當前礦井人員管理系統(tǒng)以考勤為主,進行精確定位管理投入成本過高。根據(jù)礦井現(xiàn)場應用需求,提出一種基于超寬帶（UWB）和射頻識別（RFID）相融合的礦井人員定位系統(tǒng)設計方案。闡述了系統(tǒng)的總體架構和工作原理。針對礦井一維線性空間,采用飛行時間（TOF）測量方法,利用已知的定位基站之間的距離計算出標志卡位置,并對定位誤差進行了詳細分析。分析結果表明,定位誤差與標志卡與定位基站之間的距離沒有直接關系,定位基站之間無需進行時鐘同步。給出了定位基站和標志卡的硬件設計方案和軟件功能實現(xiàn)思路,采用集成無線發(fā)送和接受的無線芯片DW1000實現(xiàn)UWB精確定位,采用nRF24L01無線射頻芯片實現(xiàn)區(qū)域定位,解決了如何同時實現(xiàn)區(qū)域定位和精確定位問題。實踐表明,該系統(tǒng)定位精度達到了0.3 m以內,兼容RFID區(qū)域定位功能,在進行系統(tǒng)升級時可降低成本,滿足礦方需求。 

【文章來源】：自動化儀表. 2020,41(08)

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

礦井人員定位系統(tǒng)網絡架構圖

礦井巷道一般為狹長形狀,可抽象成一維線性空間。標志卡與定位基站之間采用TOF技術實現(xiàn)無線信息交互。定位基站A和定位基站B的距離為d,定位原理如圖2所示。在標志卡C與定位基站A之間進行TOF測距過程中,標志卡C往返一次所需的時間為T4-T1,定位基站處理數(shù)據(jù)所耗費時間為T3-T2。同理,在標志卡C與定位基站B進行TOF測距過程中,標志卡C往返一次所需的時間為T8-T5,定位基站B處理數(shù)據(jù)所耗費的時間為T7-T6,標志卡C將所需的計時數(shù)據(jù)在T9時刻發(fā)送到定位基站A。標志卡C到定位基站A之間的距離計算公式為:

定位基站是系統(tǒng)的關鍵設備。其構成框圖如圖3所示,包括基站微控制器、UWB定位模塊、RFID模塊、網絡通信模塊和電源模塊等。定位基站CPU選用STM32系列的Cortex-M4內核微處理器作為控制核心。UWB定位模塊選用DW1000無線芯片,它符合IEEE802.15.4-2011超寬帶標準,定位精度可達10 cm,抗多徑衰落能力強,支持TOF測距和TDOA精確定位[14]。RFID模塊擬選用集成了無線發(fā)射和接收功能的nRF24L01芯片。該芯片工作頻段為2.4 GHz,采用高斯頻移鍵控(Gauss frequency shift keying,GFSK)調制,具有自動重發(fā)及自動應答功能,數(shù)據(jù)傳輸速率為1 Mbit/s或2 Mbit/s,工作電壓為1.9～3.6 V,符合低功耗設計要求。網絡通信模塊實現(xiàn)定位基站之間的光纖級聯(lián),電源模塊負責芯片的供電控制。定位基站軟件流程如圖4所示。

【參考文獻】：
期刊論文
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[6]基于超寬帶技術的井下人員定位系統(tǒng)[J]. 劉書倫,王樹森.  工礦自動化. 2014(10)
[7]基于WiFi和計時誤差抑制的TOA煤礦井下目標定位方法[J]. 孫繼平,李晨鑫.  煤炭學報. 2014(01)
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[10]基于Zigbee的井下人員定位監(jiān)測系統(tǒng)的設計與研究[J]. 王同泉,崔建明.  電氣技術. 2012(04)

碩士論文
[1]巷道內人員高精度定位技術研究[D]. 柯彬.電子科技大學 2014
[2]基于UWB的室內定位技術研究[D]. 張忠娟.天津大學 2012
[3]具有靈活頻譜特性的認知超寬帶信號生成技術的研究[D]. 梁冰.北京郵電大學 2010



本文編號：3616548