專利名稱：煤礦井下人員管理系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種煤礦井下人員的管理系統(tǒng)，尤其是涉及一種使用無線射頻技術實
現(xiàn)對煤礦井下人員身份識別的管理系統(tǒng)，屬于煤礦井下人員安全管理技術領域。
背景技術：
近年來煤礦事故頻繁，多數(shù)事故煤礦在實施救援時首先遇到了統(tǒng)計井下被困人 數(shù)、統(tǒng)計被困人員所處井下的位置區(qū)域這兩大難題。隨著各級領導及主管部門對煤礦人員 的安全重視程度越來越高，人們想方設法采用各種手段來加強對煤礦井下人員的安全管 理?，F(xiàn)有技術中，用于煤礦井下人員安全管理大多采用RFID技術，但其礦用分站和人員識 別卡之間的通信方式存在缺陷，造成分站讀卡不準確，并發(fā)數(shù)量少，漏讀情況嚴重。
常見的讀卡方式是由人員攜帶的識別卡作為主動發(fā)碼器，以一個短時間間隔為周 期，不管是否在礦用分站信號覆蓋區(qū)域，都不停地通過高頻信號將識別卡卡號發(fā)送出去；而 礦用分站作為一個被動接收器，將在其接收范圍內收到的識別卡卡號作存儲處理，同時發(fā) 送到地面監(jiān)控主機，從而實現(xiàn)讀卡和人員識別。這種讀卡方式造成人員識別卡在經過礦用 分站信號覆蓋區(qū)域時，礦用分站會不停地收到同一識別卡發(fā)來的重復信息，大量的冗余數(shù) 據(jù)占用了更多的讀卡時隙，而且冗余數(shù)據(jù)也將發(fā)送到地面監(jiān)控主機，造成地面監(jiān)控主機對 數(shù)據(jù)存儲處理的壓力；當大量識別卡同時經過同一分站時，已經被讀取的識別卡繼續(xù)與未 被讀取的識別卡競爭讀卡時隙，而且在同一精確時間，同時被礦用分站接收時的兩個重疊 的卡號將被視作錯誤數(shù)據(jù)而不作處理，造成了更大的漏讀、誤讀的可能性。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術中存在的對識別卡錯讀、漏讀的缺點，而提供 的一種解決考勤、人員區(qū)域性位置監(jiān)測、下井人數(shù)統(tǒng)計、井下工作時間控制等問題的煤礦井 下人員管理系統(tǒng)。 本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的 本發(fā)明的煤礦井下人員管理系統(tǒng)，包括地面設備、井下設備及井下若干礦工身上 攜帶的識別卡，所述地面設備通過電纜與井下設備連接，所述地面設備包括井上礦用避雷 器，所述井上礦用避雷器與安全柵連接，所述安全柵通過485傳輸接口與計算機連接，所述 井下設備包括井下礦用避雷器，所述井下礦用避雷器與至少一個礦用分站連接，所述識別 卡內設有中央處理器、低頻信號接收模塊、低頻信號發(fā)射模塊、高頻信號接收模塊及高頻信 號接收模塊，所述礦用分站包括中央處理器、存儲模塊、低頻信號接收模塊、低頻信號發(fā)射 模塊、高頻信號接收模塊及高頻信號接收模塊，所述井下設備中的礦用分站通過本安電源 進行供電。
地面設備設置在一個專門的控制室，由控制人員專門管理； 識別卡為每位下井礦工都隨身攜帶，每個識別卡的芯片(中央處理器)內都設置 有卡號，各自卡號不同，以便區(qū)別。
