專利名稱：井下作業(yè)人員定位跟蹤系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型與一種井下作業(yè)人員定位跟蹤監(jiān)測系統(tǒng)有關(guān)。
背景技術(shù)：
井下作業(yè)人員定位跟蹤，對井下作業(yè)的調(diào)度、井下作業(yè)的安全生產(chǎn)監(jiān)督控制、事故發(fā)生后的施救、降低事故帶來的損失等，具有十分重要意義。
針對地面移動目標(biāo)定位跟蹤的系統(tǒng)產(chǎn)品已經(jīng)有許多，如全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS、雷達系統(tǒng)、基于視頻技術(shù)的應(yīng)用系統(tǒng)等，但是，由于地下坑道的特殊性和環(huán)境的惡劣，這些產(chǎn)品均無法在井下的環(huán)境中得到應(yīng)用。
實用新型的內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，適合井下環(huán)境的井下作業(yè)人員定位跟蹤系統(tǒng)。
本實用新型是這樣實現(xiàn)的本實用新型的電子身份牌由井下作業(yè)人員隨身攜帶，由天線10和與其連接的接收詢問信號5、發(fā)射編碼信號6的裝置構(gòu)成，節(jié)點收發(fā)裝置2位于坑道沿線上，由天線25、接收編碼信號6的裝置和發(fā)射詢問信號5的裝置構(gòu)成，接收編碼信號6的裝置通過傳輸系統(tǒng)3將編碼信號6輸送到位于監(jiān)測中心的系統(tǒng)主機4。
電子身份牌1的殼體內(nèi)有電源電路11和與內(nèi)置式全向天線10連接的收發(fā)模式開關(guān)切換電路18，切換電路輸出與信號收發(fā)模塊13的輸入端RXIN連接，切換電路輸入端通過功率放大器與收發(fā)模塊13的輸出端TXOUT連接，信號收發(fā)模塊13的輸出端RXOUT依次通過信號比較電路14、觸發(fā)電路15、編碼信號發(fā)生電路16、信號串行輸出處理電路17與收發(fā)模塊13的輸入端DATAIN連接。
信號比較電路14由串入并出移位處理電路54、比較電路55和系統(tǒng)標(biāo)識碼產(chǎn)生電路56組成，處理電路54的寄存器組的1D端接收發(fā)模塊13的RXOUT端，寄存器組的輸出端1D按位接比較電路55的相應(yīng)的級聯(lián)式數(shù)碼比較器的對應(yīng)的輸入端口P0、P1、P2、P3腳，比較器的輸入端Q0、Q1、Q2、Q3腳分別接電路56的各編碼器的輸出，編碼器輸入接設(shè)置鈕組和觸發(fā)脈沖，比較器的輸出端接觸發(fā)電路15的交叉耦合的兩個或非門或兩個與非門的輸入端RD，門電路的輸出接編碼信號發(fā)生電路16的編碼器的輸入端，編碼器的輸出接信號串行輸出處理電路17的CT74LS199芯片的輸入，芯片的輸出接信號收發(fā)模塊13的DATAIN腳，芯片的SH、CD腳接門電路G2，QA，Q7-Q。腳接門電路G1，G1，G2的輸出端連接發(fā)出并串完成標(biāo)志信號。
節(jié)點收發(fā)裝置2有電源電路27和與天線25連接的收發(fā)模式開關(guān)切換電路31，切換電路31RXOUT端與信號收發(fā)模塊30的RXIN端連接，切換電路31TXIN端經(jīng)一功率放大器與收發(fā)模塊30的TXOUT端連接，收發(fā)模塊30的RXOUT端與應(yīng)答信號轉(zhuǎn)發(fā)模塊32的RXIN端連接，轉(zhuǎn)發(fā)模塊32的RXOUT端通過傳輸系統(tǒng)3與系統(tǒng)主機4連接，節(jié)點詢問信號生成電路28的輸出與串行輸出處理電路29連接，電路29的輸出與收發(fā)模塊30的DATAIN端連接。
收發(fā)模塊30為集成塊LMX3162，信號轉(zhuǎn)發(fā)模塊13為集成塊89C51，收發(fā)模式開關(guān)切換電路31為集成塊2436400。
節(jié)點詢問信號生成電路28有若干并聯(lián)的8421BCD編碼器，其輸入端接設(shè)置鈕組和觸發(fā)脈沖，其輸出端接串行輸出處理電路29和CT74LS199芯片的D0-D7端，芯片的QA，Q7-Q。腳接門電路G7，SH，CD腳接門電路G2，G2的一端輸入負脈沖啟動信號，G1和G2的輸出端輸出并—串轉(zhuǎn)換完成標(biāo)志信號S，CT74LS199芯片輸出串行數(shù)據(jù)到收發(fā)模塊30的DATAIN端。
主機4包括微波接收主機37、網(wǎng)絡(luò)交換機38和中央處理主機39，其中的中央處理主機39的殼體40內(nèi)有處理主板41，主板41上有中央處理器50與存儲器51、52、網(wǎng)卡47、顯卡48，外接鍵盤/鼠標(biāo)數(shù)據(jù)接口電路49連接，網(wǎng)卡47通過接口43與網(wǎng)絡(luò)交換機38連接，網(wǎng)絡(luò)交換機38與微波接收主機37或/和轉(zhuǎn)發(fā)模塊32連接。
