技術領域

本發明屬于測量技術領域，具體涉及基于zigbee網絡和超聲波測距的井下定位系統。

背景技術

對于煤礦、非金屬礦山來說，實現精確井下人員定位不僅可以提高安全生產管理水平、提高勞動生產率，并且為事故后進行人員搜救提供了精確的人員位置信息，節省搜救時間并提高搜救成功率。

經對現有技術的檢索比對發現，現有井下人員定位方法主要有兩種。

第一種是采用射頻標簽定位方法，這種方法具有以下不足之處：

1）定位精度低，僅僅實現區域定位，無法精確定位、定位精度一般在幾百到幾十米；

2）容易丟失信號、成本高，且不易隨處定位；3.定位不及時、容易漏檢。

第二種是采用zigbee網絡的射頻信號衰減進行定位方法，這種方法具有以下不足之處：

1）定位精度不高，一般最好水平能達到小于10米；

2）定位信息受井下環境影響嚴重，例如井下濕度，巷道墻體對電磁吸收、反射，巷道中金屬物體位置移動等。

因此，已有的井下人員定位方法已不能完全滿足井下人員定位的要求。在礦山安全生產方面，迫切需要研究開發一種具有定位精度高、漏檢率低、受環境影響小的井下人員定位方法。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的不足，提供定位精度較高的基于zigbee網絡和超聲波測距的井下定位系統。

本發明為解決上述技術問題而采取的技術方案是：

基于zigbee網絡和超聲波測距的井下定位系統，包括具有射頻收發裝置的上位機管理系統，其特征是：還包括若干zigbee網絡定位基站和定位卡，所述zigbee網絡定位基站包括射頻收發裝置和超聲波發射裝置；所述定位卡包括射頻收發裝置、超聲波接收裝置和計時器。

每個zigbee網絡定位基站包括兩個以上的超聲波發射裝置，每個超聲波發射裝置對應不同的方向。

所述zigbee網絡定位基站中的射頻收發裝置從上位機管理系統得到定位命令后，發送射頻電波定位命令，此命令包括zigbee網絡定位基站位置及編號信息，同時，zigbee網絡定位基站中的超聲波發射裝置發送超聲波脈沖，定位卡收到射頻命令后，啟動超聲波接收電路以及計時器，收到超聲波信號停止計時，計時器的數值就是聲波的傳播時間T；定位卡上的射頻收發裝置通過zigbee網絡將傳播時間T、自身ID號、對應基站信息、超聲波方向信息發送給zigbee網絡定位基站，zigbee網絡定位基站中的射頻收發裝置將得到的信息發送給上位機管理系統處理；傳播時間T乘以超聲波速度得到定位卡與該zigbee網絡定位基站對應方向上的超聲波發射裝置之間的距離。

本發明與現有技術相比，具有以下有益效果：

本發明中采用了zigbee網絡遙控超聲波發射裝置，利用安裝在射頻基站的超聲波發射裝置和安裝在定位卡上的超聲波接收裝置進行測距并確定定位卡的坐標，該系統定位精度高、漏檢率低、受環境影響小。具體優點如下：

1）定位系統全部采用無線組網，組網靈活、施工方便，并且避免了因通信電纜破壞造成的定位網絡局部失效或者全網癱瘓的問題。

2）本系統充分利用了zigbee網絡節點的超低功耗的特點，實現了人員定位卡的超低功耗工作，在電池供電的情況下，可以保證較長時間的正常工作。并且，在井下供電中斷的情況下，定位基站可以繼續工作一段時間。

3）本系統的定位精度受環境影響小，僅僅取決于定位基站與定位卡之間超聲波的飛行時間，可以實現定位精度小于等于1米的高精度井下人員定位。

附圖說明

圖1為本發明的結構原理示意圖。

圖中：1—zigbee網絡定位基站；2—上位機管理系統；3—定位卡；4—超聲波發射裝置。

具體實施方式

如圖1所示，基于zigbee網絡和超聲波測距的井下定位系統，包括具有射頻收發裝置的上位機管理系統2，其特點是：還包括若干zigbee網絡定位基站1和定位卡3，所述zigbee網絡定位基站1包括射頻收發裝置和超聲波發射裝置4；所述定位卡3包括射頻收發裝置、超聲波接收裝置和計時器。

每個zigbee網絡定位基站1包括兩個以上的超聲波發射裝置4，每個超聲波發射裝置對應不同的方向。