礦用分站利用315MHz低頻信號覆蓋識別卡活動區(qū)域，識別卡使用315MHz低頻信 號聽取礦用分站指令，并且每4秒打開一次低頻信號接收模塊。 當識別卡進入井下的某一礦用分站的信號覆蓋區(qū)域時，該識別卡接收到礦用分站 指令，確認進入了礦用分站讀卡范圍。 識別卡向礦用分站發(fā)送通信請求，礦用分站收到請求指令后，與識別卡建立通信， 為該識別卡分配讀卡時隙，同時向識別卡發(fā)送開卡指令。 識別卡收到開卡指令后，打開2. 4G高頻發(fā)射模塊，將卡號發(fā)送到礦用分站。
礦用分站接收到識別卡號以后作校驗、存儲處理，確認指令信息完整而且讀卡完 成后向識別卡發(fā)送關卡指令。 識別卡接收到關卡指令后，關閉高頻、低頻信號模塊和中央處理器，識別卡進入休 眠狀態(tài)，通信中止。休眠30秒時間，休眠結束后識別卡重新進入4秒輪循聽取指令。
而且，井下的各礦用分站采用輪循方式向計算機發(fā)送數(shù)據(jù)，當?shù)V用分站讀取到識 別卡信息時先作存儲處理，將信息放到存儲模塊中等待計算機讀取，計算機按照軟件預設 的礦用分站數(shù)量，逐個發(fā)送讀取指令，當某一礦用分站收到計算機指令時，即把當前存儲的 數(shù)據(jù)發(fā)送到計算機，計算機確認數(shù)據(jù)正確并存儲后向礦用分站發(fā)送對識別卡信息已正確的 讀取指令，礦用分站收到確認指令后將已經被正確讀取的存儲信息刪除，完成一個礦用分 站的信息讀取后，計算機輪循下一個礦用分站，做同樣操作。如總線網絡通信不正常時，礦 用分站將當前數(shù)據(jù)存放在存儲模塊中，而且不終止與識別卡的讀卡通信工作，當總線正常 后， 一直存儲的數(shù)據(jù)可以繼續(xù)被計算機輪循讀取。 而且，所述井上礦用避雷器包括順序相連的避雷管、延遲器件及限壓器件，井下避 雷器與井上避雷器具有相同的結構和工作原理，能夠及時泄防雷電造成的浪涌電壓，用于 保護井下設備不受雷電浪涌的影響。在額定電壓下，流過避雷器避雷管的電流僅為10-5A 以下，相當于絕緣體，當作用在避雷管上的電壓超過定值(啟動電壓)時，避雷管"導通"，將 大電流通過避雷管泄入大地中，此時其殘壓不會超過被保護設備的耐壓，達到了保護目的。 此后，當作用電壓降到啟動電壓以下時，避雷管自動終止"導通"狀態(tài)，恢復絕緣狀態(tài)。避雷 管后邊有延遲器件，抑制電壓增長率。在延遲電路后面有限壓器件，整體相當于兩級泄放。 保護了避雷器后邊的電路。 而且，所述安全柵至少包括光耦隔離模塊及與之相連接的隔離電源模塊，所述隔 離電源模塊用于本安電路與非本安電路之間的電源隔離，保護輸出端本安電路，所述光耦 隔離模塊用于非本安電路輸入信號與本安電路輸出信號的傳輸。 而且，所述本安電源包括電池及與之相連接的保險模塊，所述保險模塊與限壓模 塊及限流模塊相連接。 本發(fā)明相對現(xiàn)有技術具有的有益效果 1、本發(fā)明把礦用分站作為主動獲取卡號的設備，礦用分站與識別卡在建立通信之 前首先利用低頻信號進行一次"握手"，當確認雙方能實現(xiàn)高頻信號通信時，再由礦用分站 在一定時隙內向識別卡發(fā)送開卡指令，讓識別卡用高頻信號向礦用分站發(fā)回卡號信息，此 時若礦用分站收到錯誤數(shù)據(jù)或對數(shù)據(jù)處理失敗，則不向該識別卡發(fā)送關卡指令，該識別卡 繼續(xù)發(fā)送卡號信息，直至礦用分站確認信息無誤且完成讀卡時，才向識別卡發(fā)送關卡指令， 使識別卡進入休眠狀態(tài)，而30秒內不再向分站發(fā)送卡號信息。這樣，使用礦用分站來主動控制讀卡過程的開始和結束，可以確保礦用分站收到識別卡數(shù)據(jù)的完整性、準確性。 2、礦用分站可以首先預設識別卡信息卡號范圍，然后在固定輪循時間內為每一個
