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1、中矿龙科能源科技(北京)股份有限公司具有独立自主知识产权的信息化矿灯研发设想一、信息化矿灯的研发背景和市场需求我国是煤炭的生产和消费大国，随着经济的飞速发展，对能源的需求很大而煤炭是我国能消费中的主体，占到能源消费总量的 70%左右。煤炭工业在经济建设中的地位很重要，我国煤炭的开采主要是井下开采。 井下开采煤炭相对于其它职业来说是一个比较高危险的工作。 井下开采常常因为瓦斯爆炸和透水等事故， 使国家在遭受巨大经济损失的同时也失去了很多井下作业的工人的生命。 尽管国家大力重视煤炭的安全生产， 但仍然有很多不确定的因素导致事故的发生。我国是煤炭事故的高发国家。百万吨煤产量的死亡率较高，远远高于其它
2、国家。事故的发生有很多原因，有的甚至是突发的，人力不可避免的。一旦事故发生， 最主要的任务就是如何快速有序的开展救援工作。 但限于国内煤炭生产的现状，井上对井下人员的监控还不完善， 对井下人员的分布情况掌握不够清除， 这就给救援工作带来很大的困难。 无法知道矿工的具体位置情况就无法展开最有效的营救方案， 时间的延误往往造成工人生命的丢失。 建立一个井下人员定位的系统， 不仅能在事故发生后提供准确的人员位置情况，帮助积极快速的开展营救，在平时的生产中也能有效的掌握人员分布情况，安排和调度工作，提高煤炭生产的管理水平。随着我国社会经济的快速发展和企业互联网+的不断加快，为更好地保障矿井工作人员的安
3、全生产, 实时地掌握煤矿井下的人员及设为更好地保障矿井工作人员的安全生产, 实时地掌握矿井下的人员及设备的分布情况是必须的, 比如, 某时某个矿工在哪个坑道作业。为此, 在每一个坑道的交叉口都因安装读写器。为了保证定位的精确性，在比较长的巷道，可以适当的分段安装读写器。井下的工作人员每人随身携带一个标签，每个标签有唯一的 ID 对应相应的人员，在井下各巷道口及巷道中安装读写器，读写器有不同的地址。适当数量的读写器组成一个井下基站。基站的各个站点组成 CAN 2 总线网络连接到地面的上位机。当井下工作人员经过读写器的读写区域时他们随身的标签会向读写器发送 ID，读写器将收集到的人员 ID 信息发
4、送给基站，上位机发送命令来获取基站中的人员位置信息。 上位机通过处理信息来判断人员的位置情况。 井下人员标签和读写器构成了井下硬件网络，上位机软件则是由操作界面和数据库系统组成。信息化矿灯作为上述系统的终端，对系统的实现具有重要的地位。随着无线技术的高速发展，会在越来越多的领域得到应用。二、信息化矿灯及定位系统的发展模式1、LED信息化矿灯是新型的煤矿井下照明方式，与普通矿灯不同，该信息化矿灯不仅具有照明功能，同时集瓦斯监控报警、环境温度监测、矿工生命信号探测、人员精确定位（定位精度3米至5米）、紧急呼救、接收逃生路线、短信传输、语音互通、井下环境摄像等多种功能于一身。它通过全数字、模块化、传
5、感分布式的系统结构，采用控制线将系统中的各种控制功能模块及器件连接在煤矿井下已经建成的wifi网络，通过无线WiFi网络上传至服务器的SQL Server数据库中，系统采用RISC指令集的高速微处理器对所采集的各种信号进行模糊映射和自适应运算，在地面管理的调度所进行综合信息显示，实现煤矿井下安全环境监控、人员定位、灾害风险等功能预警预报，满足系统融合后的功能需求，加快了煤矿物联网实用化进程。2、系统总体设计本方案由硬件系统和软件系统两部分组成. 其中硬件系统由分机和主机两部分组成，即人员随身携带设备、中央数据接收、以及控制中心平台,分机采用多功能、低功耗的嵌入式处理器Cortex-A8 为控制
