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基于物联网的无线矿井灾害人员搜救系统的设计
资料介绍
基于RFID技术、ZigBee技术，设计了基于物联网的无线矿井灾害人员搜救系统。在发生矿难时，搜救人员通过手持搜救器，可以搜索有效检测范围内被困矿工的位置信息，监测矿工体温，心率等参数信息，利用ZigBee无线传输到数据管理中心。该监测系统设计简单直观，使用方便，简化了系统硬件结构，并且易于修改，具有很好的可扩展性。
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（完整内容请下载后查看）2016 年 12 月 1 日
第 39 卷第 23 期
Dec. 2016
现代电子技术
Modern Electronics Technique
Vol. 39 No. 23
22
doi：10.16652/j.issn.1004⁃373x.2016.23.006
基于物联网的无线矿井灾害人员搜救系统的设计
刘忠富
（大连民族大学 信息与通信工程学院，辽宁 大连 116600）
摘
要：基于 RFID 技术、ZigBee 技术，设计了基于物联网的无线矿井灾害人员搜救系统。在发生矿难时，搜救人员通
过手持搜救器，可以搜索有效检测范围内被困矿工的位置信息，监测矿工体温，心率等参数信息，利用 ZigBee 无线传输到数
据管理中心。该监测系统设计简单直观，使用方便，简化了系统硬件结构，并且易于修改，具有很好的可扩展性。
关键词：矿井搜救；物联网；RFID；ZigBee；CC2430
中图分类号：TN911⁃34；TD65
文献标识码：A
文章编号：1004⁃373X（2016）23⁃0022⁃03
Design of IOT⁃based wireless staff search and rescue system for mine disaster
LIU Zhongfu
（College of Information & Communication Engineering，Dalian Nationalities University，Dalian 116600，China）
Abstract：On the basis of RFID technology and ZigBee technology，the wireless staff search and rescue system based on In⁃
ternet of Things（IOT）was designed for mine disaster. In the event of a mine disaster，rescuers can search the location informa⁃
tion of the trapped miners within the effective detection range，monitor the body temperature，heart rate and other parameters of
the miners by means of the hand⁃held search and rescue device，and then transmit the information to the data management cen⁃
ter with ZigBee wireless technology. The design of the monitoring system is simple and intuitive，and easy to use. The hardware
configuration of the system is simplified and easy to modify. The system has good scalability.
Keywords：mine⁃based search and rescue；Internet of Things；RFID；ZigBee；CC2430
ZigBee 无线传输到数据管理中心，使灾害搜救能及时有
0
引
言
效的进行。
近年来，煤矿井下灾害时有发生，发生灾害后，井下
1
系统总体方案设计
被困人员与地面人员的信息联系被切断，地面人员难以
掌握被困人员的身体状况及准确位置信息[1]。传统的措
施是组织搜救人员进入矿井下，对被困人员进行搜救。但
由于信息沟通不及时，搜救人员很难实时监测到井下工作
人员的分布情况，灾害搜救的效率很低，同时，井上人员也
难以掌握搜救人员的位置信息及搜救情况[2]。因此，精准
发现被困人员并且对其进行精确定位，同时及时掌握搜救
信息成为灾害发生后搜救成功与否的关键所在。
系统主要由被困矿工携带的 RFID 射频卡、搜救人
员手持设备（包括 RFID 读卡部分、ZigBee 部分）和井上
数据管理中心组成。系统框图如图 1 所示。
矿井发生灾害后，井下所有供电都切断，原有的矿
井 人 员 定 位 装 置 不 能 正 常 工 作 ，但 由 于 矿 工 携 带 的
RFID 射频卡是锂电池供电，因此仍然在工作[3]。本文基
于物联网技术，设计了无线矿井灾害人员搜救系统，搜
救人员利用手持的搜救装置，可以搜索有效检测范围内
被困矿工的位置信息，监测矿工身体状况信息，利用
图 1 系统框图
正常情况下，井下人员定位系统正常工作。发生灾
害时，井下断电，人员定位系统停止工作。但矿工携带
的 RFID 射频卡由于是锂电池供电，仍然可以正常工作，
收稿日期：2016⁃01⁃20
基金项目：中央高校自主科研基金资助项目（DC201501059）
万方数据
刘忠富：基于物联网的无线矿井灾害人员搜救系统的设计
第 23 期
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不断采集人体生命体征信息并发送信息。搜救人员携
带的搜救设备不断发出信号激活其信号覆盖区域的射
频卡，并采集出射频卡内矿井人员的身份信息编码，同
时，搜救人员手持设备还具有 ZigBee 组网功能，不同搜
救人员手持设备可以迅速组网，发送搜救人员位置信息
到井上数据管理中心，数据管理中心收到此信息后，利
用基于 LabVIEW 的软件实现对矿井搜救人员以及被困
矿工实时监控，分析计算被困人员所在的位置。
机、nRF905 射频发射电路等模块电压都是 3.3 V，因此
需要将 1.2 V 电池供电电压升到 3.3 V 的电压，供给系统
各部分作为电源。电压升压电路选用 ON Semicondutor
公司生产的 NCP1400ASN30T1G 电源芯片[4]。其应用电
路如图 3 所示。
2
搜救人员手持搜救器系统设计
搜救人员手持搜救器系统以低功耗单片机 LPC935
图 3 电源升压电路图
为核心，使用 1.2 V 锂电池供电，系统包含电源升压电
路，以 nRF905 为核心的 RFID 读卡电路、ZigBee 网络节
点电路以及触摸屏人机接口电路。系统运用射频识别
技术实现对被困人员位置等信息进行近距离采集，然后
结合 ZigBee 技术实现信息的远距离传输。系统框图如
图 2 所示。
图 3 中，输入电容 C7 值为 10 μF，其作用是稳定输入
电压，并且可使电源的峰值电流波纹最小。输出电容 C4
的作用是在芯片内部 MOSFET导通时维持输出电压及消
除波纹。二极管 D3 应满足正向电压低、反向恢复时间短
以及反向电压高于输出电压等特点，因此选择 IN5819或
IN4148。电感 L1 取 22 μH，电感的直流电阻越小，转换效
率越高。
2.2 RFID 读卡电路
RFID 读卡电路完成对其覆盖范围内的被困矿工射
频卡信息读取的功能，其电路图如图 4 所示。读卡电路
以 nRF905 为核心[5]，整个电路包括时钟振荡电路、天线
匹配网络、电源滤波及保护电路。时钟振荡电路晶振为
16 MHz，ANT1 和 ANT2 为天线连接引脚，外接单天线终
端装置。nRF905 采用全向天线[6]。系统采用单端连接
的 50 Ω阻抗天线，因此，在芯片天线连接引脚和天线之
间加一个匹配网络。
图 2 搜救人员手持搜救器系统
2.1 电源升压电路
搜救器系统采用 1.2 V 锂电池供电，而 LPC935 单片
图 4 射频收发电路原理图
万方数据
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