จากสถิติที่เกี่ยวข้อง จำนวนผู้เสียชีวิตจากอุบัติเหตุในเหมืองถ่านหินอยู่ในอันดับต้นๆ ของอุบัติเหตุด้านความปลอดภัยในประเทศ

อุโมงค์ใต้เหมืองมีความซับซ้อนและมีอุปสรรคมากมายในการปฏิบัติงานกู้ภัย ในขณะเดียวกัน การจัดการบุคลากรใต้ดินในเหมืองถ่านหินก็แตกต่างจากการจัดการบนพื้นดิน ในด้านหนึ่ง การระบุตำแหน่งของบุคลากรใต้ดินถูกจำกัดด้วยอุโมงค์ ทำให้เทคโนโลยีการระบุตำแหน่งบุคลากรหลายอย่างไม่สามารถนำมาใช้ได้ ในอีกด้านหนึ่ง เทคโนโลยีการระบุตำแหน่งบุคลากรใต้ดินต้องการการป้องกันการรบกวนที่สูงกว่า เมื่อเกิดอุบัติเหตุใต้ดินในเหมืองถ่านหิน วิธีการค้นหาและกู้ภัยที่ใช้กันมากที่สุดคือเครื่องตรวจจับอินฟราเรด หลักการของการใช้เครื่องตรวจจับอินฟราเรดคือการตรวจจับรังสีอินฟราเรดที่ปล่อยออกมาจากร่างกายมนุษย์เพื่อให้บรรลุวัตถุประสงค์ในการระบุตำแหน่งและกู้ภัย อย่างไรก็ตาม เนื่องจากขาดมาตรการความปลอดภัยในเหมืองถ่านหิน การมีอยู่ของก๊าซจะทำให้การแพร่กระจายของอินฟราเรดอ่อนลง และยังไวต่อการรบกวนจากแหล่งความร้อนอินฟราเรดอื่นๆ ใต้ดิน ทำให้ประสิทธิภาพในการใช้งานจริงลดลง นอกจากเครื่องตรวจจับอินฟราเรดแล้ว ยังมีการใช้เครื่องตรวจจับชีพจรด้วย โดยส่วนใหญ่จะตรวจจับคลื่นความถี่ต่ำมากที่ปล่อยออกมาจากหัวใจมนุษย์เพื่อระบุตำแหน่งของบุคคล คลื่นไมโครเวฟมีความสามารถในการทะลุทะลวงสูง แต่ก็อาจตรวจจับผู้ที่มีอัตราการเต้นของหัวใจอ่อนแอได้เช่นกัน ในสถานการณ์เช่นนี้ จึงได้มีการพัฒนาอุปกรณ์ระบุตำแหน่งแบบเรียลไทม์สำหรับบุคลากรในเหมืองถ่านหินใต้ดิน อุปกรณ์นี้สามารถใช้แก้ปัญหาการจัดการบุคลากรในแต่ละวันและเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานในระหว่างการทำงานปกติ และเมื่อเกิดอุบัติเหตุ อุปกรณ์นี้สามารถใช้เพื่อระบุตำแหน่งของบุคลากรที่ติดอยู่ได้อย่างทันท่วงที บทความนี้จึงเสนออุปกรณ์ระบุตำแหน่งสำหรับบุคลากรใต้ดินโดยใช้เทคโนโลยี RFID ซึ่งต่อไปนี้จะเรียกว่า อุปกรณ์ระบุตำแหน่งกู้ภัย RFID อุปกรณ์นี้สามารถสวมใส่ได้ มีขนาดเล็ก และสามารถใช้เป็นส่วนประกอบที่จำเป็นในการทำงานกู้ภัยใต้ดิน

1

การออกแบบระบบโดยรวม

1.1

การวิเคราะห์ข้อกำหนดการออกแบบ

ก่อนที่จะออกแบบอุปกรณ์ระบุตำแหน่งกู้ภัย RFID จำเป็นต้องวิเคราะห์ความต้องการในการระบุตำแหน่งและลักษณะทางเทคนิคของบุคลากรในเหมืองถ่านหินใต้ดินเสียก่อน

สุดท้ายนี้ สามารถออกแบบระบบอย่างละเอียดได้ หลังจากวิเคราะห์อย่างละเอียดแล้ว จะต้องตรงตามข้อกำหนด 3 ประการดังนี้:

