基本信息
- 项目名称：
- 井下无线语音传输与人员定位系统的设计
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本作品采用ZigBee技术组建无线物联网络，由计算机，基站，地标器和手持机组成。能够实现对井下工作人员的正确定位跟踪，使地面监控中心实时掌握井下人员的位置，随时保持联系，实现人员的调度。这对于提高生产安全、改善工作效率以及事故发生后及时有效的营救，具有十分重要的意义。
- 详细介绍：
- 1. 地表器和手持机发射功率为10dBm，独立两个节点最大通信距离为120m。组网之后，节点具有多跳转发功能，可以实现网络中节点间的远距离传输。 2. 定位功能：打开手持机电源，手持机屏幕上显示手持机的位置坐标。上位机屏幕上显示出手持机所在位置。定位精度在5-8米。 3. 导航功能：在连接基站的计算机上写入一个目的地坐标，新坐标通过基站发送给手持机。手持机收到新坐标后，显示出目的地坐标，并在屏幕上指示出移动方向。 4. 发信息功能：在上位机写入一条文本信息，发送给手持机，手持机收到并显示。 5. 短距对讲:手持机1显示附近的其他手持机（手持机2），发起呼叫，手持机2应答后开始对讲。 6. 指北针功能：手持机屏幕上可以显示北方的方向，误差在5°以内。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 作品设计、发明的目的：近年来，矿井事故时有发生，然而营救效果并不理想，井下工作人员的生命安全难以得到有效的保障。本作品采用ZigBee技术组建无线物联网络，由计算机，基站，地标器和手持机组成。能够实现对井下工作人员的正确定位跟踪，使地面监控中心实时掌握井下人员的位置，随时保持联系，实现人员的调度。这对于提高生产安全、改善工作效率以及事故发生后及时有效的营救，具有十分重要的意义。 技术关键及创新点： 1. 使用ZigBee技术组建无线物联网，应用于井下无线通信系统。 2. 根据无线传感器网络的特点，对ZigBee协议进行各方面的修改和改进，增强了网络的自组网能力和自愈合能力。 3. 加强网络管理的能力，容纳较高数量的地标器和手持机。 4. 有新颖的路由算法，能根据网络中的信息，寻找深度低的路由器。 5. 采用三角定位算法，根据固定节点（地标器）的位置定位出移动手持机的位置。 6. 移动手持机可在网络内进行语音通信。
科学性、先进性
- ZigBee技术和有线以太网，可以实现一种经济实用，工作可靠的井下通信系统，这是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术提案，具有低速率、低功耗、 低成本、多路由、自组织等特点，主要用于近距离无线连接。ZigBee网络一般有星型、树型和网格型3种拓扑结构。其中网格型拓扑结构在逻辑上可理解为子结点间存在直接连通情况的树型结构。它允许通信链路存在常用路由和备选路由，避免了由于个别结点故障而阻断了其下级子网通信出口的问题，保持了网络的健壮性。使用ZigBee技术实现的无线语音传输与人员定位系统，提高了矿井救护队员救护的灵活性，满足了当前矿难发生时对通信仪的迫切需求。对于提高矿井生产安全、改善工作效率以及事故发生后及时有效的营救，具有十分重要的意义。
获奖情况及鉴定结果
- 2010年**大学第一批学生重大型科研立项
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 有偿转让
作品可展示的形式
- 实物、产品，现场演示
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 目前，用于矿井无线通信的中远距离射频感应通信技术、漏泄通信技术、透地通信技术以及矿井移动通信技术等都或多或少存在成本高、功耗大、抗干扰能力差等问题。而与之相比，ZigBee在这些方面则存在着明显的优越性。 ZigBee技术采用IEEE 802.15.4协议标准。且ZigBee芯片的价格现已降到3美元以下，因此，相比移动终端设备的价格，用zigBee组建网络具有较大的成本优势。 ZigBee具有低功耗的特点：一是芯片本身在收发时的功耗很低，二是传输距离的增加可以通过网络接力传递的方式，而不需要增加发射功率。 ZigBee采用的直序扩频技术 (DSSS)从根本上解决了困扰无线系统的多径反射。另外，ZigBee是针对传感器网络设计的，在矿井这样的恶劣环境中，可靠性很高。如果组建网状网络，并根据环境进行一些冗余设计，那么，整个通讯系统会非常的可靠，几乎不会有丢失节点的情况出现。
同类课题研究水平概述
- 电子技术的进步、无线通信技术的快速发展，带动着矿井无线通信的同步发展。从矿井通信的发展历程来看，每一种新通信技术的诞生都促使矿井通信上一个新的台阶。国内外现有矿井无线通信系统主要有超低频透地通信、中感应通信、VHF漏泄通信系统等。 (一) 超低频透地通信系统 目前实用的透地通信系统有澳大利亚开发的PED(Personal Emergency Device)井下无线通信与急救系统。该系统的硬件由澳大利亚矿山技术公司(MST)生产，系统的软件由MST与安菲斯公司合作开发，主要应用于井下急救，即在紧急情况发生、其它通信方式完全中断时，通过PED发射系统，使其超低频信号穿透岩层到达井下任何位置，迅速有效地与井下人员通信。 但在实际使用过程中，也存在以下缺点: (l) 信道容量小。为避免较大的传输衰减，透地通信的工作频率一般选择为数百至数千赫兹的特低频。因此，不能用于语音等需要较大信道容量的通信，只能用于传呼、简单遥控等。 (2) 电磁干扰大。煤矿井下空间狭小、机电设备相对集中，特别是采掘运输设备的功率较大，负载不稳定，造成井下电磁干扰严重，特别是50Hz工频干扰对特低频透地通信干扰严重。 (二) 中频感应通信系统 该系统投资费用低，小范围内信道比较稳定，缺点是靠近感应体通信效果好，稍远离感应体信道不稳定。代表性产品有南非的RB2000，德国的FM130/60，法国的X-Yphone，日本的XA33lFMX-1，中国的KTY2、KT2007。 在实际使用中，系统能够延伸到工作面进行良好的通信。但是，也存在以下缺点: (l) 感应通信受巷道形状、截面、粗糙程度、分支、拐弯、倾斜、围岩构造与介质、非金属支护等影响较小，但受巷道内导体影响较大，因此，信道性能不稳定。 (2) 感应通信传输衰减和祸合衰减较大，因此，通信距离不远。 (三) VHF漏泄通信系统 漏泄通信系统是利用漏泄电缆的漏泄原理实现矿井无线电通信。存在以下缺点: (1) 泄漏系统同样受制于漏泄电缆，并且随着电缆长度的增加，信号衰减严重，必须增加信号放大器。中继放大器的增加，导致噪音容易累加，信号容易失真。 随着计算机技术、通信技术、网络技术和相关电子技术的进步，各种无线技术层出不穷。尤其是无线局域网技术得到了飞速的发展并取得了巨大的成功，使得矿井无线通信技术向着多样化的方向发展。
