一种井下人员定位搜救装置 技术领域
本实用新型涉及监控系统，更具体的说是一种井下人员定位搜索装置。
背景技术
目前国内各种煤矿基本上没有同类系统，仅有小部分大型煤矿采用非接触式IC卡考勤方式进行定位，有效距离不超过1米，根本谈不上定位。
国外一般有两种井下人员定位方式，一种是采用基于卫星的GPS定位系统，缺点是造价过高，完全不符合中国人员密集型采矿方式，同时受环境干扰的影响很大，也不符合中国分布广泛、情况迥异的矿井实情。
第二种方式是采用探测心跳脉冲的搜救方式，比较适合抗震救灾、接近地表型(有效距离不超过地表五十米)的搜救活动，而且对已经停止心跳的遇难人员也无法搜寻。
发明内容
本实用新型的目的是主要用于各种矿井下移动目标(人员和车辆)进行无线定位和跟踪，在矿难等突发事件发生前(比如瓦斯浓度超标等)能及时通知危险区域人员疏散，在事故发生后能及时锁定受困和遇难人员的位置(精度在15米以内)，为搜救工作带来最快最准确的信息。
本实用新型的技术方案如下：
一种井下人员定位搜救装置包括基站、便携移动装置、地面中心的计算机，通过通信电缆将基站和地面中心的计算机相连。
所述的基站包括无线调频半双工通信模块(STR-8)、微控制器模块、按键、蜂鸣器、指示灯、接口、交流电源及蓄电池。
所述的便携移动装置包括无线调频半双工通信模块(STR-8)、微控制器模块、按键、蜂鸣器、指示灯、接口、干电池。
所述地微控制器模块包括微控制器芯片ICU1(89C2051)和寄存器ICU3(74AIS166)。
正常工作状态时，井下人员随身携带的便携移动装置定时发出具有代表身份特征的射频信号，经井下基站接收，再发送到地面控制中心。控制中心接收来自井下基站上的编码信号，进行分析处理，得知井下移动目标的实时活动方位和坐标。
在井下瓦斯浓度检测仪检测到瓦斯浓度超标等事故前兆时，地面控制中心能及时通过井下基站向处在危险区域人员发出声、光、震动等报警信号，达到及时疏散的目的。
在矿难等突发事件发生后，如果系统的数据传输信道仍然保持的话，能及时锁定受困和遇难人员的位置(精度在15米以内)，为搜救工作带来最快最准确的信息，同时受困人员能够通过便携移动装置(该装置放在矿工安全帽内，受损概率相对较低)，向地面控制中心发出生还求救信号，如果该人员长时间未发出信号，则表明其受伤已经达到失去活动能力或者已经遇难。
在矿难等突发事件发生后，如果系统的数据传输信道被中断的话，系统能及时锁定受困和遇难人员最后一次通信的大致位置，精度在15米以内，为搜救工作带来最快最准确的信息。
有益效果：
1.移动目标实时监测查询功能：
●可实时查询当前井下人员、机车的数量及分布情况(分布区域的大小由井下数据接收、转发基站的数量决定)；
●任一指定井下人员、机车在当前或指定时刻所处的区域；
●任一指定井下人员、机车本日或指定日期的活动踪迹；
●可对特定的人员、机车进行实时跟踪显示。
2.安全保障功能：
●门禁功能：
井下一些重要峒室、危险场合(如盲巷等)，如语音告知模块则可有效的阻止违章进入，并将违章人员记录在案；
●丢失报警：
每一班末，对当班人员进行清点，如发现人员丢失则报警，以便值班人员核查；或者发现在井下时间超过给定的时间，自动报警提示并在地面控制中心形成相关人员的名单等信息；
●救护搜寻：
可对事故现场被埋人员进行搜寻和定位，以便及时救护。
3.通行方式无限制，对被测人员经过井下基站的通行方式没有限制，允许多人以“鱼贯而入”、“成组成群”的方式通过井下基站，不影响井下人员的正常通行和正常作业；
4.结构简单，配置灵活，可根据具体需要及投资情况灵活设置井下发基站。井下基站设置的越多，则划分的定位区域越多，人员定位的空间范围越准确；
5.安全、可靠，在恶劣环境下能长时间24小时不间断正常工作，便携移动装置的设计连续工作时间超过半年。
附图说明
图1是本实用新型总体结构图；
图2是本实用新型便携移动装置原理图(图2-A和图2-B是图2的放大图)；
图3是本实用新型正常使用定位工作流程图；
图4是本实用新型紧急疏散工作流程图；
图5是本实用新型紧急求援工作流程图。
具体实施方式
本实用新型通过附图作进一步阐述，但并不限制本实用新型的范围。
如图1为本实用新型井下人员定位搜救装置的总体结构图。装置包括若干个基站(根据实际需要建立相应数量的基站)、便携移动装置、地面中心的计算机，通过通信电缆将基站和地面中心的计算机相连。
基站包括无线调频半双工通信模块(STR-8)、微控制器模块、按键、蜂鸣器、指示灯、接口、交流电源及蓄电池。
便携移动装置包括无线调频半双工通信模块(STR-8)、微控制器模块、按键、蜂鸣器、指示灯、接口、干电池。
图2为本实用新型井下人员定位搜救装置的实施例便携移动装置部分总原理图(由于使用半双工模块，基站部分原理也相同，仅电源供电方式采用交流电供电)。
采用微控制器芯片ICU1(89C2051)以及寄存器ICU3(74AIS166)为主构成的微控制器模块，ICU1的12管脚和ICU3的13管脚相连，实现数据交换。微控制器模块的ICU1通过其第9、20管脚与无线通信模块STR-8(虚框41)管脚4、2相连接，实现便携移动装置部分与基站之间的半双工数字通信，微控制器模块的ICU1通过其第7、15、16、17、18、19、20管脚与外围控制模块(虚框51)实现复位、报警信号发出功能；微控制器模块的ICU1通过其第18、20管脚与外围控制模块(虚框52)实现电源控制；微控制器模块的ICU1通过其第2、8、11、20管脚与外围控制模块(虚框53)实现报警结果的声光指示功能；微控制器模块的ICU1通过其第18、20管脚与外围控制模块(虚框54)实现编码控制功能。可以全部实现本装置的各种工作状态的显示(正常、紧急疏散、紧急求援、电池电量是否充足等)。
微控制器模块89C2051简介：
1.控制引脚：
RST/VPP：1脚，上电复位信号输入线。
2.P1口：该口包含P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7对应于芯片中12-19脚.
