一种基于双边双向测距算法的井下人员定位跟踪系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于双边双向测距算法的井下人员定位跟踪系统，包括设置在井上的定位服务器，定位服务器通过CAN总线模块连接有若干个网关节点，每个网关节点均设置在井下的不同位置，定位跟踪系统还包括设置在井下的若干个锚节点和井下人员随身携带的标签节点；网关节点和锚节点均包括处理器模块I，处理器模块I上分别连接有用于与上位机通信的RS232模块、USB通信模块和射频模块I，射频模块I通过电源模块I与处理器模块I连接；射频模块I包括天线和型号为nanoPAN5375的无线收发芯片，处理器模块I的芯片为AVR8位微处理器Atmega1280。采用基于线性调频扩频技术，通过精确的双向到达时间的测量和内部处理时间的测量，可显著提高本跟踪系统的定位精度。
【专利说明】—种基于双边双向测距算法的井下人员定位跟踪系统

【技术领域】
[0001]本实用新型属于无线定位【技术领域】，涉及一种基于双边双向测距算法的井下人员定位跟踪系统。

【背景技术】
[0002]煤炭业是高危行业，煤矿井下环境复杂，无线定位跟踪技术对于井下人员日常管理以及事故抢险救援都发挥着极其重要的作用。
[0003]在井下环境中，GPS全球定位系统完全失效,一些室外定位技术虽已应用于井下，但效果均不理想，如基于RFID技术的井下定位系统，具有传输距离短、通信信号不稳定等缺陷，而基于ZigBee技术的井下定位系统，因受环境因素影响大，其定位精度不高。
实用新型内容
[0004]本实用新型的目的是提供一种基于双边双向测距算法的井下人员定位跟踪系统，以解决现有井下定位系统定位精度不闻的问题。
[0005]本实用新型所采用的技术方案是，一种基于双边双向测距算法的井下人员定位跟踪系统，包括设置在井上的定位服务器，定位服务器通过CAN总线模块连接有若干个网关节点，每个网关节点均设置在井下的不同位置，定位跟踪系统还包括设置在井下的若干个锚节点和井下人员随身携带的标签节点；网关节点和锚节点的硬件结构相同，均包括处理器模块I，处理器模块I上分别连接有用于与上位机通信的RS232模块、USB通信模块和射频模块I，射频模块I通过电源模块I与处理器模块I连接；射频模块I包括天线和型号为nanoPAN5375的无线收发芯片，处理器模块I的芯片为AVR8位微处理器Atmegal280。
[0006]本实用新型的特点还在于，
[0007]标签节点包括处理器模块II，处理器模块II上分别连接有通用接口和射频模块II，处理器模块I1、通用接口和射频模块II分别与电源模块II连接，通用接口还分别连接有LED显示屏和按键；射频模块II包括天线和型号为nanoPAN5375的无线收发芯片，处理器模块II的芯片为MSP430F194。
[0008]本实用新型的有益效果是，采用基于线性调频扩频技术，建立由标签节点、锚节点、网关节点和定位服务器四部分组成的定位系统，通过精确的双向到达时间的测量和内部处理时间的测量，可显著提高本跟踪系统的定位精度，且该系统采用的基于无线传感器的网络结构，适应井下环境特点，使得系统精简易实现，解决了现有井下定位系统定位精度不高的问题。

【专利附图】

【附图说明】
[0009]图1是本实用新型一种基于双边双向测距算法的井下人员定位跟踪系统的结构示意图；
[0010]图2是本实用新型一种基于双边双向测距算法的井下人员定位跟踪系统的锚节点或网关节点的硬件结构示意图；
[0011]图3是本实用新型一种基于双边双向测距算法的井下人员定位跟踪系统的标签节点的硬件结构示意图。
[0012]图中，1.定位服务器，2.网关节点，3.锚节点，4.标签节点，5.CAN总线模块。

