山东科技大学信息与电气工程学院朱其刚

山东省节能工程有限公司杨峰

摘要基于射频通讯的井下人员跟踪定位系统是依靠井下现有网络实现了无线与有线通讯相结合的简单高效的人员跟踪与定位。可实现井下人员的定位与跟踪、生产调度指挥的直观化、考勤与管理的远程自动化和数字化以及突发情况的报警。

关键词射频通讯人员跟踪定位高频无线收发模块

井下人员在巷道的位置大多是动态的，有些巷道长达几十公里，因此对人员的定位是很重要的。尤其在突发事件时迅速判断险区人员的数量拉置、身份，就能采取措施及时救助，把事故的损失和影响降到最低限度。人员定位跟踪系统就具有这种功能，而且还可以提供监视区域内的人数、工作区间历史记录和实时记录的统计报表。

1技术要求

井下人员跟踪定位系统技术为井下采煤作业的实际环境所限。目前我国煤矿井下照明条件使得视频信号对人员身份的界定方案不可行，而且视频监视限于主巷道、工作面等区域，对于几十公里的全矿区检测必须采用人员身份电子化的信号检测。具体要求以下几个方面:

(1)系统能根据实际需要覆盖井下巷道;

(2)系统依靠现有井下网络，无需重新布线;

(3)及时反映井下人员的实际位置，实现人员跟踪;

(4)实现人员身份界定，为矿井管理考勤提供信息;

(5)人员信息数字化，实现管理与检测的无人值守;

(6)突发事件时能够通知所有井下人员及时撤离。

2硬件实现

基于射频通讯的井下人员跟踪定位系统，以性能优异的无线收发一体数传模块PTR2000为核心，以单片机配合其数据收发，依靠井下现有网络实现无线与有线通讯相结合的简单高效的人员跟踪与定位。PTR2000芯片的显著特点是所需外围元件少，设计非常方便。该模块在内部集成了高频发射、高频接收、PLL合成、FSK调制/解调、参量放大、功率放大、频道切换等功能。是目前集成度较高的无线数传产品。

PTR200。的主要特性如下:

(1)该器件将接收和发射合为一体;

(2)工作频率为国际通用的数传频段433MHz;

(3)采用FSK调制/解调，可直接进行数据输入/输出，抗干扰能力强，特别适合工业控制场合;

(4)采用DDS(直接数字合成)与PLL频率合成技术，因而频率稳定性极好;

(5)灵敏度高达－105dBm;

(6)最大发射功率可达+10dBm;

(7)工作电压低(2.7v)，功耗小，接收待机状态电流仅为8μA;

(8)具有两个频道，可满足需要多信道工作的场合;

(9)工作速率最高达20kbit/s，超小体积，约40×27×5mm;

(10)可直接与CPU串口进行连接(如8031)，也可以用PS232与计算机接口，软件编程非常方便;

(11)标准的DIP引脚间距更适合于嵌入式设备;

(12)由于采用了低发射功率、高接收灵敏度的设计，因此使用时无需申请许可证，开阔地时的使用距离最远可达1000m,PTR2000管脚图如图1。

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各引脚的功能说明如下:VCC(1脚)正输入端，电压范围为2.7－5.25V;CS(2脚):频道选择端。CS＝0时，选择工作频道1，即433.92MHz;CS＝1时选择工作频道2，即434.33MHz;D0(3脚):数据输出端;DI(4脚):数据输入端;GND(5脚):电源;;PWR(6脚):节能控制端。当PWR＝1时，模块处于正常工作状态;;PWR=0时，模块处于待机微功耗状态;TXEN(7脚):发射/接收控制端。当TXET＝1时，模块为

发射状态;当TXEN＝0时，模块被设置为接收状态。

PTR2000可与计算机串口进行通讯，此时需要在中间简单的接一个RS232电平转换芯片，如MAX232等。也可与单片机(如89C52)配合使用，直接接单片机的串口或I/O口。连接时，PTR2000无线MODEM的DI端应接单片机串口的发送端，DO接单片机串口的接收端。利用单片机的I/O可以控制模块的发射控制、频道转换和低功耗模式。

3软件编程实现

在软件编程过程中，对PTR2000的工作模式和工作频道的选择尤为重要。发送PTR200。的通信速率最高为20kb/s,也可工作在其它速率如4800bps.9600bps下。在发送数据之前，应将模块先置于发射模式，即TXEN=1。然后在等待至少5ms后(接收到发射的转换时间)才可以发送任意长度的数据。接收时应将ptr2000置于接收状态，即TXEN=0。然后将接收到的数据直接送到单片机串口或经电平转换后送到计算机。待机模式，当PWR=0时，PTR2000进入节电待机模式，此时的功耗大约为8μA，在待机模式下不能接收和发射数据。PTR2000在无信号时，串口输出的是随机数据，此时，定义一个简单的通信协议，在发送时，在有效数据之前加两个字节的起始位标志，以便在接收方的软件中检测该标志并将其作为正式数据的开始。为了使系统能够可靠地通信，考虑数据的检错，采用奇偶校验方式。

为了实现人员身份定位，对每一个井下人员确定一个身份编码，存入所携带的发射模块，在井下依靠对此模块发射出的特殊身份编码来监测和识别人员身份。同时依靠井下网络布设多个接收模块，布设间距可以参考PTR2000参数表，考虑到井下特殊环境，实地的实验数据更为可靠。对每一个接收模块，分配一个独立地址编码，此编码表示该接收模块的实际位置。当接收模块接收到一个人员所携带发射模块发射的人员编码后，将此编码与自身编码合为一个发送码通过网络送往监控PC机。在监控端，监控程序通过对同一个人的身份编码与不同接收模块的地址编码的组合码的连续分析，就实现了人员的跟踪与定位。将此信息在显示屏上实时显示，可直观地观察到井下人员的位置、身份。将此信息输入管理数据库，可实现人员考勤与管理的远程自动化和数字化。对于个人所携带的发射端，设置为每秒钟交替进入发射与接收状态，对于接收端的各个节点，当收到一个有效人员身份信号后，进入发射状态，发射一个井上监控机发来的安全信号。当有突发事件时，此信号变为报警信号，及时通知所有井下人员撤离。

4结束语

基于射频通讯的井下人员跟踪定位系统依靠井下现有网络实现了无线与有线通讯相结合的简单高效的人员跟踪与定位。在矿井发生突变或紧急情况时，还可使井下作业人员在最短时间内收到紧急警报，及时采取应急措施或迅速撤离现场，最大限度地减少伤亡，保障井下人员的安全。在日常作业中，借助该系统可实现人员调度、生产指挥的直观化以及考勤与管理的远程自动化和数字化。该系统充分体现出有利于矿山安全急救和提高生产效率的优点，是一种先进实用的井下人员跟踪定位系统。

作者简介朱其刚男，硕士，2003年毕业于山东科技大学计算机应用专业，现任山东科技大学信息与电气工程学院讲师，曾发表论文多篇。