Según las estadísticas pertinentes, el número de víctimas mortales causadas por accidentes laborales en las minas de carbón encabeza la lista de accidentes laborales en el país.

Los túneles bajo la mina son complejos y existen muchas dificultades para llevar a cabo las labores de rescate. Al mismo tiempo, la gestión del personal bajo tierra en las minas de carbón es diferente a la gestión en superficie. Por un lado, el posicionamiento del personal bajo tierra está limitado por el túnel, por lo que muchas tecnologías de posicionamiento de personal no se pueden implementar; por otro lado, la tecnología de posicionamiento de personal bajo tierra requiere una mayor resistencia a las interferencias. Cuando ocurre un accidente bajo tierra en una mina de carbón, el método de búsqueda y rescate más utilizado son los detectores infrarrojos. El principio de uso de los detectores infrarrojos es detectar la radiación infrarroja emitida por el cuerpo humano para lograr el propósito de posicionamiento y rescate. Sin embargo, debido a la falta de medidas de seguridad en las minas de carbón, la presencia de gas puede causar que la propagación infrarroja debilite, y también es susceptible a la interferencia de otras fuentes de calor infrarrojo bajo tierra, lo que hace que sea menos eficiente en el uso real. Además de los detectores infrarrojos, también se utilizan comúnmente detectores de vida. Estos detectan principalmente las ondas de frecuencia ultrabaja emitidas por el corazón humano para localizar personas. Las microondas tienen una fuerte penetración, pero también pueden detectar a algunas personas con latidos cardíacos débiles. Ante esta situación, se ha desarrollado un dispositivo de posicionamiento en tiempo real para el personal de minas de carbón subterráneas. Este dispositivo facilita la gestión diaria del personal y mejora la eficiencia laboral durante las operaciones normales. En caso de accidente, permite localizar rápidamente al personal atrapado. Este artículo propone un dispositivo de localización para personal subterráneo basado en tecnología RFID, denominado en adelante dispositivo de localización de rescate RFID. Este dispositivo, de tamaño reducido y portátil, se convierte en un componente esencial para las labores de rescate subterráneas.

1

Diseño general del sistema

1.1

Análisis de requisitos de diseño

Antes de diseñar el dispositivo de posicionamiento RFID para rescate, es necesario analizar las necesidades de posicionamiento y las características técnicas del personal de las minas de carbón subterráneas.

Finalmente, se puede realizar un diseño detallado del sistema. Tras un análisis detallado, se deben cumplir 3 requisitos:

(1) Viene con su propia fuente de alimentación y tiene largas horas de funcionamiento.

Considerando el subsuelo

La duración del tiempo que el personal trabaja en tareas normales y la puntualidad de las operaciones de rescate.

rendimiento, por lo que el sistema debe poder funcionar durante más de 48 horas;

Resumen: Debido a la complejidad del entorno subterráneo y a la aplicación de instrumentos de detección infrarroja y de detección de vida, el rescate seguro en las minas de carbón está sujeto a numerosos problemas.

Limitación: el desarrollo de un dispositivo de posicionamiento de personal subterráneo para rescate en minas de carbón juega un papel muy importante. Se propuso un método basado en tecnología RFID.

Con base en el análisis de las necesidades de los sistemas de posicionamiento subterráneo de minas de carbón, el módulo de envío y el módulo de recepción del sistema fueron:

Se propuso un diseño, un método de diseño de sistema de bajo consumo, se explicaron los algoritmos de posicionamiento RSSI y KWWN en la tecnología de posicionamiento de personal RFID, y se propuso un algoritmo híbrido para localizar personal subterráneo. Se construyó y simuló un entorno de simulación, y se modificó el valor de K. Cuando K=4, el error en el posicionamiento de personal es mínimo, y el sistema cumple con los requisitos de posicionamiento para rescates subterráneos en minas de carbón.

(2) Alta fiabilidad y resistencia a las interferencias. Debido al duro entorno subterráneo, la alta humedad y las numerosas fuentes de interferencia durante y después del accidente,

El dispositivo de posicionamiento de rescate RFID debe tener un alto grado de fiabilidad y resistencia a las interferencias;

(3) Almacenar información del usuario y admitir la gestión multiusuario. Generalmente hay más de 100 trabajadores subterráneos en las grandes minas de carbón. Considerando el diseño

Queda un margen, por lo que el dispositivo de posicionamiento de rescate RFID debe ser capaz de almacenar información del usuario y admitir funciones de gestión de usuarios para 150 personas.

1.2

Diseño general del sistema

La tecnología RFID es una tecnología de comunicación inalámbrica por radiofrecuencia relativamente madura, que se realiza principalmente a través del fenómeno de acoplamiento de señales de radiofrecuencia en el espacio.

Transmisión de información. La tecnología RFID se utiliza ampliamente en campos como la identificación de etiquetas de productos y la seguridad electrónica antirrobo. En el sistema de posicionamiento, se pueden marcar animales y automóviles. Entre las aplicaciones típicas se incluyen el marcado de mascotas y la gestión de residuos médicos.

El diseño general del dispositivo de posicionamiento de rescate basado en tecnología RFID se divide en dos partes. Una parte es un transmisor que lleva puesto el personal que trabaja bajo tierra.