本實用新型的定位跟蹤作業(yè)不受坑道光線和地理條件影響，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，系統(tǒng)建設(shè)成本低。


圖1為本實用新型系統(tǒng)框圖。
圖2為電子身份牌結(jié)構(gòu)圖。
圖3為節(jié)點收發(fā)裝置結(jié)構(gòu)圖。
圖4為主機結(jié)構(gòu)圖。
圖5為收發(fā)模式開關(guān)切換電路原理圖。
圖6為收發(fā)模塊電路原理圖。
圖7為節(jié)點詢問信號比較電路原理圖。
圖8為一位數(shù)字比較器邏輯圖。
圖9為觸發(fā)電路原理圖。
圖10為編碼信號發(fā)生電路原理圖。
圖11為編碼信號發(fā)生電路組示意圖。
圖12為信號串行輸出處理電路原理圖。
圖13為信號收發(fā)模塊圖。
圖14為電子身份牌電路原理圖。
圖15為節(jié)點收發(fā)裝置電路原理圖。
具體實施方式
本實用新型的系統(tǒng)采用一種特制的電子身份牌1、一種節(jié)點收發(fā)裝置2、相應(yīng)的傳輸系統(tǒng)3和主機系統(tǒng)4構(gòu)成完整的處理系統(tǒng)。其中節(jié)點收發(fā)裝置2向電子身份牌1發(fā)射節(jié)點詢問(微波)信號5，電子身份牌1在接收到節(jié)點詢問信號后向節(jié)點收發(fā)裝置2發(fā)射電子身份牌編號(微波)信號6作為應(yīng)答信號。
本實用新型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參見附圖1其中1＝電子身份牌。是本系統(tǒng)與被監(jiān)測人員使用的前端信號發(fā)生器。在人員經(jīng)過監(jiān)測節(jié)點時受節(jié)點詢問信號觸發(fā)向系統(tǒng)發(fā)出應(yīng)答信號，系統(tǒng)以此判定人員的當(dāng)前位置。
2＝節(jié)點收發(fā)裝置。用于產(chǎn)生系統(tǒng)詢問信號以觸發(fā)進入監(jiān)測節(jié)點的電子身份牌完成一次應(yīng)答，并接收電子身份牌應(yīng)答時發(fā)射出的電子身份牌編號信息。
3＝信號傳輸網(wǎng)絡(luò)?？梢允菬o線傳輸網(wǎng)或有線傳輸網(wǎng)，用于將節(jié)點所接收到的電子身份牌應(yīng)答信息傳輸?shù)奖O(jiān)測中心的主機系統(tǒng)。
4＝主機系統(tǒng)。完成網(wǎng)絡(luò)信號接收轉(zhuǎn)換存儲，人員定位跟蹤和管理。
5＝節(jié)點詢問信號。由節(jié)點收發(fā)裝置發(fā)出的經(jīng)調(diào)制成微波信號后發(fā)射的系統(tǒng)標(biāo)識代碼，用以觸發(fā)進入信號區(qū)內(nèi)人員中的電子身份牌使其產(chǎn)生應(yīng)答信號。
6＝電子身份牌編號信號。在人員經(jīng)過監(jiān)測節(jié)點時受節(jié)點詢問信號觸發(fā)后電子身份牌向系統(tǒng)發(fā)出的應(yīng)答信號，該信號為電子身份牌自身的唯一編號。
電子身份牌1有一個防震防塵的殼體7，殼體上有一個指示電源狀態(tài)的小燈8和一個指示信號發(fā)射狀態(tài)的小燈9；殼體中有一個電池11和相應(yīng)的電源線路12為整個電子身份牌提供所需的工作電源；一個內(nèi)置式全向天線10，該天線的發(fā)射和接收功率被設(shè)定在50米半徑以內(nèi)，工作于2.4G頻點，該天線與收發(fā)模式開關(guān)切換電路18的ANT I/O口相連，受收發(fā)模式開關(guān)切換電路18控制按半雙工工作并交叉工作于節(jié)點詢問信號5的接收狀態(tài)或電子身份牌編碼信號6的發(fā)射狀態(tài)；收發(fā)模式開關(guān)切換電路[18]的RXOUT線與信號收發(fā)模塊13的RXIN引腳相連用于將接收到的節(jié)點詢問信號[5]傳入電子身份牌、TXIN線經(jīng)一功率放大器與信號收發(fā)模塊13的TXOUT引腳相連用于將電子身份牌編號信號6向外發(fā)射，由此組成工作模式轉(zhuǎn)換部件；一節(jié)點詢問信號比較電路14、觸發(fā)電路15組成的觸發(fā)部件；一組受觸發(fā)部件觸發(fā)后進入工作狀態(tài)的數(shù)字式編碼信號發(fā)生電路16和一個由信號串行輸出處理電路17組成的信號生成部件，該生成部件提供本電子身份牌的編號信號送入收發(fā)模塊13的DATA IN引腳并經(jīng)收發(fā)模塊13處理后向天線發(fā)送電子身份牌編號信號6。電子身份牌1結(jié)構(gòu)參見附圖2其中5＝節(jié)點詢問信號。
