Segundo as estatísticas relevantes, o número de vítimas causadas por acidentes de segurança em minas de carvão está entre os maiores índices de acidentes de trabalho no país.

Os túneis sob a mina são complexos e apresentam muitas dificuldades para a realização de trabalhos de resgate. Ao mesmo tempo, o gerenciamento de pessoal no subsolo de minas de carvão difere do gerenciamento na superfície. Por um lado, o posicionamento do pessoal no subsolo é limitado pelo túnel, o que inviabiliza muitas tecnologias de localização de pessoal; por outro lado, a tecnologia de localização de pessoal no subsolo exige maior resistência a interferências. Quando ocorre um acidente no subsolo de uma mina de carvão, o método de busca e resgate mais comum é o uso de detectores infravermelhos. O princípio de funcionamento dos detectores infravermelhos é detectar a radiação infravermelha emitida pelo corpo humano para fins de localização e resgate. No entanto, devido à falta de medidas de segurança em minas de carvão, a presença de gás enfraquece a propagação do infravermelho, que também é suscetível à interferência de outras fontes de calor infravermelho no subsolo, tornando-o menos eficiente na prática. Além dos detectores infravermelhos, detectores de sinais vitais também são comumente utilizados. Eles detectam principalmente as ondas de frequência ultrabaixa emitidas pelo coração humano para localizar pessoas. As micro-ondas têm forte poder de penetração, mas também podem detectar pessoas com batimentos cardíacos fracos. Alguns problemas. Diante dessa situação, um dispositivo capaz de posicionamento em tempo real foi desenvolvido para trabalhadores de minas de carvão subterrâneas. Ele pode ser usado para facilitar o gerenciamento diário de pessoal e melhorar a eficiência do trabalho durante as operações normais; em caso de acidente, este dispositivo pode ser usado para localizar rapidamente os trabalhadores presos. Este artigo propõe um dispositivo de localização para trabalhadores subterrâneos baseado na tecnologia RFID, doravante denominado dispositivo de localização de resgate RFID. Este dispositivo é portátil, compacto e pode ser usado como um componente essencial em trabalhos de resgate subterrâneo.

1

Projeto geral do sistema

1.1

Análise de requisitos de projeto

Antes de projetar o dispositivo de posicionamento de resgate por RFID, é necessário analisar as necessidades de posicionamento e as características técnicas dos trabalhadores em minas de carvão subterrâneas.

Finalmente, um projeto de sistema detalhado pode ser elaborado. Após uma análise detalhada, três requisitos devem ser atendidos:

(1) Vem com fonte de alimentação própria e possui longa autonomia.

Considerando o subterrâneo

O tempo de trabalho normal da equipe e a rapidez das operações de resgate.

desempenho, portanto o sistema deve ser capaz de funcionar por mais de 48 horas;

Resumo: Devido ao ambiente subterrâneo complexo e à aplicação de instrumentos de detecção por infravermelho e de detecção de vida, o resgate seguro em minas de carvão está sujeito a muitos problemas.

A limitação do desenvolvimento de um dispositivo de posicionamento de pessoal subterrâneo para resgate em minas de carvão desempenha um papel muito importante. Propôs-se um método baseado na tecnologia RFID.

Com base na análise das necessidades dos sistemas de posicionamento subterrâneo em minas de carvão, o módulo de envio e o módulo de recepção do sistema foram definidos.

Foi proposto um projeto, um método de projeto de sistema de baixo consumo de energia, os algoritmos de posicionamento RSSI e KWWN na tecnologia de posicionamento de pessoal por RFID foram explicados, e um algoritmo híbrido foi proposto para localizar pessoal em minas subterrâneas. Um ambiente de simulação foi construído e simulado, e o valor de K foi variado. Quando K=4, o valor do erro para o posicionamento do pessoal é o menor, e o sistema pode atender às necessidades de posicionamento para resgate subterrâneo em minas de carvão.

(2) Alta confiabilidade e resistência a interferências. Devido ao ambiente subterrâneo adverso, à alta umidade e às inúmeras fontes de interferência durante e após o acidente, o

O dispositivo de posicionamento de resgate por RFID precisa ter um alto grau de confiabilidade e resistência a interferências;

(3) Armazenar informações do usuário e suportar gerenciamento multiusuário. Geralmente, há mais de 100 trabalhadores subterrâneos em grandes minas de carvão. Considerando o projeto

Há uma margem de segurança, portanto, o dispositivo de posicionamento de resgate por RFID deve ser capaz de armazenar informações do usuário e suportar funções de gerenciamento de usuários para 150 pessoas.

1.2

Projeto geral do sistema

A tecnologia RFID é uma tecnologia de comunicação sem fio por radiofrequência relativamente madura, que se realiza principalmente através do fenômeno de acoplamento de sinais de radiofrequência no espaço.

Transmissão de informações. A tecnologia RFID é amplamente utilizada em áreas como identificação de etiquetas de produtos e sistemas eletrônicos antifurto. Em sistemas de localização, animais e veículos podem ser rastreados. Aplicações típicas incluem marcação de animais de estimação, gerenciamento de resíduos médicos, etc.

O projeto geral do dispositivo de posicionamento para resgate baseado na tecnologia RFID é dividido em duas partes. Uma parte é um transmissor usado no corpo do trabalhador subterrâneo.