【具体实施方式】
[0013]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型进行详细说明。
[0014]本实用新型提供了一种基于双边双向测距算法的井下人员定位跟踪系统，其结构参见图1，包括设置在井上的定位服务器1，定位服务器1通过CAN总线模块5连接有若干个网关节点2，每个网关节点2均设置在井下的不同位置，跟踪系统还包括设置在井下的若干个锚节点3和井下人员随身携带的标签节点4 ；
[0015]参见图2，网关节点2和锚节点3的硬件结构相同，均包括处理器模块I，处理器模块I上分别连接有用于与上位机通信的RS232模块、USB通信模块和射频模块I，射频模块I通过电源模块I与处理器模块I连接；射频模块I包括天线和型号为nanoPAN5375的无线收发芯片，处理器模块I的芯片为AVR8位微处理器Atmegal280。
[0016]参见图3，标签节点4包括处理器模块II，处理器模块II上分别连接有通用接口和射频模块11，处理器模块I1、通用接口和射频模块11分别与电源模块II连接，通用接口还分别连接有LED显示屏和按键；射频模块II包括天线和型号为nanoPAN5375的无线收发芯片，处理器模块II的芯片为MSP430F194。
[0017]本实用新型的锚节点3和网关节点2的处理器模块I采用高性能、低功耗的AVR8位微处理器Atmegal280作为主控芯片，实现数据的处理、数据的传输、执行节点的通信协议以及对节点的管理功能；射频模块I主要采用基于线性调频扩频技术的无线收发芯片nanoPAN5375，完成射频信号的接收与发送功能；电源模块I包括稳压部分和电平转换部分，可提供微处理器Atmegal280所需的3.3V电压和无线收发芯片nanoPAN5375所需的2.5V电压，3.3V的稳压芯片采用NCP1402SN33T1,2.5V的稳压芯片采用TPS79425DGN ；RS232模块和USB通信模块主要实现与上位机通信，能将信息通过串口或USB传送给上位机，RS232模块的电平转换芯片采用ISL4223E，USB模块采用CC2511芯片。
[0018]标签节点4是安装在矿工帽上或由井下人员随身携带的，一般采用电池供电，因此硬件设计上要充分考虑功耗、体积等因素，参见图3，其硬件结构包括处理器模块I1、射频模块I1、电源模块II和通用接口。其中，出于低功耗的考虑，该处理器模块II采用超低功耗的MSP430F194单片机作为主控芯片；该射频模块II也采用nanoPAN5375作为无线收发芯片，出于体积考虑，贴片陶瓷天线；该通用接口部分可实现预先设定和定位信息的显示。
[0019]定位服务器1包含有定位软件和数据库，能精确定位井下人员的位置和活动轨迹，并在此基础上，可实现人员考勤、实时跟踪、特殊人员监控以及危险区域报警等功能。
[0020]本实用新型一种基于双边双向测距算法的井下人员定位跟踪系统在正常启动后，定位服务器1中的定位引擎通过网关节点2对各锚节点3进行配置，同时锚节点3也通过网关节点2传输信息给定位引擎，当定位引擎确定配置好后，即可进入工作状态；标签节点4由井下人员随身携带一起下井，当有需要对标签节点4进行定位时，标签节点4向多个锚节点3发出测距信号，采用双边双向测距算法确定各锚节点3与标签节点4之间信号传输的时间差，并将该信息打包后，通过网关节点2和CAN总线模块5发送给定位服务器1，定位服务器I依据锚节点3的坐标，通过线性位置线算法确定标签节点4的位置，并结合地理信息系统(GIS)可实现对标签节点4的实时跟踪。
[0021]本实用新型的一种基于双边双向测距算法的井下人员定位跟踪系统，采用基于线性调频扩频技术，建立由标签节点、锚节点、网关节点和定位服务器四部分组成的定位系统，通过精确的双向到达时间的测量和内部处理时间的测量，可显著提高本跟踪系统的定位精度。当采用可达到Ins精度的时钟电路时，其定位精度可以达到Im以下，并且该系统不需要标签节点4和节锚点3的时钟同步，降低了系统实现的复杂度。
【权利要求】
1.一种基于双边双向测距算法的井下人员定位跟踪系统，其特征在于，包括设置在井上的定位服务器(1),所述的定位服务器(1)通过总线模块(5)连接有若干个网关节点(2),每个网关节点(2)均设置在井下的不同位置，所述定位跟踪系统还包括设置在井下的若干个锚节点(3)和井下人员随身携带的标签节点(4)； 所述的网关节点(2)和锚节点(3)均包括处理器模块I，处理器模块I上分别连接有用于与上位机通信的旧232模块、^88通信模块和射频模块I，射频模块I通过电源模块I与处理器模块I连接；所述的射频模块I包括天线和型号为1^110？八阳375的无线收发芯片，所述的处理器模块I的芯片为―咫位微处理器針1116职1280。
2.如权利要求1所述的一种基于双边双向测距算法的井下人员定位跟踪系统，其特征在于，所述的标签节点(4)包括处理器模块II，处理器模块II上分别连接有通用接口和射频模块II，处理器模块I1、通用接口和射频模块II分别与电源模块II连接，所述的通用接口还分别连接有120显示屏和按键； 所述的射频模块II包括天线和型号为1^110？八阳375的无线收发芯片，所述的处理器模块II的芯片为13？430？194。
【文档编号】G01S5/06GK204166123SQ201420005078
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年1月6日 优先权日:2014年1月6日
【发明者】康晓非 申请人:西安科技大学