6＝電子身份牌編號信號。
7＝電子身份牌外殼。
8＝電源狀態(tài)指示燈。與電源相接，指示電源供電正常與否。
9＝發(fā)射狀態(tài)指示燈。與收發(fā)模塊13的RSSI引腳相接，指示信號接收和發(fā)射工作狀態(tài)。
10＝天線。完成信號全方向的發(fā)射。
11＝電池。
12＝電源線路。用于將市電或電池供電轉(zhuǎn)換為裝置所有電路部件所需的穩(wěn)定電源。本實用新型采用普通的電源線路。
13＝無線收發(fā)模塊。完成射頻信號的接收和發(fā)射處理。其中TXOUT引腳經(jīng)功率放大器與收發(fā)模式開關(guān)切換電路18的TXIN引腳相連、RXIN引腳與收發(fā)模式開關(guān)切換電路18的RXOUT引腳相連完成信號從天線接收和信號發(fā)送到天線的工作，RSSI引腳與發(fā)射狀態(tài)指示燈[9]接以提供信號狀態(tài)顯示電平，GND引腳接地，VDD引腳接電源輸入，RXOUT引腳作為接收信號的輸出與節(jié)點詢問信號比較電路14連接以輸出從天線接收并經(jīng)混頻、中頻放大等信號解調(diào)處理后的基帶信號，DATAIN引腳作為電子身份牌編碼信號的輸入與信號串行輸出處理電路17連接接收電子身份牌編碼信號。收發(fā)模塊的電路原理圖參見附圖6《收發(fā)模塊的電路原理圖》。
14＝節(jié)點詢問信號比較電路。完成詢問信號編碼與電子身份牌設(shè)定的系統(tǒng)標(biāo)識碼之間的比較。電路原理參見附圖7《編碼比較電路原理圖》。電路由串入并出移位寄存器組、比較電路組和系統(tǒng)標(biāo)識碼產(chǎn)生電路組三部分構(gòu)成。其中串入并出移位寄存器組在移位指令(CP脈沖)作用下，將詢問信號收發(fā)模塊13 RXOUT引腳輸出的數(shù)字編碼的基帶信號(串行信號)逐位移動分別存入各單個寄存器，通過各寄存器的輸出端口，這些信號按位送入相應(yīng)的級聯(lián)式數(shù)碼比較器對應(yīng)的輸入端口的P0P1P2P3腳；同時，系統(tǒng)標(biāo)識碼產(chǎn)生電路組在觸發(fā)脈沖信號的作用下按照S0S1S2S3所設(shè)定的值并行產(chǎn)生系統(tǒng)標(biāo)識碼的2進制碼，并按位輸出，該編碼器組的各編碼器輸出Y0Y1Y2Y3分別接入級聯(lián)式數(shù)碼比較器對應(yīng)的輸入端口的Q0Q1Q2Q3腳；比較電路組中每個獨立的比較器采用4位比較器，承擔(dān)一個字符(4位2進制碼)的比較，相符則P＝Q輸出端將產(chǎn)生一個高電平(“1”)，否則產(chǎn)生低電平(“0”)，由于是級聯(lián)，當(dāng)任何一位比較器輸出低電平(不相符)時，整個比較器級聯(lián)組的最終輸出將為低電平(“0”)。當(dāng)比較結(jié)果完全相符，比較器級聯(lián)組的最終輸出(高電平)將形成一個與之相連的觸發(fā)器電路15的RD端輸入信號。
15＝觸發(fā)電路。用于產(chǎn)生一個觸發(fā)信號。電路是由兩個或非門或兩個與非門交叉耦合構(gòu)成。觸發(fā)器電路原理參見附圖9《觸發(fā)電路原理圖》。圖中，RDSD為觸發(fā)器的兩個輸入端，其中RD為直接置0端，SD為直接置1端QQ是兩個互補輸出端，當(dāng)Q＝1時Q＝0；Q＝1時觸發(fā)器處于1狀態(tài)，Q＝0時觸發(fā)器處于0狀態(tài)。觸發(fā)器的RD直接與前述系統(tǒng)標(biāo)識碼比較電路16的輸出端相接。當(dāng)系統(tǒng)標(biāo)識碼比較電路不工作或比較結(jié)果“不相符”時(該電路輸出低電平)，觸發(fā)器保持常態(tài)，不產(chǎn)生觸發(fā)信號；當(dāng)系統(tǒng)標(biāo)識碼比較電路輸出高電平時，RD高電平導(dǎo)致觸發(fā)器發(fā)出觸發(fā)脈沖，該脈沖將觸發(fā)編碼信號發(fā)生電路組16產(chǎn)生一組電子身份牌編碼信號。
16＝編碼信號發(fā)生電路組。完成電子身份牌或節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)器系統(tǒng)識別碼的生成。電路原理參見附圖10《編碼信號發(fā)生電路原理圖》。原理圖中采用8421BCD碼編碼原理，將’0’～’9’數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的2進制代碼信號，由Y3Y2Y1Y0表示。電路的輸出將作為下一級的信號串行輸出處理電路17的D端輸入。所采用的編碼邏輯可表達為下列表達式