A outra parte do módulo da unidade é o módulo receptor, responsável por receber sinais.

(1) Módulo da unidade de lançamento

O diagrama de blocos geral do projeto do módulo da unidade transmissora é mostrado na Figura 1. Figura 1: Diagrama do módulo da unidade transmissora baseada em RFID.

O projeto do módulo da unidade transmissora RFID inclui microcontrolador STC, botões, pré-armazenamento de informações da etiqueta, interface SPI, módulo de envio de informações por radiofrequência e módulo de alimentação, etc.

① Microcontrolador STC O microcontrolador é a unidade de controle principal. Ele implementa

A detecção da entrada do botão de reinicialização e do botão de função agora está implementada e também realiza

Pré-armazenamento de informações de etiquetas. Selecione o microcontrolador MSP430F413, núcleo.

A tensão de alimentação é de 3,3 V;

②Botão

O botão é um fator importante para a realização da função de posicionamento de resgate.

Elementos, incluindo botão de reinicialização e botão de função, sistema de ajuda do botão de reinicialização em

O estado inicial pode ser restaurado em caso de funcionamento anormal, e o botão de função pode ser

Envia um sinal de socorro quando pressionado;

③ Pré-armazenamento de informações de rótulos. Esta função utiliza estatísticas subterrâneas antecipadamente.

Informações relativas ao funcionário: idade, sexo, altura e presença de doenças preexistentes.

etc., converta essas informações em informações binárias e armazene-as na memória FLASH.

Selecione K9F1G08U0 com capacidade de 128 MB.

Ao enviar informações, o microcontrolador STC primeiro lê a fase na memória FLASH.

informação, e finalmente a informação é enviada através do módulo de transmissão de informação por radiofrequência;

④ Interface SPI

A interface SPI é uma interface de transmissão de informações por radiofrequência entre microcontroladores e outros meios.

Enviar interface de comunicação entre módulos;

⑤Módulo de envio de informações RF

Desde o microcontrolador STC SPI

A tensão do sinal de comunicação não corresponde à tensão do sinal transmitido final, portanto

É necessário determinar a frequência requerida para a síntese, bem como modular e demodular o sinal.

Finalmente, o sinal é amplificado e enviado;

⑥Módulo de alimentação O indicador do módulo de alimentação serve para garantir o resgate subterrâneo

Os principais fatores, além do módulo da unidade de transmissão de sinal no software, são

Além do gerenciamento de energia, o módulo de energia também precisa ser projetado independentemente para que

A tensão geral da fonte de alimentação é estável e o tempo de funcionamento contínuo ultrapassa 48 horas.

(2) Projeto do módulo receptor

O módulo receptor ainda utiliza o microcontrolador STC como núcleo de controle.

Na unidade, as informações da etiqueta são enviadas por meio de comunicação RS232 após modulação e demodulação.

Envie os dados para o microcontrolador STC. O microcontrolador STC armazena as informações da etiqueta RFID.

Armazene na memória FLASH e aguarde o comando do botão externo para usar o LCD.

As informações da etiqueta do usuário processadas pelo microcontrolador são exibidas, assim como o módulo de energia.

O bloco é responsável pelo fornecimento de energia para todo o módulo receptor. Recibo baseado em RFID.

O metamódulo é mostrado na Figura 2.

Figura 2. Diagrama do módulo da unidade receptora baseada em RFID.

2

Projeto e implementação de posicionamento de pessoal com baixo consumo de energia.

2.1

Design de baixo consumo de energia do sistema

Módulo de alimentação em módulo de unidade transmissora baseada em RFID

É certo, portanto, para garantir que o sistema possa funcionar de forma estável por um longo tempo.

Para funcionar, o sistema deve ser projetado para baixo consumo de energia. Sistema de baixo consumo de energia

O projeto inclui o projeto de hardware e o projeto de software, especificamente incluindo 2

aspecto:

(1) Seleção do controlador principal

O núcleo escolhido neste projeto

O controlador é o MSP430F413, que possui múltiplos modos de baixo consumo de energia que podem

Atenda às necessidades de trabalho a longo prazo do sistema. Com uma fonte de alimentação de 2,2 V,

MSP430F413: consumo de corrente de 0,5 μA em modo de espera e em modo de desligamento.

A corrente de retenção da RAM é de 0,1 μA, corrente de modo de operação de ultrabaixo consumo.

A corrente é de 230 μA. Portanto, em aplicações práticas, o módulo da unidade transmissora é

A potência é muito baixa durante o funcionamento normal;

(2) Projeto de software Para garantir que o sistema possa atingir o longo prazo

operação contínua por um período de tempo, de modo que o sistema começa a entrar em modo ultrabaixo.

Modo de operação de consumo de energia, baseado em seu próprio sistema de relógio no projeto de software.

Para tempo, entre sem interrupção de entrada de botão externo

O modo de espera e o botão de ativação projetado podem ajudar em situações subterrâneas.

Os funcionários podem colocar o sistema do estado de espera para o estado de baixo consumo de energia imediatamente ao utilizá-lo.

modo de trabalho de consumo. Isso não só atende às necessidades de resgate subterrâneo, mas também

Isso também cria condições para que o sistema continue executando tarefas em modo de espera.