Laut einschlägigen Statistiken ist die Zahl der Todesopfer durch Sicherheitsunfälle in Kohlebergwerken die höchste aller Sicherheitsunfälle im Land.

Die Tunnel unter dem Bergwerk sind komplex und die Rettungsarbeiten dadurch erheblich erschwert. Gleichzeitig unterscheidet sich das Personalmanagement unter Tage in Kohlebergwerken deutlich von dem über Tage. Einerseits ist die Positionierung des Personals unter Tage durch den Tunnel eingeschränkt, wodurch viele Ortungstechnologien nicht eingesetzt werden können; andererseits erfordert die Ortungstechnologie unter Tage eine höhere Störfestigkeit. Bei einem Unfall unter Tage in einem Kohlebergwerk werden am häufigsten Infrarotdetektoren zur Suche und Rettung eingesetzt. Das Prinzip der Infrarotdetektoren beruht auf der Erfassung der vom menschlichen Körper abgegebenen Infrarotstrahlung zur Ortung und Rettung. Aufgrund mangelnder Sicherheitsvorkehrungen in Kohlebergwerken schwächt die Anwesenheit von Gasen die Infrarotstrahlung jedoch ab, und sie ist zudem anfällig für Störungen durch andere Infrarot-Wärmequellen unter Tage, was die Effizienz im praktischen Einsatz beeinträchtigt. Neben Infrarotdetektoren werden häufig auch Lebenddetektoren eingesetzt. Diese erfassen hauptsächlich die vom menschlichen Herzen abgegebenen ultraniederfrequenten Wellen zur Ortung von Personen. Mikrowellen haben zwar eine hohe Durchdringungsfähigkeit, können aber auch Personen mit schwachem Herzschlag orten. Aus diesem Grund wurde für das Personal in Untertage-Kohlebergwerken ein Gerät zur Echtzeit-Ortung entwickelt. Es dient der Optimierung des täglichen Personalmanagements und der Steigerung der Arbeitseffizienz im Normalbetrieb. Im Falle eines Unfalls ermöglicht es die schnelle Lokalisierung eingeschlossener Personen. Dieser Artikel stellt ein Ortungsgerät für Untertagepersonal auf Basis der RFID-Technologie vor, im Folgenden als RFID-Rettungsortungsgerät bezeichnet. Das Gerät ist tragbar, klein und ein unverzichtbarer Bestandteil von Rettungseinsätzen unter Tage.

1

Gesamtsystemdesign

1.1

Analyse der Designanforderungen

Vor der Entwicklung des RFID-Rettungspositionierungsgeräts ist es notwendig, die Positionierungsbedürfnisse und technischen Merkmale des Personals im Untertage-Kohlebergwerk zu analysieren.

Abschließend kann ein detaillierter Systementwurf erstellt werden. Nach der detaillierten Analyse müssen drei Anforderungen erfüllt sein:

(1) Wird mit eigenem Netzteil geliefert und hat lange Betriebsstunden

unter Berücksichtigung der U-Bahn

Die Dauer der regulären Arbeitszeit des Personals und die Schnelligkeit der Rettungseinsätze

Leistungsfähigkeit ist wichtig, daher muss das System länger als 48 Stunden funktionieren können;

Zusammenfassung: Aufgrund der komplexen unterirdischen Umgebung und der Anwendung von Infrarot- und Lebenserkennungsinstrumenten ist die Sicherheitsrettung in Kohlebergwerken mit vielen Problemen verbunden.

Die Entwicklung eines Geräts zur Positionierung von Personen unter Tage für die Bergwerksrettung spielt eine sehr wichtige Rolle. Vorgeschlagen wurde eine Methode auf Basis der RFID-Technologie.

Auf Grundlage der Analyse der Anforderungen an Untertage-Positionierungssysteme im Kohlebergbau wurden das Sende- und das Empfangsmodul des Systems entwickelt.