Y2=D‾4·D‾5·D‾6·D‾7‾=D4+D5+D6+D7]]>Y1=D‾2·D‾3·D‾6·D‾7‾=D2+D3+D6+D7]]>Y0=D1·D‾3·D‾5·D‾7·D‾9‾=D1+D3+D5+D7+D9]]>17＝信號串行輸出處理電路。用于將并行輸入的數(shù)字編碼序列信號變?yōu)榇休敵鲂盘枴Ｐ盘柎休敵鎏幚黼娐吩韰⒁姼綀D12《信號串行輸出處理電路原理圖》。其中的CT74LS199芯片在門電路G1和G2控制作用下，將D7D6D5D4D3D2D1D0轉(zhuǎn)換為串行輸出信號，送入信號收發(fā)模塊13的DATA IN引腳并經(jīng)其信號調(diào)制放大處理后作為本電子身份牌的應(yīng)答信號向節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)裝置發(fā)送。
18＝收發(fā)模式開關(guān)切換電路。控制電子身份牌信號接收和信號發(fā)射兩種工作模式的轉(zhuǎn)換。電路原理參見附圖5《收發(fā)模式開關(guān)切換電路原理圖》。電路采用《2436400-》開關(guān)芯片。其中芯片ANTI/O引腳與天線連接；TX/RX引腳做為收/發(fā)模式切換開關(guān)，當(dāng)該腳輸入高電平時，芯片處于發(fā)送模式，電子身份牌發(fā)射電路的射頻信號從TXIN引腳引入并發(fā)送至天線；當(dāng)TX/RX引腳輸入低電平時，芯片為接收模式，天線接收的射頻信號從RXOUT引出到接收電路。VDD為芯片電源輸入。
節(jié)點收發(fā)裝置2有一個堅固殼體21，殼體上連接有一個可同時接收和發(fā)射信號的定向天線25，該天線25在工作時，投射在路面上的信號覆蓋區(qū)形成一個設(shè)定大小呈橢圓形狀的節(jié)點觸發(fā)詢問區(qū)；殼體21背板有一個有線傳輸接口插槽22和一個無線傳輸接口插槽23，以及一個外接電源插口24；殼體內(nèi)有一組電源線路27為裝置提供穩(wěn)定的電源；以及一個完成詢問信號5發(fā)射處理和一個電子身份牌編號信號6接收處理的信號收發(fā)模塊30和收發(fā)模式開關(guān)切換電路31完成發(fā)射信號的調(diào)制和接收信號的解調(diào)處理，其中信號收發(fā)模塊30的TXOUT線經(jīng)一功率放大器與收發(fā)模式開關(guān)切換電路31的TXIN引腳相連用于將節(jié)點詢問信號5向外發(fā)射，RXIN引腳與收發(fā)模式開關(guān)切換電路31的RXOUT引腳相連用于將接收電子身份牌應(yīng)答信號6，由此組成信號收發(fā)部件；一組數(shù)字式編碼信號發(fā)生電路28和信號串行輸出處理電路29組成的節(jié)點詢問信號發(fā)生部件完成詢問信號的發(fā)生并輸出到信號收發(fā)模塊30的DATAIN引腳；以及一個與信號收發(fā)模塊30RXOUT引腳相連的電子身份牌編號信號轉(zhuǎn)發(fā)處理模塊32完成接收電子身份牌編碼信號并與該節(jié)點編號信號進行組合后將信號輸出到有線傳輸接口22或無線傳輸接口23插槽以供外傳。
節(jié)點收發(fā)裝置2結(jié)構(gòu)參見附圖3其中5＝節(jié)點詢問信號6＝電子身份牌編號信號21＝節(jié)點收發(fā)裝置外殼22＝有線傳輸輸出接口23＝無線傳輸輸出接口24＝外接電源接口。為標(biāo)準(zhǔn)電源接口。
25＝天線26＝電池。為普通電池。容量大小取決于系統(tǒng)微波發(fā)射功率要求。
27＝電源線路。為標(biāo)準(zhǔn)電源線路。
28＝節(jié)點詢問信號生成電路組。電路原理參見附圖11。
29＝節(jié)點詢問信號信號串行輸出處理電路。電路原理參見附圖12。
30＝無線收發(fā)模塊。完成射頻信號的接收和發(fā)射處理。其中TXOUT引腳經(jīng)功率放大器與收發(fā)模式開關(guān)切換電路31的TXIN引腳相連、RXIN引腳與收發(fā)模式開關(guān)切換電路31的RXOUT引腳相連完成信號從天線接收和信號發(fā)送到天線的工作，GND引腳接地，VDD引腳接電源輸入，RXOUT引腳作為接收信號的輸出與應(yīng)答信號轉(zhuǎn)發(fā)模塊32RXIN引腳連接以輸出從天線接收并經(jīng)混頻、中頻放大等信號解調(diào)處理后的基帶信號，DATAIN引腳作為節(jié)點詢問信號的輸入與信號串行輸出處理電路[29]連接接收節(jié)點詢問信號。收發(fā)模塊的電路原理圖參見附圖6。
31＝應(yīng)答信號轉(zhuǎn)發(fā)模塊。采用可編程單片機芯片89C51。完成電子身份牌應(yīng)答信號的接入并與該節(jié)點編號信號進行組合后將信號通過RXOUT引腳輸出到有線傳輸接口[22]和無線傳輸接口23插槽以供外傳的工作。電路原理參見附圖13。
有線傳輸系統(tǒng)3采用傳統(tǒng)的計算機網(wǎng)絡(luò)傳輸機制，無線傳輸系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的微波傳輸機制。