范圍內的識別卡分配一個讀卡時隙，在該時隙內，礦用分站向識別卡發(fā)送開卡指令，同時接
收指定識別卡的信息，確認完成讀卡后向識別卡發(fā)送關卡指令，使識別卡進入休眠狀態(tài)而
不再往礦用分站發(fā)送冗余數(shù)據(jù)，已經讀取的識別卡信息將不再重復發(fā)送，減輕礦用分站存
儲處理壓力，而且防止大量冗余數(shù)據(jù)造成識別卡信息沖突而漏讀、誤讀。在此基礎上，使得
礦用分站信號覆蓋范圍內同一時間讀卡并發(fā)數(shù)得到大幅改善。 3、本發(fā)明中的礦用分站采用輪循方式向計算機發(fā)送數(shù)據(jù)，當?shù)V用分站讀取到識別 卡信息時先作存儲處理，將信息放到存儲模塊中等待計算機讀取，計算機按照軟件預設的 礦用分站數(shù)量，逐個發(fā)送讀取指令，當?shù)V用分站收到計算機指令時，把當前存儲的數(shù)據(jù)發(fā)送 到計算機，計算機確認數(shù)據(jù)正確并存儲后向礦用分站發(fā)送該識別卡信息已正確讀取指令， 礦用分站收到確認指令后將已經被正確讀取的存儲信息刪除，完成一個礦用分站的信息讀 取后，計算機輪循下一個礦用分站，做同樣操作。如總線網絡通信不正常時，礦用分站將當 前數(shù)據(jù)存放在存儲模塊中，而且不終止與識別卡的讀卡通信工作，當總線正常后，一直存儲 的數(shù)據(jù)可以繼續(xù)被計算機輪循讀取。


圖1為本發(fā)明的煤礦井下人員管理系統(tǒng)連接框圖；
圖2為本發(fā)明的煤礦井下人員管理系統(tǒng)的避雷器模塊連接框圖；
圖3為本發(fā)明的煤礦井下人員管理系統(tǒng)的安全柵模塊連接框圖；
圖4為本發(fā)明的煤礦井下人員管理系統(tǒng)的本安電源模塊連接框圖。
具體實施例方式
為了使本領域的一般技術人員能夠清楚理解本發(fā)明的技術方案，現(xiàn)結合附圖作進 一步詳盡地說明 本發(fā)明的煤礦井下人員管理系統(tǒng)，如圖1至圖4所示，包括地面設1、井下設備2及 井下若干礦工身上攜帶的識別卡8，地面設備1通過電纜與井下設備2連接，地面設備1包 括井上礦用避雷器6，井上礦用避雷器6與安全柵5連接，安全柵5通過485傳輸接口 4與 計算機3連接，井下設備2包括井下礦用避雷器ll，井下礦用避雷器11與至少一個礦用分 站9連接，識別卡8內設有中央處理器、低頻信號接收模塊、低頻信號發(fā)射模塊、高頻信號接 收模塊及高頻信號接收模塊，礦用分站9包括中央處理器、存儲模塊、低頻信號接收模塊、 低頻信號發(fā)射模塊、高頻信號接收模塊及高頻信號接收模塊，井下設備2中的礦用分站9通 過本安電源IO進行供電。(識別卡及礦用分站的內部模塊圖中未示)
進一步地，礦用分站9用于將315MHz低頻信號覆蓋讀卡區(qū)域、與識別卡8建立通 信、為識別卡8分配讀卡時隙、向識別卡8發(fā)送開卡指令、校驗并存儲處理識別卡號、向識別 卡8發(fā)送關卡指令。 進一步地，識別卡8用于使用315MHz低頻信號聽取所述礦用分站9指令、向礦用 分站9發(fā)送通信請求、向礦用分站9發(fā)送卡號。 進一步地，井上礦用避雷器6包括順序相連的避雷管61、延遲器件62及限壓器件63。 進一步地，安全柵5至少包括光耦隔離模塊51及隔離電源模塊52，隔離電源模塊 52用于本安電路與非本安電路之間的電源隔離，保護輸出端本安電路，光耦隔離模塊51用 于非本安電路輸入信號與本安電路輸出信號的傳輸。 進一步地，計算機3用于顯示井下設備2中的各礦用分站9所跟蹤到的識別卡8 信息。 