(1) มาพร้อมกับแหล่งจ่ายไฟของตัวเองและใช้งานได้นาน

เมื่อพิจารณาถึงทางใต้ดิน

ระยะเวลาที่บุคลากรทำงานตามปกติ และความรวดเร็วในการปฏิบัติการกู้ภัย

ประสิทธิภาพการทำงาน ดังนั้นระบบจะต้องสามารถทำงานได้นานกว่า 48 ชั่วโมง

บทคัดย่อ: เนื่องจากสภาพแวดล้อมใต้ดินที่ซับซ้อนและการประยุกต์ใช้เครื่องมือตรวจจับอินฟราเรดและเครื่องมือตรวจจับสิ่งมีชีวิต การช่วยเหลือและกู้ภัยอย่างปลอดภัยในเหมืองถ่านหินจึงเผชิญกับปัญหามากมาย

ด้วยข้อจำกัดดังกล่าว การพัฒนาอุปกรณ์ระบุตำแหน่งบุคลากรใต้ดินสำหรับการกู้ภัยในเหมืองถ่านหินจึงมีบทบาทสำคัญอย่างยิ่ง จึงได้เสนอวิธีการที่ใช้เทคโนโลยี RFID

จากการวิเคราะห์ความต้องการของระบบกำหนดตำแหน่งใต้ดินในเหมืองถ่านหิน โมดูลส่งสัญญาณและโมดูลรับสัญญาณของระบบจึงได้รับการออกแบบดังนี้

ได้มีการเสนอแบบแผนการออกแบบ วิธีการออกแบบระบบพลังงานต่ำ อธิบายอัลกอริธึมการระบุตำแหน่ง RSSI และอัลกอริธึม KWWN ในเทคโนโลยีการระบุตำแหน่งบุคลากรด้วย RFID และได้เสนออัลกอริธึมแบบผสมผสานเพื่อระบุตำแหน่งบุคลากรใต้ดิน ได้สร้างและจำลองสภาพแวดล้อมจำลอง และเปลี่ยนแปลงค่า K เมื่อ K=4 ค่าความคลาดเคลื่อนในการระบุตำแหน่งบุคลากรจะน้อยที่สุด และระบบสามารถตอบสนองความต้องการในการระบุตำแหน่งเพื่อกู้ภัยใต้ดินในเหมืองถ่านหินได้

(2) ความน่าเชื่อถือสูงและป้องกันการรบกวน เนื่องจากสภาพแวดล้อมใต้ดินที่รุนแรง ความชื้นสูง และแหล่งกำเนิดการรบกวนจำนวนมากในระหว่างและหลังเกิดอุบัติเหตุ

อุปกรณ์ระบุตำแหน่งกู้ภัย RFID จำเป็นต้องมีความน่าเชื่อถือสูงและทนต่อการรบกวนได้ดี

(3) จัดเก็บข้อมูลผู้ใช้และรองรับการจัดการผู้ใช้หลายคน โดยทั่วไปแล้วจะมีคนงานใต้ดินมากกว่า 100 คนในเหมืองถ่านหินขนาดใหญ่ เมื่อพิจารณาถึงการออกแบบ

ยังมีพื้นที่เหลืออยู่ ดังนั้นอุปกรณ์ระบุตำแหน่งกู้ภัย RFID จะต้องสามารถจัดเก็บข้อมูลผู้ใช้และรองรับฟังก์ชันการจัดการผู้ใช้สำหรับ 150 คนได้

1.2

การออกแบบระบบโดยรวม

เทคโนโลยี RFID เป็นเทคโนโลยีการสื่อสารไร้สายด้วยคลื่นความถี่วิทยุที่ค่อนข้างพัฒนาแล้ว ซึ่งส่วนใหญ่เกิดขึ้นจากปรากฏการณ์การจับคู่ของสัญญาณคลื่นความถี่วิทยุในอวกาศ

การส่งข้อมูล เทคโนโลยี RFID ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านต่างๆ เช่น การระบุแท็กผลิตภัณฑ์และการป้องกันการโจรกรรมทางอิเล็กทรอนิกส์ ในระบบระบุตำแหน่ง สามารถใช้ในการทำเครื่องหมายสัตว์และรถยนต์ได้ ตัวอย่างการใช้งานทั่วไป ได้แก่ การทำเครื่องหมายสัตว์เลี้ยง การจัดการขยะทางการแพทย์ เป็นต้น

การออกแบบโดยรวมของอุปกรณ์ระบุตำแหน่งเพื่อการกู้ภัยโดยใช้เทคโนโลยี RFID แบ่งออกเป็นสองส่วน ส่วนหนึ่งคือตัวส่งสัญญาณที่สวมใส่บนร่างกายของบุคลากรที่ทำงานใต้ดิน

