井下人员定位系统毕业设计文档格式.doc
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文中重点研究了井下的无线通信问题,并选择了RFID(射频识别)为井下无线通信方案;
在井下与地面的通信方式中选择了技术先进、性能可靠的CAN总线技术;
在地面监控端结合当前的新技术采用了GIS(地理信息系统)进行井下监控情况的实时显示。
关键字:
井下人员定位;
RFID;
CAN;
GIS
Abstract
Undergroundpersonnelpositioningsystemisdesignedtoimprovethemanagementefficiencyofcoalminersandstrengthenthecommunicationbetweenthegroundandunderground.Thesystemcandynamicallydisplaythereal-timelocationofundergroundstaffandrecordtheworkinghoursandregionsofworkers.
Inthispaper,wefirstdicussedthedevelopmentofminepersonnelpositioningtechnologyathomeandabroad,andcomparedtheadvantagesanddisadvantagesofthem.Thenweputforwardtheideaofthedesignofpositioningsystem,andanalysiseditsworkingprincipleand.Duringtheprocessofdesignwesubmitthesystemintosomemodelsanddesignthesystemformthreesub-systems.Intheprocesswefocusedontheissueofundergroundwirelesscommunication,andselecttheRFID(radiofrequencyidentification)forundergroundwirelesscommunicationsprogram.TosolvetheproblemofcommunicationwiththegroundweselecttheCANbustechnology,whichwastechnologicallyadvancedandhasreliableperformance.Indesignsingofthemonitoringonthegroundside,weusetheGIS(GeographicInformationSystem)combinedwiththecurrentthenewtechnologytomonitorthesituationofundergroundandpitthereal-timedisplay.
Keywords:
positioningofundergroundpersonnel;
RFID;
CAN;
GIS
I
目录
1绪论 1
1.1煤矿生产管理中的问题 1
1.2选题意义 2
1.3井下人员定位系统的发展现状 3
1.3.1国外研究状况 3
1.3.2国内发展现状 3
1.4井下人员定位系统设计的难点问题 4
1.5本设计所做的工作 5
2井下人员定位系统的基本原理 6
2.1定位系统概述 6
2.2井下人员定位系统的基本原理 6
3系统的功能划分 9
3.1井下无线监测子系统 9
3.2地面数据处理子系统 9
3.3井下与地面通信子系统 10
4井下无线通信子系统设计 12
4.1通信的基本知识 12
4.1.1信号的转换与编码 12
4.1.2差错控制 12
4.1.3多路复用 13
4.1.4传输模式 13
4.1.5传输协议 13
4.2井下人员定位系统无线通信解决方案及对比 14
4.2.1蓝牙(Bluetooth) 14
4.2.2HomeRF 14
4.2.3ZigBee 15
4.2.4RFID(射频识别) 15
4.2.5WIFI 16
4.2.6无线MESH网络 16
4.2.7几种无线通信方案的比较 17
4.3无线通信方案的确定 17
4.4无线通信子系统的硬件设计 17
4.4.1基站硬件电路设计 18
4.4.2射频卡硬件电路设计 37
4.5无线通信子系统的软件设计 38
4.5.1基站软件设计 38
4.5.2射频卡软件设计 45
5井下与地面通信子系统设计 47
5.1通信方案及比较 47
5.1.1RS-485 47
5.1.2现场总线 47
5.1.3工业以太网 49
5.2CAN总线 50
5.2.1CAN总线简介 50
5.2.2CAN的性能特点 50
5.2.3物理层 51
5.3CAN总线接口电路设计 51
5.3.1CAN总线与基站硬件接口电路设计 56
5.3.2CAN总线与PC端的硬件接口电路设计 58
5.4CAN总线接口电路软件设计 63
