煤礦井下人員搜救器的設(shè)計
摘要:在煤礦井下人員定位系統(tǒng)的基礎(chǔ)上研制了基于Cortex_M3的手持便攜式人員搜救器。當(dāng)發(fā)生礦難時,搜救器通過自動搜索機制,由探測被因人員攜帶的2.4G定位卡,通過改變PA增益精確定位被因人員,并且確定其身份;通過2.8寸全彩OLED屏實時顯示當(dāng)前探測到的人數(shù)、方位、身份等信息;并通過紅外傳送給計算機。
關(guān)鍵詞:井下搜救器;Cortex_M3;2.4G;紅外通信
0 引言
近年來,國內(nèi)礦井事故時有發(fā)生,礦井事故發(fā)生后首要問題是如何快速地搜救受困人員,而限于礦井下的惡劣環(huán)境和防爆要求一般的探測方式無法實現(xiàn)被困人員的探測和搜救,所以煤礦井下人員搜救器的研究具有重要的意義。目前,國內(nèi)對井下人員搜救的研究較少,還沒有實用的井下人員搜救器的使用。但是國內(nèi)對于非接觸生命探測的技術(shù)已經(jīng)非常成熟,尤其是在汶川地震中得到了應(yīng)用,手持式的人員搜救器也必然是井下人員搜救的重要發(fā)展方向。
1 總體設(shè)計
為了可以在井下安全工作,搜救器的設(shè)計過程中采取了一系列的防爆措施。井下搜救器工作時需要兩部分來完成:井下搜救器和井下工作人員佩戴的動態(tài)目標(biāo)識別卡。井下搜救器是一個手持的移動電子儀器,它由定向天線、顯示屏、CPU板、防水外殼和按鍵組成。每一個動態(tài)目標(biāo)識別卡與井下人員有唯一的對應(yīng)關(guān)系。動態(tài)目標(biāo)識別卡處于常發(fā)狀態(tài),每隔一秒就會發(fā)射一次標(biāo)簽信號。搜救器上面的搜救鍵被按下時,搜救器發(fā)出連續(xù)的搜救信號直到接收到動態(tài)目標(biāo)識別卡發(fā)射的標(biāo)簽信號為止。該信號包含有工作人員的唯一識別號,搜救器上預(yù)裝的程序根據(jù)該信號查尋數(shù)據(jù)庫并在顯示屏顯示。
當(dāng)回到地面,通過USB-irC轉(zhuǎn)換器將人員識別卡信息傳輸?shù)接嬎銠C,經(jīng)過系統(tǒng)監(jiān)控軟件的處理,以圖形、表格、動畫等直觀的方式動態(tài)顯示當(dāng)前井下人員的分布情況和每個下井人員的行蹤。本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。
2 硬件設(shè)計
本搜救器的核心元件為一個ARM單片機、一個工作在2.4 GHz的高頻通信芯片、320x240的65535色自發(fā)光低功耗OLED顯示屏。高頻芯片用于接收識別卡的信息,將收到的二進(jìn)制信號送給單片機處理。單片機完成信號解碼、校驗,將正確的識別號顯示到OLED,并存儲到內(nèi)部的FLASH。
2.1 CPU主控部分
搜救器采用STM32F103VE作為主控制芯片。STM32F103VE是ST公司推出的高性能的Cortex-M3 32位的RISC(精簡指令集)內(nèi)核的ARM。工作頻率可達(dá)72 MHz,內(nèi)置高速存儲器(高達(dá)512k字節(jié)的閃存和64k字節(jié)的靜態(tài)SRAM),豐富的增強I/O端口和聯(lián)接到兩條APB總線的外設(shè)。Thumb-2指令集帶來了更高的指令效率和更強的性能,通過緊耦合的嵌套矢量中斷控制器,對中斷事件的響應(yīng)比以往更迅速,工作電壓可以在2.0 V~3.6 V之間,能夠?qū)崿F(xiàn)耗電最優(yōu)化。在工業(yè)實時控制、計算機外部設(shè)備、建筑和安防、儀器儀表、通訊設(shè)備、家電消費等各個領(lǐng)域有著廣泛地應(yīng)用。
2.2 供電系統(tǒng)
搜救器的電源由可充電4900MAH的LI電池提供。供電電源為直流3.7 V,最大工作電流為85 mA,充電時間為10~14小時。工作時間在48小時以上,待機時間為5天。其充電及供電電路圖見圖2。
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