進一步地，本安電源10包括電池101及與之相連接的保險模塊102，保險模塊102 與限壓模塊103及限流模塊104相連接。 實施例1 :如圖1至圖4所示，包括地面設備1、井下設備2及井下若干礦工身上攜 帶的識別卡8，地面設備1通過電纜與井下設備2連接，地面設備1包括井上礦用避雷器6， 井上礦用避雷器6與安全柵5連接，安全柵5通過485傳輸接口 4與計算機3連接，井下設 備2包括井下礦用避雷器ll，井下礦用避雷器11與第1礦用分站9連接，識別卡8內設有 中央處理器、低頻信號接收模塊、低頻信號發(fā)射模塊、高頻信號接收模塊及高頻信號接收模 塊，第1礦用分站9包括中央處理器、存儲模塊、低頻信號接收模塊、低頻信號發(fā)射模塊、高 頻信號接收模塊及高頻信號接收模塊，井下設備11中的第1礦用分站通過本安電源10進 行供電，地面設備1通過地面電源7進行供電。
本發(fā)明的煤礦井下人員管理系統(tǒng)是通過以下方式實現(xiàn)的 井下設備2中各礦用分站9時刻利用自身低頻發(fā)射模塊中的315MHz信號覆蓋識 別卡8的活動區(qū)域，識別卡8使用自身的低頻接收模塊中的315MHz信號聽取礦用分站9指 令。 當識別卡8進入井下的某一礦用分站9的信號覆蓋區(qū)域時，該識別卡8接收到該 礦用分站9指令，即確認進入了礦用分站9讀卡范圍。 此時，該識別卡8向該礦用分站9發(fā)送通信請求，該礦用分站9收到請求后，與該
識別卡8建立通信，為該識別卡9分配讀卡時隙，同時向其發(fā)送開卡指令。 當該識別卡8收到開卡指令后，打開自身的2. 4G高頻發(fā)射模塊，將自身的卡號發(fā)
送到該礦用分站9。 該礦用分站9接收到該識別卡8卡號以后作校驗、存儲處理，確認指令信息完整而 且讀卡完成后向該識別卡8發(fā)送關卡指令。 該識別卡9接收到關卡指令后，關閉高頻、低頻信號模塊，進入休眠狀態(tài)，通信暫 時中止，休眠30秒時間，休眠結束后識別卡8重新進入輪循聽取指令，以此往復。
以上過程完成了井下礦工與礦用分站9的聯(lián)絡，也實現(xiàn)了礦用分站9對井下礦工 的監(jiān)測，按照相同的方法，井下所有進入礦用分站9覆蓋的礦工(識別卡)即在其監(jiān)測范圍 內，使得對井下礦工的人員的數(shù)量、位置等信息做到了 了如指掌。 井下設備2的各礦用分站9采用輪循方式向計算機3發(fā)送數(shù)據(jù)，當?shù)V用分站9讀 取到識別卡8信息時先作存儲處理，將信息放到存儲模塊中等待計算機3讀取，計算機3按 照軟件預設的礦用分站9數(shù)量，逐個發(fā)送讀取指令，當某一礦用分站9收到計算機3指令 時，即把當前存儲的數(shù)據(jù)發(fā)送到計算機3，計算機3確認數(shù)據(jù)正確并存儲后向礦用分站9發(fā) 送對識別卡8信息已正確的讀取指令，礦用分站9收到確認指令后將已經被正確讀取的存 儲信息刪除，完成一個礦用分站9的信息讀取后，計算機3輪循下一個礦用分站9，做同樣操
6作。如總線網絡通信不正常時，礦用分站9將當前數(shù)據(jù)存放在存儲模塊中，而且不終止與識別卡8的讀卡通信工作，當總線正常后，一直存儲的數(shù)據(jù)可以繼續(xù)被計算機3輪循讀取。每個識別卡8中的中央處理器中都預先存入了該卡的卡號，卡號與其攜帶的礦工的全部信息都預先存入了計算機3，因此，當計算機3監(jiān)測到某一個識別卡8的卡號時，即顯示出該識別卡8所對應的礦工。 —個煤礦的井下可以設置多個礦用分站9，多個礦用分站9通過井下避雷器11再與地面設備1相連接，井下的礦用分站9可以完全覆蓋井下的全部作業(yè)區(qū)域，因此，不論礦工在井下的任何位置，都會在礦用分站9的低頻信號覆蓋范圍內，也就是說，每個井下礦工的情況都能通過礦用分站9的監(jiān)測下并通過地面設備1顯示在計算機3的顯示屏上，實現(xiàn)了對煤礦安全管理的目的。本發(fā)明安全可靠，監(jiān)測范圍無死角，監(jiān)測信息傳遞及時，顯示直觀，對煤礦安全管理十分有益。