主機系統(tǒng)4包括一套微波信號集中處理裝置37、一套網(wǎng)絡(luò)交換機38和一臺中央處理主機39。微波信號集中處理裝置37可采用普通的微波接收主機，接入網(wǎng)絡(luò)交換機38，該交換機可采用普通的交換機產(chǎn)品，如美國CISCO公司的WS-C3750G-24T-E，最后接入中央處理主機39。在有線傳輸時，傳輸線路直接接入網(wǎng)絡(luò)交換機38，而不需要作為信號集中處理裝置的普通微波接收主機37。中央處理主機39采用普通的PC計算機結(jié)構(gòu)，有一個堅固殼體40，殼體上有一個用于連接網(wǎng)絡(luò)交換機的接口43，一個外接電源接口42、一個外接顯示裝置的接口46、一個外接鍵盤接口44、一個鼠標(biāo)接口45，殼體內(nèi)包括一塊計算機主板41、主板41上插有一塊用于連接交換機的網(wǎng)卡47用于采集并轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)、一塊顯卡48用于主機信息輸出到外接顯示器、一個鍵盤接口處理部件和鼠標(biāo)接口處理部件49、一個中央處理器(CPU)50用于系統(tǒng)管理和運行程序、一組用于存放處理信息的可讀寫存儲部件(RAM)51用于存放前端采集進入的監(jiān)測數(shù)據(jù)和軟件運行使用的臨時數(shù)據(jù)、一個與主板41連接的用于長期存放數(shù)據(jù)的硬盤部件(HD)52保存所有采集數(shù)據(jù)和經(jīng)專用軟件加工處理的結(jié)果數(shù)據(jù)、硬盤部件(HD)52中安裝有一個分析專用軟件53，完成進入監(jiān)測網(wǎng)人員信息登記、數(shù)據(jù)采集、人員定位等功能。
主機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參見附圖4其中37＝微波接收主機38＝網(wǎng)絡(luò)交換機39＝中央處理主機40＝主機外殼41＝主板。為普通計算機主板。
42＝外接電源接口。為普通計算機電源接口。
43＝網(wǎng)絡(luò)接口。為普通計算機網(wǎng)卡接口。
44＝外接鍵盤接口。為普通計算機鍵盤接口45＝外接鼠標(biāo)接口。為普通計算機鼠標(biāo)接口。
46＝外接顯示設(shè)備接口。為普通計算機顯卡接口。
47＝網(wǎng)卡。為普通計算機網(wǎng)卡。
48＝顯卡。為普通計算機顯卡。
49＝外接鍵盤/鼠標(biāo)數(shù)據(jù)接口電路。為普通計算機鍵盤/鼠標(biāo)接口電路。
50＝中央處理器CPU。為普通計算機CPU，如美國INTEL公司的奔騰4芯片。
51＝隨機訪問存儲器RAM。為普通計算機內(nèi)存條。
52＝硬盤存儲器HD。為普通計算機硬盤。
53＝專用處理軟件系統(tǒng)信號的流動及狀態(tài)轉(zhuǎn)換說明如下系統(tǒng)在節(jié)點收發(fā)裝置產(chǎn)生的詢問信號和電子身份牌中產(chǎn)生的應(yīng)答信號的狀態(tài)轉(zhuǎn)換均具有下列特點的規(guī)律數(shù)字編碼信號→基帶信號→頻帶信號→射頻信號…(天線)…射頻信號→頻帶信號→基帶信號→數(shù)字編碼信號系統(tǒng)詢問信號由節(jié)點收發(fā)裝置產(chǎn)生，經(jīng)天線發(fā)射，由電子身份牌接收。狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程為●由節(jié)點收發(fā)裝置內(nèi)部設(shè)定的編碼開關(guān)組的狀態(tài)值決定系統(tǒng)標(biāo)識碼，經(jīng)其編碼生成電路處理輸出為一組(4個字符)并行輸出的8進制基帶信號；如數(shù)字‘9’被轉(zhuǎn)換為2進制‘1001’的信號；●該信號在時序電路控制下，由并行輸入變換為串行輸出的基帶信號；●串行輸出的基帶信號經(jīng)節(jié)點信號收發(fā)模塊調(diào)制處理，輸出為射頻信號并被送入天線向外發(fā)射；●電子身份牌經(jīng)天線接收到以上描述的射頻信號(系統(tǒng)詢問信號)，經(jīng)信號收發(fā)模塊解調(diào)處理為基帶信號；●基帶信號經(jīng)電子身份牌比較電路的比較運算，以判斷詢問信號的有效性并在有效時形成一個高電平脈沖波，該脈沖波將作用于觸發(fā)電路的輸入端并使觸發(fā)電路發(fā)出一個觸發(fā)信號。至此，系統(tǒng)詢問信號狀態(tài)轉(zhuǎn)換周期結(jié)束。