ส่วนประกอบอีกส่วนหนึ่งของโมดูลหน่วยคือโมดูลรับสัญญาณ

(1) โมดูลหน่วยปล่อย

แผนภาพบล็อกโดยรวมของการออกแบบโมดูลหน่วยส่งสัญญาณแสดงในรูปที่ 1 รูปที่ 1 แผนภาพโมดูลของหน่วยส่งสัญญาณที่ใช้เทคโนโลยี RFID

การออกแบบโมดูลส่งสัญญาณ RFID ประกอบด้วยไมโครคอนโทรลเลอร์ STC ปุ่มกด หน่วยความจำสำหรับจัดเก็บข้อมูลแท็ก อินเทอร์เฟซ SPI โมดูลส่งข้อมูลคลื่นความถี่วิทยุ และโมดูลจ่ายไฟ เป็นต้น

①ไมโครคอนโทรลเลอร์ STC ไมโครคอนโทรลเลอร์เป็นหน่วยควบคุมหลัก ทำหน้าที่ประมวลผล

ขณะนี้ได้มีการเพิ่มฟังก์ชันการตรวจจับการกดปุ่มรีเซ็ตและปุ่มฟังก์ชันแล้ว และยังสามารถใช้งานฟังก์ชันอื่นๆ ได้อีกด้วย

การจัดเก็บข้อมูลแท็กไว้ล่วงหน้า เลือกไมโครคอนโทรลเลอร์ MSP430F413 (แกนหลัก)

แรงดันไฟฟ้าที่จ่ายคือ 3.3 โวลต์;

②ปุ่ม

ปุ่มนี้เป็นปัจจัยสำคัญในการทำให้ฟังก์ชันการกำหนดตำแหน่งเพื่อการช่วยเหลือเป็นจริงขึ้นมาได้

องค์ประกอบต่างๆ รวมถึงปุ่มรีเซ็ตและปุ่มฟังก์ชัน ระบบช่วยเหลือปุ่มรีเซ็ตใน

เมื่อการทำงานผิดปกติ สามารถคืนค่ากลับสู่สถานะเริ่มต้นได้ และสามารถกดปุ่มฟังก์ชันได้

เมื่อกดปุ่มจะส่งสัญญาณขอความช่วยเหลือ

③ การจัดเก็บข้อมูลฉลากล่วงหน้า ฟังก์ชันนี้ใช้สถิติใต้ดินที่รวบรวมไว้ล่วงหน้า

ข้อมูลที่เกี่ยวข้องกับพนักงาน ได้แก่ อายุ เพศ ส่วนสูง และประวัติการมีโรคประจำตัว

เป็นต้น แปลงข้อมูลนี้ให้เป็นข้อมูลไบนารีและจัดเก็บไว้ในหน่วยความจำแฟลช

เลือก K9F1G08U0 ที่มีความจุ 128 MB ตามต้องการ

เมื่อส่งข้อมูล ไมโครคอนโทรลเลอร์ STC จะอ่านค่าเฟสในหน่วยความจำ FLASH ก่อน

ข้อมูล และในที่สุดข้อมูลนั้นจะถูกส่งออกไปผ่านโมดูลส่งข้อมูลความถี่วิทยุ

④อินเทอร์เฟซ SPI

อินเทอร์เฟซ SPI คือการส่งข้อมูลผ่านไมโครคอนโทรลเลอร์และคลื่นความถี่วิทยุ

ส่งอินเทอร์เฟซการสื่อสารระหว่างโมดูล;

⑤โมดูลส่งข้อมูล RF

เนื่องจากไมโครคอนโทรลเลอร์ STC SPI

แรงดันสัญญาณการสื่อสารไม่ตรงกับสัญญาณที่ส่งออกไปสุดท้าย ดังนั้น

จำเป็นต้องทราบความถี่ที่ต้องการสำหรับการสังเคราะห์ การปรับสัญญาณ และการถอดรหัสสัญญาณ

สุดท้าย สัญญาณจะถูกขยายและส่งออกไป

⑥โมดูลพลังงาน ตัวบ่งชี้ของโมดูลพลังงานมีไว้เพื่อให้มั่นใจได้ว่าการกู้ภัยใต้ดินจะดำเนินการได้

ปัจจัยสำคัญ นอกเหนือจากโมดูลหน่วยส่งสัญญาณในซอฟต์แวร์แล้ว ยังมีปัจจัยอื่นๆ อีก

นอกเหนือจากการจัดการพลังงานแล้ว โมดูลพลังงานยังต้องได้รับการออกแบบแยกต่างหากเพื่อให้