6、芯片。有4路传感器能独立采集人员的心电、呼吸血氧饱和度和体温等生命信息，并且同时由模块获得定位信息,通过无线通信传送给主机。根据实际应用场所和条件的不同，由数量不同的分机配以一台或若干台主机组成。分机负责采集救援人员的生命状态信息，并经无线通讯传送给主机。主机接收信息数据，并经处理将监测数据显示出来,能接收分机回应发射的数据与分机号对应存储同时能确定其位置。软件系统主要是由电子地图、信息管理、信息查询、行动标图、动态态势和和动态监控等功能模块组成。硬件设计：分机硬件系统采用模块化设计,由以下子系统构成:1生命状态监测系统;2瓦斯探测系统;3定位子系统;4 无线通信系统构成。由嵌入式处理器控制采
7、集下井职工的生命状态信号和定位信息,然后通过无线数传电台发送回控制中心主机。生命信息子系统主要是由4个传感器和模数转换芯片组成, 由心率传感器、气敏传感器、血压传感器和体温传感器等组成。定位技术就依托井下布设的wifi网测时和测距以构成定位系统,同时与井下分站配合定位具有观测简便经济效益好的优点。无线传输子系统通过终端矿灯上的功能，可实现多种传输方式,声光报警、短消息、语音通话等等方式传送数据到指挥中心。软件部分调度中心数据处理显示系统软件系统由电子地图、信息管理、信息查询、行动标图、动态态势和和队员动态监控等功能模块组成，各个模块集成在同一个界面下，他们之间既相互联系又相对独立，综合运用各种
8、数字化信息技术，使煤矿井下整个范围内资源实现最佳配置，并且可以实时监控所有工作人员，与硬件系统一起实现了生产、监控、通信等功能的一体化的设计。三、信息化矿灯的功能设计：1、设计原理电源采用5V、6供电，无需外置，直接利用现有的矿灯锂电池供电。便携式设备功耗极为重要，MCU采用低功耗的MSP430系列作微控制器，功耗极低。身份ID采用MCU自带的非易失性FLASH作身份识别用。WIFI模块与周边的无线路由器完成信息交互，同时WIFI模块与无线路由器或无线AP通讯记录作定位功能。按键功能，完成报警或其他功能输入。2、控制器组成控制器主要由电源、MCU、身份ID、瓦斯传感器、WIFI模块、按键组成。
9、其中身份ID采用MCU自带的非易失性FLASH存储数据作识别。3、设计功能1）具有定位功能，可以与生产的人员定位管理系统内的设备配套使用，实现定位照明一体化；2）人员监测查询功能：实时动态跟踪井下工作人员的位置、所在区域、来源区域等信息。同时，支持多种查询方式，如按工种查询、按单位查询、按段队查询、按识别区查询、按所在区域查询等查询方式。3）超时报警查询功能：可以规定特定人员的到达、离开指定区域的时间，如果该人员未指定的时间到达、离开指定的区域，则系统进行超时报警。4）超员报警查询功能：设置指定区域的最大工作人数，如果达到该区域的工作人数超过了最大工作人数，则系统进行超员报警。5）工作异常报警
10、查询功能：规定特定的人员可以到达的区域，如果该人员达到了未被允许的工作区域，则系统进行工作异常报警。6）区域报警查询功能：设置特定的区域的为报警区域，如果有人员进入该区域，则系统进行区域报警。7）欠压报警查询功能：系统实时检测信息卡的工作电压，一旦卡电压不足，则系统进行欠压报警。8）运动轨迹回放功能：系统可以回放指定时间段内的人员在井下的运动轨迹。9）考勤功能：系统可以存储并查询，指定人员的下井时间、上井时间、下井次数等考勤信息，实时准确的对井下工作人员进行考勤。10）自定义报表模板编辑器：操作员可以根据实际需要动态定义各种查询报表。11）识别卡管理功能：系统支持对所有识别卡进行发卡、换卡、挂