●電子身份牌應(yīng)答信號由電子身份牌產(chǎn)生，經(jīng)天線發(fā)射，由節(jié)點收發(fā)裝置接收。狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程與節(jié)點收發(fā)裝置產(chǎn)生的系統(tǒng)詢問信號相似，只是方向相反。簡單描述如下●由電子身份牌內(nèi)部設(shè)定的編碼開關(guān)組的狀態(tài)開關(guān)值決定本電子身份牌的編碼值，經(jīng)其編碼生成電路處理輸出為一組(8個字符)并行輸出的2進制基帶信號；●該信號在電子身份牌時序電路控制下，由并行輸入變?yōu)榇休敵龅幕鶐盘?；●串行輸出的基帶信號?jīng)信號收發(fā)模塊調(diào)制處理，輸出為射頻信號并被送入天線向外發(fā)射；●節(jié)點收發(fā)裝置經(jīng)其天線接收到以上描述的電子身份牌射頻信號(電子身份牌應(yīng)答信號)，經(jīng)節(jié)點信號收發(fā)模塊解調(diào)處理為基帶信號；●基帶信號經(jīng)節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)部件向網(wǎng)絡(luò)傳輸。至此，電子身份牌應(yīng)答信號狀態(tài)轉(zhuǎn)換周期結(jié)束。
●節(jié)點收發(fā)裝置向網(wǎng)絡(luò)各主機系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)的信號這里以有線傳輸方式為例做簡要描述●節(jié)點收發(fā)裝置的轉(zhuǎn)發(fā)部件將接收到的電子身份牌應(yīng)答信號與本節(jié)點編號一起合成為轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)輸出接口，經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳輸線傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)交換機接收端口；●本實用新型主機從交換機接收端口取得信號，或放入內(nèi)存或存入硬盤以供專用軟件使用。
為進一步說明本實用新型，特舉實例如下。但本實用新型的內(nèi)容不僅限于實施例中所涉及的內(nèi)容。
本實施例中電子身份牌1采用National公司的LMX3162集成芯片，該電子身份牌1工作頻率為2.4GHz?；倦娐方Y(jié)構(gòu)參見附圖12。電路工作原理為節(jié)點詢問信號5通過LMX3162信號收發(fā)器模塊的RXIN引腳進入，經(jīng)解調(diào)處理后通過RXOUT引腳輸出到編碼比較電路，在移位脈沖作用下，信號波形被逐個送入移位寄存器組的各寄存器內(nèi)，該寄存器中的數(shù)據(jù)與事先設(shè)定的系統(tǒng)標(biāo)識編碼電路輸出的編碼數(shù)據(jù)在CT7485比較器級聯(lián)組合中按每4位一組進行分組并逐位比較，當(dāng)所有數(shù)據(jù)均相符，比較電路最后一級的P＝Q端將輸出‘1’電平，該電平將作為觸發(fā)器RD輸入導(dǎo)致觸發(fā)器輸出端Q輸出一個觸發(fā)脈沖，該脈沖將觸發(fā)設(shè)定碼編碼電路的編碼生成作業(yè)，同時該脈沖將送到信號開關(guān)電路的RX/TX引腳，以驅(qū)動該電路從“接收狀態(tài)”翻轉(zhuǎn)到“發(fā)射狀態(tài)”。由此完成節(jié)點詢問信號的接收、轉(zhuǎn)換和比較處理；在觸發(fā)脈沖作用下，一組代表本電子身份牌編號的編碼信號在由8個8421編碼器組成的設(shè)定碼生成電路中產(chǎn)生，該設(shè)定碼按每兩字符一組共分4組，與級聯(lián)的CT744LS199并—串轉(zhuǎn)換器組合的并行數(shù)據(jù)輸入端D分別連接，每組編碼信號將輸入到一個對應(yīng)的CT744LS199并—串轉(zhuǎn)換器的引腳D0D1D2D3D4D5D6D7，完成并行數(shù)據(jù)的串行輸出變換處理，并從其Q0引腳逐一將數(shù)據(jù)送入信號收發(fā)器的DATAIN引腳，當(dāng)本組數(shù)據(jù)處理完畢，并—串處理電路的門電路G1將輸出一個負脈沖觸發(fā)下一個CT744LS199并—串轉(zhuǎn)換器工作，直至所有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完畢。當(dāng)最后一級CT744LS199并一串轉(zhuǎn)換器工作完畢，其門電路G1將輸出一個負脈沖到信號開關(guān)電路的RX/TX引腳，以作為‘發(fā)送結(jié)束’的標(biāo)志信號。
從電子身份牌LMX3612芯片DATAIN引腳串行輸入的數(shù)據(jù)，經(jīng)電子身份牌的信號調(diào)制處理，從TXOUT引腳輸出，經(jīng)開關(guān)電路到天線發(fā)射出去。
