明相对现有技术具有的有益效果：
1、本发明把矿用分站作为主动获取卡号的设备，矿用分站与识别卡在建立通信之前首先利用低频信号进行一次“握手”，当确认双方能实现高频信号通信时，再由矿用分站在一定时隙内向识别卡发送开卡指令，让识别卡用高频信号向矿用分站发回卡号信息，此时若矿用分站收到错误数据或对数据处理失败，则不向该识别卡发送关卡指令，该识别卡继续发送卡号信息，直至矿用分站确认信息无误且完成读卡时，才向识别卡发送关卡指令，使识别卡进入休眠状态，而30秒内不再向分站发送卡号信息。这样，使用矿用分站来主动控制读卡过程的开始和结束，可以确保矿用分站收到识别卡数据的完整性、准确性。
2、矿用分站可以首先预设识别卡信息卡号范围，然后在固定轮循时间内为每一个范围内的识别卡分配一个读卡时隙，在该时隙内，矿用分站向识别卡发送开卡指令，同时接收指定识别卡的信息，确认完成读卡后向识别卡发送关卡指令，使识别卡进入休眠状态而不再往矿用分站发送冗余数据，已经读取的识别卡信息将不再重复发送，减轻矿用分站存储处理压力，而且防止大量冗余数据造成识别卡信息冲突而漏读、误读。在此基础上，使得矿用分站信号覆盖范围内同一时间读卡并发数得到大幅改善。
3、本发明中的矿用分站采用轮循方式向计算机发送数据，当矿用分站读取到识别卡信息时先作存储处理，将信息放到存储模块中等待计算机读取，计算机按照软件预设的矿用分站数量，逐个发送读取指令，当矿用分站收到计算机指令时，把当前存储的数据发送到计算机，计算机确认数据正确并存储后向矿用分站发送该识别卡信息已正确读取指令，矿用分站收到确认指令后将已经被正确读取的存储信息删除，完成一个矿用分站地信息读取后，计算机轮循下一个矿用分站，做同样操作。如总线网络通信不正常时，矿用分站将当前数据存放在存储模块中，而且不终止与识别卡的读卡通信工作，当总线正常后，一直存储的数据可以继续被计算机轮循读取。
【附图说明】
图1为本发明的煤矿井下人员管理系统连接框图；
图2为本发明的煤矿井下人员管理系统的避雷器模块连接框图；
图3为本发明的煤矿井下人员管理系统的安全栅模块连接框图；
图4为本发明的煤矿井下人员管理系统的本安电源模块连接框图。
【具体实施方式】
为了使本领域的一般技术人员能够清楚理解本发明的技术方案，现结合附图作进一步详尽地说明：
本发明的煤矿井下人员管理系统，如图1至图4所示，包括地面设1、井下设备2及井下若干矿工身上携带的识别卡8，地面设备1通过电缆与井下设备2连接，地面设备1包括井上矿用避雷器6，井上矿用避雷器6与安全栅5连接，安全栅5通过485传输接口4与计算机3连接，井下设备2包括井下矿用避雷器11，井下矿用避雷器11与至少一个矿用分站9连接，识别卡8内设有中央处理器、低频信号接收模块、低频信号发射模块、高频信号接收模块及高频信号接收模块，矿用分站9包括中央处理器、存储模块、低频信号接收模块、低频信号发射模块、高频信号接收模块及高频信号接收模块，井下设备2中的矿用分站9通过本安电源10进行供电。(识别卡及矿用分站的内部模块图中未示)
进一步地，矿用分站9用于将315MHz低频信号覆盖读卡区域、与识别卡8建立通信、为识别卡8分配读卡时隙、向识别卡8发送开卡指令、校验并存储处理识别卡号、向识别卡8发送关卡指令。
进一步地，识别卡8用于使用315MHz低频信号听取所述矿用分站9指令、向矿用分站9发送通信请求、向矿用分站9发送卡号。
进一步地，井上矿用避雷器6包括顺序相连的避雷管61、延迟器件62及限压器件63。
进一步地，安全栅5至少包括光耦隔离模块51及隔离电源模块52，隔离电源模块52用于本安电路与非本安电路之间的电源隔离，保护输出端本安电路，光耦隔离模块51用于非本安电路输入信号与本安电路输出信号的传输。