La otra parte del módulo de la unidad es el módulo receptor, encargado de recibir señales.

(1) Módulo de la unidad de lanzamiento

El diagrama de bloques general del diseño del módulo de la unidad transmisora ​​se muestra en la Figura 1. Figura 1 Diagrama del módulo de la unidad transmisora ​​basada en RFID

El diseño del módulo de la unidad transmisora ​​RFID incluye un microcontrolador STC, botones, almacenamiento previo de información de la etiqueta, interfaz SPI, módulo de envío de información por radiofrecuencia y módulo de alimentación, etc.

①Microcontrolador STC El microcontrolador es la unidad de control principal. Implementa

Ahora se implementa la detección de la entrada del botón de reinicio y del botón de función, y también se realiza

Almacenamiento previo de la información de la etiqueta. Seleccione el microcontrolador MSP430F413, núcleo

La tensión de alimentación es de 3,3 V;

②Botón

El botón es un factor importante para la correcta implementación de la función de posicionamiento de rescate.

Elementos, incluyendo botón de reinicio y botón de función, botón de reinicio ayuda sistema en

El estado inicial se puede restaurar cuando funciona de forma anormal, y el botón de función se puede

Envía una señal de socorro al pulsarlo;

③Prealmacenamiento de información de etiquetas. Esta función utiliza estadísticas subterráneas con antelación.

Información relacionada con el empleado, edad, sexo, estatura y si existen enfermedades subyacentes.

etc., convierte esta información en información binaria y la almacena en FLASH.

, seleccione K9F1G08U0 con una capacidad de 128 MB. en necesidad

Al enviar información, el microcontrolador STC primero lee la fase en la memoria FLASH.

información, y finalmente la información se envía a través del módulo de envío de información por radiofrecuencia;

④ Interfaz SPI

La interfaz SPI es un microcontrolador y una transmisión de información por radiofrecuencia.

Enviar interfaz de comunicación entre módulos;

⑤Módulo de envío de información RF

Dado que el microcontrolador STC utiliza SPI

El voltaje de la señal de comunicación no coincide con la señal transmitida final, por lo que

Es necesario realizar la frecuencia requerida para la síntesis y modular y demodular la señal,

Finalmente, la señal se amplifica y se envía;

⑥Módulo de alimentación El indicador del módulo de alimentación sirve para garantizar el rescate subterráneo

Los factores clave, además del módulo de la unidad de transmisión de señal en el software

Además de la gestión de energía, el módulo de energía también debe diseñarse de forma independiente para que

La tensión de alimentación general es estable y el tiempo de funcionamiento continuo supera las 48 horas.

(2) Diseño del módulo receptor

El módulo receptor sigue utilizando el microcontrolador STC como núcleo de control.

En esta unidad, la información de la etiqueta se envía a través de la comunicación RS232 después de la modulación y demodulación.

Envíelo al microcontrolador STC. El microcontrolador STC almacena la información de la etiqueta RFID.

Almacenar en FLASH, esperar el comando del botón externo para usar la pantalla LCD para pasar

Se muestra la información de la etiqueta de usuario procesada por el microcontrolador y el módulo de potencia.

El bloque es responsable del suministro de energía de todo el módulo receptor. Recepción basada en RFID

El metamódulo se muestra en la Figura 2.

Figura 2 Diagrama del módulo de la unidad receptora basada en RFID

2

Diseño e implementación de sistemas de posicionamiento de personal con bajo consumo energético.

2.1

Diseño de bajo consumo de energía del sistema

Módulo de alimentación en el módulo de unidad transmisora ​​basada en RFID

es seguro, por lo que para garantizar que el sistema pueda funcionar de manera estable durante mucho tiempo

Para su funcionamiento, el sistema debe estar diseñado para un bajo consumo de energía. Bajo consumo de energía del sistema

El diseño incluye el diseño de hardware y el diseño de software, específicamente incluyendo 2

aspecto:

(1) Selección del controlador principal

El núcleo elegido en este diseño

El controlador es MSP430F413, que tiene múltiples modos de bajo consumo que pueden

Conozca el funcionamiento a largo plazo del sistema. Con una fuente de alimentación de 2,2 V,

El MSP430F413 consume 0,5 μA en modo de espera y en modo de apagado.

(Retención de RAM) corriente es 0,1 μA, corriente en modo de funcionamiento de ultrabajo consumo

El flujo es de 230 μA. Por lo tanto, en aplicaciones prácticas, el módulo de la unidad transmisora ​​es

La potencia es muy baja durante el funcionamiento normal;

(2) Diseño de software Para lograr que el sistema pueda alcanzar a largo plazo

funcionamiento continuo durante un período de tiempo, por lo que el sistema comienza a entrar en ultrabaja

Modo de funcionamiento con consumo de energía, basado en su propio sistema de reloj en el diseño del software.

Para programar, ingrese sin interrupción de entrada de botón externo

El modo de espera y el botón de activación activa diseñado pueden ayudar a mantenerlo en funcionamiento.

El personal puede pasar inmediatamente del estado de espera al de bajo consumo cuando lo utilice.

modo de funcionamiento de consumo. Esto no solo satisface las necesidades de rescate subterráneo, sino también

También crea las condiciones para que el sistema continúe realizando tareas en modo de espera.