Es wurde ein Design vorgeschlagen, eine Methode für ein energiesparendes System entwickelt, der RSSI-Positionierungsalgorithmus und der KWWN-Algorithmus der RFID-Personenortungstechnologie erläutert und ein Hybridalgorithmus zur Ortung von Untertagepersonal entwickelt. Eine Simulationsumgebung wurde erstellt und simuliert, wobei der K-Wert variiert wurde. Bei K = 4 ist der Fehlerwert für die Personenortung am geringsten, und das System erfüllt die Anforderungen an die Positionsbestimmung von Rettungskräften unter Tage in Kohlebergwerken.

(2) Hohe Zuverlässigkeit und Störfestigkeit. Aufgrund der rauen Bedingungen unter Tage, der hohen Luftfeuchtigkeit und der vielen Störquellen während und nach dem Unfall ist die

Das RFID-Rettungspositionierungsgerät muss ein hohes Maß an Zuverlässigkeit und Störfestigkeit aufweisen;

(3) Benutzerinformationen speichern und die Verwaltung mehrerer Benutzer unterstützen. In großen Kohlebergwerken arbeiten in der Regel mehr als 100 Untertagearbeiter. Bei der Planung ist Folgendes zu beachten:

Es bleibt noch ein gewisser Spielraum, daher muss das RFID-Rettungsortungsgerät in der Lage sein, Benutzerinformationen zu speichern und Benutzerverwaltungsfunktionen für 150 Personen zu unterstützen.

1.2

Gesamtsystemdesign

Die RFID-Technologie ist eine relativ ausgereifte drahtlose Funkfrequenz-Kommunikationstechnologie, die hauptsächlich durch das Kopplungsphänomen von Funkfrequenzsignalen im Raum realisiert wird.

Informationsübertragung. Die RFID-Technologie findet breite Anwendung in Bereichen wie der Produktkennzeichnung und der elektronischen Diebstahlsicherung. In Ortungssystemen können Tiere und Fahrzeuge markiert werden. Typische Anwendungsgebiete sind die Kennzeichnung von Haustieren, die Entsorgung medizinischer Abfälle usw.

Das Gesamtdesign des auf RFID-Technologie basierenden Rettungsortungsgeräts ist in zwei Teile gegliedert. Der eine Teil ist ein Sender, der vom Untertagepersonal am Körper getragen wird.

Der andere Teil des Moduls ist das Empfangsmodul zum Empfangen von Signalen.

(1) Startmodul

Das Gesamtblockdiagramm des Sendermoduls ist in Abbildung 1 dargestellt. Abbildung 1: Moduldiagramm der auf RFID basierenden Sendereinheit

Das Design des RFID-Sendemodulmoduls umfasst einen STC-Mikrocontroller, Tasten, einen Speicher für Tag-Informationen, eine SPI-Schnittstelle, ein Modul zum Senden von Hochfrequenzinformationen und ein Leistungsmodul usw.

① STC-Mikrocontroller Der Mikrocontroller ist die zentrale Steuereinheit. Er implementiert

Die Erkennung der Eingaben von Reset- und Funktionstasten ist nun implementiert und realisiert auch Folgendes:

Vorabspeicherung von Tag-Informationen. Wählen Sie den Mikrocontroller MSP430F413, Kern

Die Versorgungsspannung beträgt 3,3 V;

②Taste

Der Knopf ist ein wichtiger Faktor bei der Realisierung der Rettungspositionierungsfunktion.

Elemente, einschließlich Reset-Taste und Funktionstaste, Hilfesystem für die Reset-Taste in

Der Ausgangszustand kann bei Fehlfunktionen wiederhergestellt werden, und die Funktionstaste kann

Sendet beim Drücken ein Notsignal aus;

③ Vorabspeicherung von Etiketteninformationen. Diese Funktion nutzt im Voraus erhobene Untergrundstatistiken.

Mitarbeiterbezogene Informationen, Alter, Geschlecht, Größe und ob Vorerkrankungen vorliegen

usw., wandeln Sie diese Informationen in Binärinformationen um und speichern Sie sie im Flash-Speicher.

Wählen Sie K9F1G08U0 mit einer Kapazität von 128 MB.

Beim Senden von Informationen liest der STC-Mikrocontroller zuerst die Phase im Flash-Speicher aus.

Die Informationen werden schließlich über das Funkfrequenz-Informationssendemodul versendet;

④SPI-Schnittstelle

Die SPI-Schnittstelle ist eine Schnittstelle zwischen Mikrocontroller und Funkfrequenz-Informationsübertragung.