进一步地，计算机3用于显示井下设备2中的各矿用分站9所跟踪到的识别卡8信息。
进一步地，本安电源10包括电池101及与之相连接的保险模块102，保险模块102与限压模块103及限流模块104相连接。
实施例1：如图1至图4所示，包括地面设备1、井下设备2及井下若干矿工身上携带的识别卡8，地面设备1通过电缆与井下设备2连接，地面设备1包括井上矿用避雷器6，井上矿用避雷器6与安全栅5连接，安全栅5通过485传输接口4与计算机3连接，井下设备2包括井下矿用避雷器11，井下矿用避雷器11与第1矿用分站9连接，识别卡8内设有中央处理器、低频信号接收模块、低频信号发射模块、高频信号接收模块及高频信号接收模块，第1矿用分站9包括中央处理器、存储模块、低频信号接收模块、低频信号发射模块、高频信号接收模块及高频信号接收模块，井下设备11中的第1矿用分站通过本安电源10进行供电，地面设备1通过地面电源7进行供电。
本发明的煤矿井下人员管理系统是通过以下方式实现的：
井下设备2中各矿用分站9时刻利用自身低频发射模块中的315MHz信号覆盖识别卡8的活动区域，识别卡8使用自身的低频接收模块中的315MHz信号听取矿用分站9指令。
当识别卡8进入井下的某一矿用分站9的信号覆盖区域时，该识别卡8接收到该矿用分站9指令，即确认进入了矿用分站9读卡范围。
此时，该识别卡8向该矿用分站9发送通信请求，该矿用分站9收到请求后，与该识别卡8建立通信，为该识别卡9分配读卡时隙，同时向其发送开卡指令。
当该识别卡8收到开卡指令后，打开自身的2.4G高频发射模块，将自身的卡号发送到该矿用分站9。
该矿用分站9接收到该识别卡8卡号以后作校验、存储处理，确认指令信息完整而且读卡完成后向该识别卡8发送关卡指令。
该识别卡9接收到关卡指令后，关闭高频、低频信号模块，进入休眠状态，通信暂时中止，休眠30秒时间，休眠结束后识别卡8重新进入轮循听取指令，以此往复。
以上过程完成了井下矿工与矿用分站9的联络，也实现了矿用分站9对井下矿工的监测，按照相同的方法，井下所有进入矿用分站9覆盖的矿工(识别卡)即在其监测范围内，使得对井下矿工的人员的数量、位置等信息做到了了如指掌。
井下设备2的各矿用分站9采用轮循方式向计算机3发送数据，当矿用分站9读取到识别卡8信息时先作存储处理，将信息放到存储模块中等待计算机3读取，计算机3按照软件预设的矿用分站9数量，逐个发送读取指令，当某一矿用分站9收到计算机3指令时，即把当前存储的数据发送到计算机3，计算机3确认数据正确并存储后向矿用分站9发送对识别卡8信息已正确的读取指令，矿用分站9收到确认指令后将已经被正确读取的存储信息删除，完成一个矿用分站9的信息读取后，计算机3轮循下一个矿用分站9，做同样操作。如总线网络通信不正常时，矿用分站9将当前数据存放在存储模块中，而且不终止与识别卡8的读卡通信工作，当总线正常后，一直存储的数据可以继续被计算机3轮循读取。每个识别卡8中的中央处理器中都预先存入了该卡的卡号，卡号与其携带的矿工的全部信息都预先存入了计算机3，因此，当计算机3监测到某一个识别卡8的卡号时，即显示出该识别卡8所对应的矿工。
一个煤矿的井下可以设置多个矿用分站9，多个矿用分站9通过井下避雷器11再与地面设备1相连接，井下的矿用分站9可以完全覆盖井下的全部作业区域，因此，不论矿工在井下的任何位置，都会在矿用分站9的低频信号覆盖范围内，也就是说，每个井下矿工的情况都能通过矿用分站9的监测下并通过地面设备1显示在计算机3的显示屏上，实现了对煤矿安全管理的目的。本发明安全可靠，监测范围无死角，监测信息传递及时，显示直观，对煤矿安全管理十分有益。