本實施例中節(jié)點收發(fā)裝置2采用National公司的LXM3162集成芯片，該節(jié)點收發(fā)裝置2工作頻率為2.4GHz；信號轉(zhuǎn)發(fā)模塊采用89C51單片機。基本電路結(jié)構(gòu)參見附圖13。電路工作原理為在裝置內(nèi)時鐘脈沖作用下，一組系統(tǒng)標(biāo)識碼信號在由4個8421編碼器組成的設(shè)定碼生成電路中產(chǎn)生，該設(shè)定碼按每兩字符一組共分2組，與級聯(lián)的CT744LS199并—串轉(zhuǎn)換器組合的并行數(shù)據(jù)輸入端D分別連接，每組編碼信號將輸入到一個對應(yīng)的CT744LS199并—串轉(zhuǎn)換器的引腳D0D1D2D3D4D5D6D7，完成并行數(shù)據(jù)的串行輸出變換處理，并從其Q0引腳逐一將數(shù)據(jù)送入信號收發(fā)器的DATAIN引腳，當(dāng)本組數(shù)據(jù)處理完畢，并—串處理電路的門電路G1將輸出一個負脈沖觸發(fā)下一個CT744LS199并—串轉(zhuǎn)換器工作，直至兩組代表系統(tǒng)標(biāo)識碼的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完畢。當(dāng)?shù)诙塁T744LS199并—串轉(zhuǎn)換器工作完畢，其門電路G1將輸出一個負脈沖到信號開關(guān)電路的RX/TX引腳，以作為‘發(fā)送結(jié)束’的標(biāo)志信號。
從節(jié)點收發(fā)裝置LMX3612芯片DATAIN引腳串行輸入的數(shù)據(jù)，經(jīng)節(jié)點收發(fā)裝置的信號調(diào)制處理，從TXOUT引腳輸出，經(jīng)開關(guān)電路到天線發(fā)射出去。
電子身份牌應(yīng)答信號6通過LMX3162信號收發(fā)器模塊的RXIN引腳進入，經(jīng)解調(diào)處理后通過RXOUT引腳輸出到89C51單片機芯片，該芯片在完成信號解調(diào)處理后，自動將預(yù)先寫入CMOS中的本節(jié)點編號數(shù)據(jù)與接收到的電子身份牌編號數(shù)據(jù)組合一起，從RXOUT引腳輸出到輸出接口。數(shù)據(jù)經(jīng)輸出接口將傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)。
系統(tǒng)編碼體系設(shè)計例。
本系統(tǒng)編碼體系包括系統(tǒng)標(biāo)識碼、電子身份牌編號、節(jié)點編碼和主機系統(tǒng)編碼。作為本實用新型的一個實施例，本系統(tǒng)的編碼體系可采用以下規(guī)則1、系統(tǒng)標(biāo)識碼＝’6789’。
2、電子身份牌編號互不相同，采用8個字符長，其內(nèi)部產(chǎn)生并發(fā)射的編碼采用與電子身份牌印刷編碼相同的編碼。如“98765432”等。
3、節(jié)點編碼用以區(qū)別不同的監(jiān)測節(jié)點，采用4位編碼，如‘1006’、‘1032’等。
在本實例的編碼體系下，各節(jié)點收發(fā)裝置所產(chǎn)生的節(jié)點詢問信號為’6789’，該標(biāo)識碼將被節(jié)點收發(fā)裝置的信號收發(fā)模塊調(diào)制處理后經(jīng)天線發(fā)射出去。
在本實例的編碼體系下，一個編碼為’98765432’的電子身份牌在節(jié)點應(yīng)答時發(fā)射出的應(yīng)答編碼為‘98765432’。假定人員經(jīng)過的節(jié)點編碼為‘1033’，該節(jié)點收發(fā)裝置接收到該編碼后，合成本節(jié)點監(jiān)測數(shù)據(jù)一串本節(jié)點編碼+本電子身份牌編號信息‘103398765432’，該數(shù)據(jù)將向網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)發(fā)出并傳輸?shù)街鳈C系統(tǒng)。同理，該車到達‘1034’節(jié)點后，該節(jié)點所發(fā)出的數(shù)據(jù)為‘103498765432’。
權(quán)利要求1.井下作業(yè)人員定位跟蹤系統(tǒng)，其特征在于電子身份牌(1)由井下作業(yè)人員隨身攜帶，由天線(10)和與其連接的接收詢問信號(5)、發(fā)射編碼信號(6)的裝置構(gòu)成，節(jié)點收發(fā)裝置(2)位于坑道沿線上，由天線(25)、接收編碼信號(6)的裝置和發(fā)射詢問信號(5)的裝置構(gòu)成，接收編碼信號(6)的裝置通過傳輸系統(tǒng)(3)將編碼信號(6)輸送到位于監(jiān)測中心的系統(tǒng)主機(4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于電子身份牌(1)的殼體內(nèi)有電源電路(11)和與內(nèi)置式全向天線(10)連接的收發(fā)模式開關(guān)切換電路(18)，切換電路輸出與信號收發(fā)模塊(13)的輸入端(RXIN)連接，切換電路輸入端通過功率放大器與收發(fā)模塊(13)的輸出端(TXOUT)連接，