11、失等操作。12）实时连接远程数据库功能：系统支持实时连接远程数据库功能，使系统具有最新的人员基本信息等数据。13）断点恢复功能：系统支持断点恢复，一旦计算机因为异常情况重新启动，当重新运行系统后，系统会自动恢复到计算机重启前的状态，从而使系统具有很高的数据安全性。14）调度室与信息化矿灯实现短信的双向通信功能，信息化矿灯可以显示上位机对其发送的指令，亦可回复信息给上位机软件，如有突发状况，也可以通过按键向上位机报警；15）当上位机向信息化矿灯发送信息时，矿灯LED光源组件用闪烁方式提示收到信息；16）采用LED光源，发光效率高、使用寿命长，在矿灯使用寿命期内不必更换光源；17）采用锰酸锂离子蓄
12、电池，蓄电池为全密封结构，不会漏液，矿灯使用期内蓄电池无需维护，安全、充电性能好，无记忆效应；18）采用可重复使用的矿灯保护器，具有过充电、过放电和短路保护等功能，矿灯短路时可迅速切断电路，避免发生事故；19）灯头内设有充电管理电路，可在稳压型矿灯充电架上进行充电；20）恒流驱动，超长照明时间，主光源照度1200 Lx（距灯 1 米处）。21）利用物联网技术，通过井下各个作业面和关键部位的传感器和感应设备信息化矿灯信息卡，可实时显示井下作业人员数量和动态分布状况，实施定位、跟踪、考勤、禁区报警、历史轨迹查询等动态管理。4、信息化矿灯主要技术参数序号项目单位KL5LM（A）KL6LM（A）1额定
13、电压V3.73.72额定容量Ah563点灯时间（主光源）h11114主光源最大照度（距1m处）点灯开始1x12001200点灯11小时后1x100010005LED光源组额定电压V3.73.7额定电流主光源A0.200.22辅助光源A0.060.066蓄电池循环寿命次500500信息化矿灯技术先进、自动化程度高、运行稳定、安全可靠、操作方便、维护简单，通过模块化的部件组装和更换，大大降低了成本。毫无疑问，依托物联网和云计算技术，信息化矿灯作为煤矿可穿戴设备必将融合煤矿信息化管理的各种芯片，通过矿灯内的锂电电池的供电，实现各种管理功能，实现安全生产监管由单一“人防”向“人、机联防”结合的转变，为
14、进一步实现矿井全自动化信息化安全生产具有深远的意义。四、信息化矿灯的研发步骤：1、信息化矿灯产品研发根据市场需求可分成四个系列产品。1)第一个产品为职工使用的基本功能型，主要功能为照明、人员定位、报警按钮、声光显示。2）第二个产品为基层管理人员使用的加管理型，主要功能为照明、人员定位、报警按钮、声光显示、语音对讲、短信传输、摄像功能。3）考虑在有些地区含瓦斯情况，第三个产品为主要功能为照明、瓦斯报警、人员定位、报警按钮、声光显示。4）考虑到未来对生命体征的重视，主要功能为照明、人员定位、报警按钮、声光显示、语音对讲、短信传输、摄像功能、可加上血压、心跳功能监控。以上各种产品，都采取模块式，插入
15、式，根据市场的需要，组合成不同的照明、人员定位、瓦斯监控、信息传输、语音通话、声光报警、生命体征监控等等终端产品的功能。信息化矿灯测试及生产时间安排1）矿灯盒模具定制，根据需求调研，寻求三家模具开发厂，协商制定模具尺寸。一般时间安排在30天左右；2）矿灯部件及定位卡的设计选型，采购选型时间估计在10-15天左右；3）申请安标程序一般准备资料10天，然后安标网申请约7天后受理；准备技术资料审核，一般约14天；再后来送产品试验一般时间在40天；随后安标办安排现场进行评审2天，如一切顺利合格，缴款后发放防爆证书；最后由检验中心转安标办资料，审核合格后，缴款并发放安标证书，时间约10天。全部程序最快两个月完成。4）经考虑市场急需，目前先申请第一种产品。再逐步申请，希望一起进行现场评审。3、矿灯生产周期时间安排：1）订矿灯盒从计划下达到收货一般时间为7-10天。一般都是预付采购款。2）电池也一样，基本上从下订单到收货约5-15天，北京天锐驰电池有备货，时间也需要5天走物流；如没有备货从生产到发货约天，那么就需要15天。3）定位卡也要看采购公司的速度。所以矿灯生产期一般从配件到货后按生产量计算，人工40盏/天/人，上架老化要五天进行充放电老化。一般5000盏的量交货期限为