5.4.1基站部分CAN总线接口电路软件设计 63
5.4.2PC端CAN总线接口电路软件设计 64
6地面监管子系统设计 65
7结论 70
致谢 71
参考文献 72
附录A译文 73
附录B外文文献 86
附录C主电路图 98
1绪论
1.1煤矿生产管理中的问题
煤矿的生产分为露天开采和地下开采,而我国95%的煤矿开采是地下开采作业,而地下开采的危险性较之露天开采要大的多。
我国煤层自然赋存条件复杂多变,影响煤矿安全生产的因素众多,水、火、瓦斯、煤尘、顶板等自然灾害时刻都在威胁矿井工作人员的生命安全,都可能是造成事故的客观因素,矿井重大灾害及伤亡事故随时都有可能发生。
据调查煤矿事故占工矿企业一次死亡10人以上特大事故的72.8%至89.6%(2002~2005年)。
近几年,随着国民经济对能源的需求增大,煤炭行业的开始复苏,我国煤炭开采在规模和产量上都逐年扩大,但是通过以上触目惊心的数据我们却看到煤矿行业安全生产的形势非常严峻,造成的损失是极其惨重的。
特别是煤矿重大及特大瓦斯(煤尘)灾害事故的频发,不但造成国家财产和公民生命的巨大损失,增加了社会的不稳定团素,而且严重影响了我国的国际声誉。
实际上,这些事故的发生不是偶然的,它是煤矿生产过程中存在问题的集中暴露,涉及许多方面。
既有自然因素、科技投入和研究的不足,也有人为因素以及国家的体制、煤矿企业管理不善等因素。
更让人担忧的是,煤矿井下普遍存在入井人员管理困难,难以及时掌握井下人员的动态分布及作业情况,一旦事故发生,对井下人员的抢救缺乏可靠信息,抢险救灾、安全救护的效率低。
目前国家对煤矿企业安全生产要求的不断提高和企业自身发展的需要,我国各大、中、小煤矿的高瓦斯或瓦斯突出矿井陆续在装备矿井监测监控系统。
系统的装备大大提高了矿井安全生产水平和安全生产管理效率。
但是,现有的矿井监测监控系统监测对象主要有两种,一是环境安全监测:
监测各种有害气体及工作面的作业条件,如瓦斯浓度、一氧化碳、氧气浓度、风速、空气温度、压力、粉尘浓度等等;
二是生产过程、生产工艺监测:
监测主要生产环节的各种生产参数和重要设备的运行状态,如煤仓料位、水仓水位、水泵、提升机、扇风机、压风机、胶带输送机、采煤机等运行状态和参数等运行状态和参数。
可以看出,井下矿工并不是现有监控系统的监控对象,他们在井下的位置和运行轨迹仍然是不得而知的,一旦发生突发性灾难营救工作将无从下手。
矿难事故发生后,对遇难的井下工作人员生命的抢救成为首要任务,决策指挥人员必须全面分析灾情及其灾变趋势,迅速组织侦察工作,准确探明事故性质、原因、影响范围、遇险人员数量和所在位置,以最快的速度、最短的路线进入灾区,营救灾区遇险人员。
然而,目前国内煤矿正在使用的该类监控系统,并不能实时提供井下工作人员的具体位置与分布情况等重要数据,加之井下地形复杂,国内大部分矿井救护技术装备落后,人员素质较低,这些都给侦察工作带来了极大的困难。
特别是在搜寻井下遇险人员的过程中,救护队员只能依靠反映矿井现实情况的有关图纸以及事故现场侦察得来的各种信息展开抢救工作。
在缺乏准确数据的情况下,无法迅速制定出合理、有效的营救方案与措施,结果错失最佳的营救时机,甚至是盲目营救。
1.2选题意义
面对我国煤矿安全生产的严峻形势,用高新技术和先进实用技术改造传统产业,增加科技含量,促进产品更新换代,提高产品质量和经济效益,是走新型煤炭工业化道路的必然选择。
煤矿的现代化管理和煤矿的安全生产是煤炭行业举足轻重的大事。
在煤炭行业管理和安全方面,人的管理是一个十分关键的问题。
长期以来,大部分矿井,尤其是现代化的矿井,井下都是连续生产,然而煤矿井下的员工状况如何,一直是较难查清的问题。
到目前为止,即使是我国的现代化矿井的管理,也只能是依据传统矿灯管理、领取工作牌等考勤方式来了解下井人员的数量和情况。
随着无线通信、自动识别和计算机网络技术在煤矿安全生产监测应用领域中的不断发展,如何确定灾害事故中遇险人员的具体情况和分布位置得到进一步地解决。
特别是在国内射频识别技术的引进和发展,使得对下井人员进行实时跟踪变得可行。
利用射频识别技术对井下人员进行跟踪定位不仅能方便决策人员快速准确了解井下遇险人员的具体分布位置、赢得抢救的宝贵时间,还可以用于煤矿的日常考勤、生产调度等方面。
不仅加强了煤炭行业的生产与安全管理,使生产调度及时、准确,更得使煤矿的安全生产保障系统大大提高。
在建立了井下人员定位系统后,若井下发生突发事件,可立即通过地面主机实时查出井下各位置的人员状况,这样就能够做出及时的抢救决策,使事故损失降到最低。
平时可以用来指挥生产做出优化决策,使生产指挥高效。
煤矿井下人员定位系统的研究具有非常重要的现实意义。
煤矿井下人员定位系统将在矿井的防灾、减灾以及提高生产效率方面发挥着重大的作用,而高性能的计算机矿井监测系统的应用前景尤为的广阔。
1.3井下人员定位系统的发展现状
1.3.1国外研究状况
国外研制矿井计算机监控系统始于20世纪60年代,为保证煤矿安全生产,世界主要产煤国(
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