Kommunikationsschnittstelle zwischen Modulen senden;

⑤RF-Informationssendemodul

Da STC-Mikrocontroller SPI

Die Kommunikationssignalspannung stimmt nicht mit dem endgültig übertragenen Signal überein, daher

Es ist notwendig, die für die Synthese erforderliche Frequenz zu realisieren und das Signal zu modulieren und zu demodulieren.

Schließlich wird das Signal verstärkt und gesendet;

⑥ Leistungsmodul Die Anzeige des Leistungsmoduls dient der Sicherstellung der unterirdischen Rettung

Die Schlüsselfaktoren sind neben dem Signalübertragungsmodul in der Software

Neben dem Energiemanagement muss das Leistungsmodul auch unabhängig davon ausgelegt werden,

Die Gesamtspannung der Stromversorgung ist stabil und die kontinuierliche Betriebszeit beträgt mehr als 48 Stunden.

(2) Entwurf des Empfangsmoduls

Das Empfangsmodul verwendet weiterhin einen STC-Mikrocontroller als Kernsteuerung.

Bei der Einheit werden die Tag-Informationen nach Modulation und Demodulation über eine RS232-Kommunikation gesendet.

Sende es an den STC-Mikrocontroller. Der STC-Mikrocontroller speichert die RFID-Tag-Informationen.

Im Flash-Speicher speichern, auf einen externen Tastendruck warten, um diesen über das LCD-Display weiterzuleiten.

Die vom Mikrocontroller verarbeiteten Benutzerkennzeichnungsinformationen werden angezeigt, und das Leistungsmodul

Der Block ist für die Stromversorgung des gesamten Empfangsmoduls zuständig. RFID-basierter Empfang

Das Meta-Modul ist in Abbildung 2 dargestellt.

Abbildung 2: Moduldiagramm der RFID-basierten Empfangseinheit

2

Design und Implementierung von Personenpositionierungssystemen mit geringem Stromverbrauch

2.1

Systemdesign mit geringem Stromverbrauch

Stromversorgungsmodul im RFID-basierten Sendermodul

Das ist sicher, daher muss sichergestellt werden, dass das System über einen langen Zeitraum stabil funktioniert.

Für den Betrieb muss das System auf geringen Stromverbrauch ausgelegt sein. Geringer Stromverbrauch des Systems

Das Design umfasst Hardware- und Software-Design, insbesondere 2.

Aspekt:

(1) Auswahl des Kerncontrollers

Der in diesem Design gewählte Kern

Der Controller ist ein MSP430F413, der über mehrere Energiesparmodi verfügt, die

Erfüllen Sie die Anforderungen des langfristigen Betriebs des Systems. Mit einer 2,2-V-Versorgung,

MSP430F413 Stromverbrauch 0,5 μA im Standby-Modus, Abschaltmodus

(RAM-Speicherungs-)Strom beträgt 0,1 μA, Strom im Ultra-Low-Power-Betriebsmodus

Der Stromfluss beträgt 230 μA. Daher ist das Sendemodul in praktischen Anwendungen

Der Stromverbrauch ist im Normalbetrieb sehr gering;

(2) Software-Design Um zu realisieren, dass das System langfristig erfolgreich sein kann

Bei kontinuierlichem Betrieb über einen gewissen Zeitraum hinweg beginnt das System in den Ultra-Low-Modus zu wechseln.

Betriebsmodus mit hohem Stromverbrauch, basierend auf einem eigenen Taktsystem in der Softwareentwicklung

Zeitgesteuerte Eingabe ohne Unterbrechung durch externe Tasten

Standby-Modus und die dafür vorgesehene aktive Aufwachtaste können unterirdisch helfen

Das Personal kann das System bei Bedarf sofort vom Standby-Modus in den Energiesparmodus schalten.

Betriebsmodus mit Verbrauchsenergie. Dieser Modus erfüllt nicht nur die Anforderungen der Untertagerettung, sondern auch

Es schafft außerdem die Voraussetzungen dafür, dass das System weiterhin im Standby-Modus arbeiten kann.