信號收發(fā)模塊(13)的輸出端(RXOUT)依次通過信號比較電路(14)、觸發(fā)電路(15)、編碼信號發(fā)生電路(16)、信號串行輸出處理電路(17)與收發(fā)模塊(13)的輸入端(DATAIN)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于信號比較電路(14)由串入并出移位處理電路(54)、比較電路(55)和系統(tǒng)標(biāo)識碼產(chǎn)生電路(56)組成，處理電路(54)的寄存器組的1D端接收發(fā)模塊(13)的RXOUT端，寄存器組的輸出端(1D)按位接比較電路(55)的相應(yīng)的級聯(lián)式數(shù)碼比較器的對應(yīng)的輸入端口(P0、P1、P2、P3)腳，比較器的輸入端(Q0、Q1、Q2、Q3)腳分別接電路(56)的各編碼器的輸出，編碼器輸入接設(shè)置鈕組和觸發(fā)脈沖，比較器的輸出端接觸發(fā)電路(15)的交叉耦合的兩個或非門或兩個與非門的輸入端RD，門電路的輸出接編碼信號發(fā)生電路(16)的編碼器的輸入端，編碼器的輸出接信號串行輸出處理電路(17)的CT74LS199芯片的輸入，芯片的輸出接信號收發(fā)模塊(13)的DATAIN腳，芯片的SH、CD腳接門電路(G2)，QA，Q7-Q。腳接門電路(G1)，G1，G2的輸出端連接發(fā)出并串完成標(biāo)志信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于節(jié)點收發(fā)裝置(2)有電源電路(27)和與天線(25)連接的收發(fā)模式開關(guān)切換電路(31)，切換電路(31)RXOUT端與信號收發(fā)模塊(30)的RXIN端連接，切換電路(31)TXIN端經(jīng)一功率放大器與收發(fā)模塊(30)的TXOUT端連接，收發(fā)模塊(30)的RXOUT端與應(yīng)答信號轉(zhuǎn)發(fā)模塊(32)的RXIN端連接，轉(zhuǎn)發(fā)模塊(32)的RXOUT端通過傳輸系統(tǒng)(3)與系統(tǒng)主機(4)連接，節(jié)點詢問信號生成電路(28)的輸出與串行輸出處理電路(29)連接，電路(29)的輸出與收發(fā)模塊(30)的DATAIN端連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于收發(fā)模塊(30)為集成塊LMX3162，信號轉(zhuǎn)發(fā)模塊(32)為集成塊89C51，收發(fā)模式開關(guān)切換電路(31)為集成塊2436400。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于節(jié)點詢問信號生成電路(28)有若干并聯(lián)的8421BCD編碼器，其輸入端接設(shè)置鈕組和觸發(fā)脈沖，其輸出端接串行輸出處理電路(29)和CT74LS199芯片的D0-D7端，芯片的QA，Q7-Q。腳接門電路(G1)，SH，CD腳接門電路(G2)，G2的一端輸入負脈沖啟動信號，G1和G2的輸出端輸出并一串轉(zhuǎn)換完成標(biāo)志信號S，CT74LS199芯片輸出串行數(shù)據(jù)到收發(fā)模塊(30)的DATAIN端。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于主機(4)包括微波接收主機(37)、網(wǎng)絡(luò)交換機(38)和中央處理主機(39)，其中的中央處理主機(39)的殼體(40)內(nèi)有處理主板(41)，主板(41)上有中央處理器(50)與存儲器(51)、(52)、網(wǎng)卡(47)、顯卡(48)，外接鍵盤/鼠標(biāo)數(shù)據(jù)接口電路(49)連接，網(wǎng)卡(47)通過接口(43)與網(wǎng)絡(luò)交換機(38)連接，網(wǎng)絡(luò)交換機(38)與微波接收主機(37)或/和轉(zhuǎn)發(fā)模塊(32)連接。
專利摘要本實用新型為井下作業(yè)人員定位跟蹤系統(tǒng)。電子身份牌(1)由井下作業(yè)人員隨身攜帶，由天線(10)和與其連接的接收詢問信號(5)、發(fā)射編碼信號(6)的裝置構(gòu)成，節(jié)點收發(fā)裝置(2)位于坑道沿線上，由天線(25)、接收編碼信號的裝置和發(fā)射詢問信號的裝置構(gòu)成，接收編碼信號(6)的裝置通過傳輸系統(tǒng)(3)將編碼信號(6)輸送到位于監(jiān)測中心的系統(tǒng)主機(4)。
文檔編號H04B17/00GK2728106SQ20042003445
公開日2005年9月21日 申請日期2004年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月23日
發(fā)明者甘國工, 劉學(xué)明 申請人:劉學(xué)明, 甘國工