權利要求
本發(fā)明的煤礦井下人員管理系統(tǒng)，其特征在于，包括地面設備、井下設備及井下若干礦工身上攜帶的識別卡，所述地面設備通過電纜與井下設備連接，所述地面設備包括井上礦用避雷器，所述井上礦用避雷器與安全柵連接，所述安全柵通過485傳輸接口與計算機連接，所述井下設備包括井下礦用避雷器，所述井下礦用避雷器與至少一個礦用分站連接，所述識別卡內設有中央處理器、低頻信號接收模塊、低頻信號發(fā)射模塊、高頻信號接收模塊及高頻信號接收模塊，所述礦用分站同樣設有中央處理器、存儲模塊、低頻信號接收模塊、低頻信號發(fā)射模塊、高頻信號接收模塊及高頻信號接收模塊，所述井下設備中的礦用分站通過本安電源進行供電。
2. 根據(jù)權利要求1所述的煤礦井下人員管理系統(tǒng)，其特征在于，所述礦用分站用于使 用315MHz低頻信號覆蓋讀卡區(qū)域、與識別卡建立通信、為識別卡分配讀卡時隙、向識別卡 發(fā)送開卡指令、校驗并存儲處理識別卡號、向識別卡發(fā)送關卡指令。
3. 根據(jù)權利要求1所述的煤礦井下人員管理系統(tǒng)，其特征在于，所述識別卡用于使用 315MHz低頻信號聽取所述礦用分站指令、向礦用分站發(fā)送通信請求、向所述礦用分站發(fā)送 自身卡號。
4. 根據(jù)權利要求1所述的煤礦井下人員管理系統(tǒng)，其特征在于，所述井上礦用避雷器 包括順序相連的避雷管、延遲器件及限壓器件。
5. 根據(jù)權利要求1所述的煤礦井下人員管理系統(tǒng)，其特征在于，所述安全柵至少包括 光耦隔離模塊及與之相連接的隔離電源模塊，所述隔離電源模塊用于本安電路與非本安電 路之間的電源隔離，保護輸出端本安電路，所述光耦隔離模塊用于非本安電路輸入信號與 本安電路輸出信號的傳輸。
6. 根據(jù)權利要求1所述的煤礦井下人員管理系統(tǒng)，其特征在于，所述計算機用于顯示 井下設備中的各礦用分站所跟蹤到的識別卡信息。
7. 根據(jù)權利要求1所述的煤礦井下人員管理系統(tǒng)，其特征在于，所述本安電源包括電 池及與之相連接的保險模塊，所述保險模塊與限壓模塊及限流模塊相連接。
全文摘要
本發(fā)明的煤礦井下人員管理系統(tǒng)，包括地面設備、井下設備及井下若干礦工身上攜帶的識別卡，地面設備通過電纜與井下設備連接，地面設備包括井上礦用避雷器，井上礦用避雷器與安全柵連接，安全柵通過傳輸接口與計算機連接，井下設備包括井下礦用避雷器及與之相連接的至少一個礦用分站，識別卡內設中央處理器、低頻信號接收模塊、低頻信號發(fā)射模塊、高頻信號接收模塊及高頻信號接收模塊，礦用分站包括中央處理器、存儲模塊、低頻信號接收模塊、低頻信號發(fā)射模塊、高頻信號接收模塊及高頻信號接收模塊，礦用分站通過本安電源進行供電。本發(fā)明使用無線射頻技術，在煤礦等危險作業(yè)環(huán)境下用作考勤、位置檢測、身份識別，并能做到可靠、精確、及時。
文檔編號G06K17/00GK101751702SQ20081022749
公開日2010年6月23日 申請日期2008年11月27日 優(yōu)先權日2008年11月27日
發(fā)明者宋福群 申請人:北京泰安特科技有限公司