แรงดันไฟฟ้าโดยรวมของแหล่งจ่ายไฟมีความเสถียร และสามารถใช้งานต่อเนื่องได้นานกว่า 48 ชั่วโมง

(2) การออกแบบโมดูลรับสัญญาณ

โมดูลรับสัญญาณยังคงใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์ STC เป็นแกนควบคุมหลัก

ข้อมูลแท็กจะถูกส่งผ่านการสื่อสาร RS232 หลังจากผ่านกระบวนการมอดูเลชั่นและดีมอดูเลชั่นแล้ว

ส่งข้อมูลไปยังไมโครคอนโทรลเลอร์ STC ไมโครคอนโทรลเลอร์ STC จะจัดเก็บข้อมูลแท็ก RFID

บันทึกข้อมูลลงหน่วยความจำแฟลช รอรับคำสั่งจากปุ่มภายนอกเพื่อใช้งานจอ LCD

ข้อมูลแท็กผู้ใช้ที่ประมวลผลโดยไมโครคอนโทรลเลอร์จะถูกแสดงผล และโมดูลพลังงาน

ส่วนประกอบนี้มีหน้าที่จ่ายไฟให้กับโมดูลรับสัญญาณทั้งหมด ใบเสร็จรับเงินแบบ RFID

เมตาโมดูลแสดงอยู่ในรูปที่ 2

รูปที่ 2 แผนภาพโมดูลหน่วยรับสัญญาณแบบ RFID

2

การออกแบบและการใช้งานระบบกำหนดตำแหน่งบุคลากรที่ใช้พลังงานต่ำ

2.1

การออกแบบระบบที่ใช้พลังงานต่ำ

โมดูลจ่ายไฟในโมดูลหน่วยส่งสัญญาณแบบ RFID

เป็นเรื่องแน่นอน ดังนั้นเพื่อให้มั่นใจว่าระบบสามารถทำงานได้อย่างเสถียรในระยะยาว

เพื่อให้ระบบทำงานได้ จำเป็นต้องออกแบบให้ใช้พลังงานต่ำ ระบบใช้พลังงานต่ำ

การออกแบบประกอบด้วยการออกแบบฮาร์ดแวร์และการออกแบบซอฟต์แวร์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งรวมถึง 2

ด้าน:

(1) การเลือกตัวควบคุมหลัก

แกนหลักที่เลือกใช้ในการออกแบบนี้

ตัวควบคุมคือ MSP430F413 ซึ่งมีโหมดประหยัดพลังงานหลายโหมดที่สามารถใช้งานได้

พบกับประสิทธิภาพการทำงานระยะยาวของระบบ ด้วยแหล่งจ่ายไฟ 2.2 โวลต์

กระแสไฟของ MSP430F413 อยู่ที่ 0.5 μA ในโหมดสแตนด์บายและโหมดปิดเครื่อง

กระแสไฟ (สำหรับการรักษาข้อมูลใน RAM) คือ 0.1 μA ซึ่งเป็นกระแสไฟในโหมดการทำงานที่ใช้พลังงานต่ำมาก

กระแสไฟฟ้าไหล 230 μA ดังนั้น ในการใช้งานจริง โมดูลหน่วยส่งสัญญาณจึงเป็น

ในระหว่างการใช้งานปกติ กำลังไฟจะต่ำมาก

(2) การออกแบบซอฟต์แวร์ เพื่อให้ระบบสามารถทำงานได้ในระยะยาว

การทำงานอย่างต่อเนื่องเป็นระยะเวลานาน ทำให้ระบบเริ่มเข้าสู่โหมดการทำงานต่ำมาก

โหมดการทำงานของการใช้พลังงาน โดยอิงตามระบบนาฬิกาของตัวเองที่ออกแบบด้วยซอฟต์แวร์

กำหนดเวลาป้อนโดยไม่ขัดจังหวะการป้อนข้อมูลด้วยปุ่มภายนอก

โหมดสแตนด์บายและปุ่มปลุกที่ออกแบบมาเป็นพิเศษสามารถช่วยในการทำงานใต้ดินได้

เมื่อใช้งาน บุคลากรสามารถเปลี่ยนระบบจากโหมดสแตนด์บายเป็นโหมดประหยัดพลังงานได้ทันที

โหมดการทำงานแบบใช้พลังงาน ซึ่งไม่เพียงแต่ตอบสนองความต้องการของการกู้ภัยใต้ดินเท่านั้น แต่ยัง...

นอกจากนี้ยังสร้างเงื่อนไขให้ระบบสามารถทำงานในโหมดสแตนด์บายได้อย่างต่อเนื่อง