3.晶振：共两个引脚
XTAL1： 5脚 内部震荡电路输入脚
XYAL2： 4脚 内部震荡电路输入脚
4.P3口：该口包含P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7对应于芯片中2，3，6，7，8，9，11脚。
功能：该口功能和P0的功能一样可当作普通的I/O口使用，但有第二功能作用，而且一般工作与第二功能状态下地二功能如下表：
第二功能表芯片上脚位P3口标称 第二功能标记 第二功能注释 2 P3.0 RXD 串行口接收输入端 3 P3.1 TXD 串行口发送输出端 6 P3.2 INT0 外部中断0请求输入端 7 P3.3 INT1 外部中断1请求输入端 8 P3.4 T0 定时器/计数器0外部输 入端 9 P3.5 T1 定时器/计数器1外部输 入端
STR-8无线调频半双工发射模块的引脚为DIP9针连接，共9个脚定义如下：Pin引脚名称 功能 说明1GND电源地接电源地2VCC电源输入+3.6---5.0VDC3RxD/TTL串行数据接收端TTL(TxD)4TxD/TTL串行数据发射端TTL(RxD)5SGND信号地6A(TxD)RS-485的A，RS-232的TxD A(RxD)7B(RxD)RS-485的B，RS-232的RxD B(TxD)8SLEEP休眠控制(输入)TTL休眠信号低有效t＞15ms9RESET休眠唤醒(输出)TTL唤醒信号 负脉冲唤醒
便携移动装置部分和基站部分主要的差别在于电池的供电方式不同，便携移动装置部分由普通干电池供电，而基站平时工作时由220V的交流市电供电，一旦紧急情况发生时，自动切换到备用的可冲锂电池供电，以应对各类突发事件的发生。
如图3所示，描述本实用新型正常使用时的工作过程：本装置的基站部分根据系统实现设定的时间(SP1)定时通过无线调频半双工通信模块向空间发出查询指令(SP2)，收到信号的便携移动装置向最近的基站汇报自己的ID和坐标(SP3)，基站判断相应的ID并检测其场强(SP4)，基站将所有收到的信号通过线缆以485方式传输至地面的计算机上并由计算机进行相应计算(SP5)，计算机最后判定能否定位全部移动目标(SP6)，如果发现有丢失目标，输出丢失目标的编号及对应人员(SP7)，并将已经定位目标在电子地图上显示出来(SP8)，这样完成一次全过程的正常定位。整个定位过程持续30秒左右，每次定位的间隔可根据需要来设定，默认为15分钟一次。
如图4所示，流程图描述本实用新型紧急疏散时的工作过程：本装置的基站部分根据地面计算机传来的紧急疏散指令(SP1)实时通过无线调频半双工通信模块向空间发出紧急疏散指令(SP2)，收到信号的便携移动装置启动报警装置并向最近的基站汇报自己的ID和坐标(SP3)，基站判断相应的ID并检测其场强(SP4)，基站将所有收到的信号通过线缆以485方式传输至地面的计算机上并由计算机进行相应计算(SP5)，计算机最后判定能否全部通知到所有移动目标(SP6)，如果发现有丢失目标，输出丢失目标的编号及对应人员(SP7)，并将已经定位目标在电子地图上显示出来(SP8)，这样完成一次全过程的紧急疏散广播。整个紧急疏散广播过程持续30秒左右，每次广播的间隔可根据需要来设定，默认为5分钟一次。
如图5所示，流程图描述本实用新型紧急求援时的工作过程：本装置的便携移动装置在由使用者触发紧急求援按钮(SP1)，向最近的基站汇报自己的ID和坐标(SP2)，基站判断相应的ID并检测其场强同时反馈应答信号(SP3)，基站将所有收到的信号通过线缆以485方式传输至地面的计算机上并由计算机进行相应计算(SP4)，如果便携移动装置未收到应答信号，给出报警信号并返还(SP5)，计算机计算出求援目标的编号及对应人员(SP6)，并将该目标在电子地图上显示出来(SP7)，这样完成一次全过程的紧急求援。整个紧急求援过程持续5秒左右，每次求援的间隔可根据需要来设定，默认为1分钟一次。