煤矿井下人员定位技术研究

重庆工业职业技术学院 陈媛媛

煤矿井下人员定位技术研究

重庆工业职业技术学院 陈媛媛

煤矿井下开采作业相对于其他职业来说是危险系数较高的一项职业。妨碍救援的主要原因是不能确定被困人员的准确位置。因此，研制工作人员位置定位跟踪系统就显得极其重要和十分迫切。本文首先对比了几种主要的目标定位技术，分析了各自的优缺点，然后针对低功耗蓝牙技术，提出了一套完整的煤矿井下目标定位系统的设计方案。

蓝牙4.0；CC2540；区域定位

前言

煤矿井下是危险的工作场所，煤炭事故时有发生，造成大量的损失。在分析常见的煤矿事故时可以发现造成救援迟缓的原因之一是井下人员分布情况无法被上层监控中心掌握。因此，针对煤矿井下设计基于移动目标的定位系统，对于掌握井下工作人员状况，一旦发生事故及时展开救援具有非常重要的意义。同时，该系统的设计对于加强工作人员管理、考勤以及生产过程优化等，都具有很强的参考价值。

1 蓝牙4.0

蓝牙是一种短距离交换数据的无线技术标准（在ISM频段使用短波长UHF无线电波从2.4到2.485千兆赫（4）），从固定和移动设备，以及建立个人区域网络（PAN）。1994年由电信厂商爱立信发明，它最初被认为是一种RS-232数据电缆的无线替代品。蓝牙技术从起始到现在先后经历了1.1、1.2、2.0、2.1、3.0、4.0、4.1和4.2多版本的进化历程。本文讨论的是基于蓝牙4.0的低功耗蓝牙芯片。

2 系统构成

图1 定位系统设计图

系统的总体方案如图1所示，监控中心的上位机工作在上层以太网，现场数据的采集则通过三级总线网络完成(485或CAN)，以太网与总线间通过STM32网关完成信息的转换与交互。而总线间则以一个STM32分站作为网关，完成信息交互。总线上挂接分站、基站两种设备，分站负责采集井下环境、工作信息，基站负责采集信标器蓝牙模块信息，并将信息逐级上传。

信标器设计采用德州仪器提供的蓝牙4.0典型芯片CC2540，其工作电压为2～3.6V，我们取3.3V为本系统的供电电压。但是由于基站还要挂接其他传感器，因此我们采用5V电池作为电源的输入，并通过TPS62730进行稳压来保持电源输出的稳定性。同时，由于蓝牙同步和精度的原因，CC2540正常工作需要设计2个晶振，分别为32.768KHz和32MHz的晶振。整个信标器主电路原理图如下所示。

图2 CC2540原理图

[1]张申.隧道无线电射线传输规律的研究[J].电波科学学报, 2002,17(02).

[2]王胜坤.矿井无线通信系统探讨[J].电信科学,1998(03): 47～48.

[3]李刚,刘志田,王春田,孙德晨.无线系统天线简介及干扰抑制[J].石油仪器,2002,16(01):46～47.

陈媛媛，女，1982年出生，硕士，副教授，研究方向：通信技术。

本文受重庆市教育委员会科研项目资助，项目编号KJ1403001。