煤矿井下精确定位技术比较分析-论文.pdf

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1、煤矿现代化2014年第4期总第121期煤矿井下精确定位技术比较分析唐丽均，杨智勇(重庆工程职业技术学院信息工程学院，重庆400037)摘要针对适合煤矿井下主流的精确定位技术，分析了不同精确定位技术的核心定位芯片的主要参数、系统复杂度、定位性能等指标，并给出各自构成的精确定位系统在模拟煤矿井下实验巷道的对比测试结果，为各类煤矿安全系统设计者选择合适的定位技术提供一定的参考。关键词精确定位；煤矿井下；定位芯片中图分类号：TD76文献标志码：B文章编号：1009—0797(2014)04—0071—02近年来，基于RFID定位系统随着物联网技

2、术的基于飞行时间的测距方式，通过计算无线信号的飞发展得到了广泛应用。目前基于RFID的定位系统由行时间来获取节点之间的距离。于只能定位出工作人员所在的区域，无法定位出其该芯片工作电压为2．0V～3．6V，输出最大射频功具体位置。率2．5dBm，工作频率为2400MHz～2483MHz，最小休由于煤矿井下存在大量安全隐患，一旦发生意眠电流为0．7uA，最大工作电流17．5mA。外，基于RFID的定位系统无法有效提供井下救援工该芯片内部集成32M的32一bitCPU，内部RAM作所需的遇险人员位置信息，因此精确定位系统在煤容量最大32Kbi

3、t，内部FLASH容量最大256Kbit，拥矿井下具有广泛的应用前景。有2路串口、20个普通10管脚、4路ADC、1个定时本文分析了现有的精确定位技术，并分别对各器和1个看门狗等功能，因此JN5168单芯片即可构自技术中的核心定位芯片的主要参数、系统复杂度、成一个精确定位系统。定位性能等指标进行了对比，并分别给出在模拟煤1．3AT86RF233矿井下巷道的性能测试结果，为设计者选择合适精AT86RF233芯片生产厂家为Atmel，采用Zigbee确定位技术提供了有力的帮助。协议，基于相位差的测距方式，通过计算收发无线信号的相位差来获取节

4、点之间的距离。1主流的精确定位技术该芯片工作电压1．8V3．6V，输出最大射频功率目前适合煤矿井下的精确定位技术有三种，一4dBm，工作频率为2405MHz～2480MHz，最小休眠电是采用CSS调制【-1和基于飞行时间测距的精确定位流0．2uA，最大工作电流13．8mA。技术【21，代表性的定位芯片为NA5TR1；二是采用该芯片只能与Atmel系列的MCU共同组成精确zigbeeL4j和基于飞行时间测距的精确定位技术，代表定位系统，如ATmega644、ATmega128L、ATxmega256性的定位芯片为JN5168t51；三是采

5、用zigbee和基于相等。位差测距[61的精确定位技术，代表性的定位芯片为2三类精确定位技术性能比较AT86RF233t。1．1NA5TRl为了比较上述3类精确定位技术的测距性能，NA5TR1，生产厂家为NANOPAN公司，采用在国家级煤矿井下实验巷道中按图1所示的测试系CSS调制技术，基于飞行时间的测距方式，通过计算统分别测试了由这3种精确定位技术的定位精度和无线信号的飞行时间来获取节点之间的距离。轨迹跟踪性能。该芯片工作电压为2．3V～2．7V，输出最大射频功率0dBm，工作频率为2412MHZ～2472MHz，最小休眠电流为2uA

6、，最大工作电流为33mA。该芯片需要与外部低功耗的具有至少96KbitFLASH、1路SPI总线的MCU共同组成精确定位系统，双方采用SPI总线进行数据交互。1．2JN5168图1精确定位测试系统JN5168的生产厂家为NXP，采用Zigbee协议，精确定位测试系统由一个中心节点和一个目标{基金项目：重庆工程职业技术学院资助项目(KJB201310)节点构成。中心节点固定在距离地面2m的支架上，·7l·煤矿现代化2014年第4期总第121期目标节点在距中心节点0m～150m的范围内移动，并进行了对比。从中心节点实时观察目标节点的距离信息

7、。采用NA5TR1芯片的精确定位技术的特点在于定位精度较高，定位误差在5m之内；系统复杂度一般，可与任意类型的MCU构成精确定位系统；系统功耗高，芯片休眠电流和丁作电流均偏高。采用JN5168芯片的精确定位技术的特点在于定位精度低，定位误差在15m左右；系统复杂度低，可单芯片构成精确定位系统；系统功耗低，芯片休眠电流和工作电流不高，同时无外部MCU的功耗。图2NA5TR1系统中目标节点的轨迹跟踪图采用AT86RF233芯片的精确定位技术的特点从图2可以看出，采用NA5TR1芯片的精确定在于定位精度高，定位误差在3米之内；系统复杂度位技术

8、在其目标节点以1m／s的速度从距离中心节高，只能与Atmel的MCU构成精确定位系统；系统点0m处移动到100m(由于NA5TR1最大射频功率功耗较高，芯片休眠电流和工作电流均低，但是需要仅为0dBm，因此