関連統計によると、炭鉱における安全事故による死傷者数は、国内の安全事故の中で最も多い。

炭鉱の地下トンネルは複雑で、救助活動を行う上で多くの困難が伴います。同時に、炭鉱の地下における人員管理は、地上における管理とは異なります。一方では、地下における人員の配置はトンネルによって制限されるため、多くの人員配置技術は実現できません。他方では、地下における人員配置技術には、より高い耐干渉性が求められます。炭鉱の地下で事故が発生した場合、最も一般的に使用される捜索救助方法は赤外線検出器です。赤外線検出器の使用原理は、人体から放出される赤外線を検出して、位置特定と救助の目的を達成することです。しかし、炭鉱では安全対策が不十分なため、ガスの存在によって赤外線の伝搬が弱まり、また地下の他の赤外線熱源からの干渉を受けやすく、実際の使用効率が低下します。赤外線検出器の他に、生命検出器もよく使用されます。生命検出器は主に人間の心臓から放出される超低周波波を検出して人の位置を特定します。マイクロ波は透過性が高いため、心拍が弱い人も検出できます。いくつかの問題があります。このような状況下で、地下炭鉱作業員向けにリアルタイム測位が可能な装置が開発されました。これは、通常の作業中に作業員の日常的な管理を解決し、労働効率を向上させるために使用できます。事故が発生した場合、この装置を使用して閉じ込められた作業員を迅速に特定できます。この記事では、RFID技術に基づいた地下作業​​員向けの位置特定装置を提案します。以下、RFID救助位置特定装置と呼びます。この装置は装着可能で小型であり、地下救助作業の必須コンポーネントとして使用できます。

1

全体的なシステム設計

1.1

設計要件分析

RFID救助測位装置を設計する前に、地下炭鉱作業員の測位ニーズと技術的特性を分析する必要がある。

最後に、詳細なシステム設計を行うことができます。詳細な分析の後、以下の3つの要件を満たす必要があります。

（１）専用電源が付属し、長時間稼働します

地下鉄を考慮すると

職員が通常業務に従事する時間と救助活動の迅速性

性能面を考慮すると、システムは48時間以上稼働できる必要がある。

要旨：複雑な地下環境と赤外線探知および生命探知機器の適用により、炭鉱における安全救助は多くの問題を抱えている。

制約があるものの、炭鉱救助のための地下人員位置情報装置の開発は非常に重要な役割を果たしている。RFID技術に基づく方法を提案した。

炭鉱地下測位システムのニーズ分析に基づき、システムの送信モジュールと受信モジュールは

本研究では、設計案を提示し、低消費電力システム設計手法を提案した。また、RFID人員測位技術におけるRSSI測位アルゴリズムとKWWNアルゴリズムについて解説し、地下作業員の位置を特定するためのハイブリッドアルゴリズムを提案した。シミュレーション環境を構築し、K値を変更してシミュレーションを行った。K=4の場合、人員測位の誤差値が最小となり、炭鉱における地下救助測位のニーズを満たすことができた。

（２）高い信頼性と耐干渉性。過酷な地下環境、高湿度、事故中および事故後の多くの干渉源のため、

RFID救助位置特定装置は、高い信頼性と耐干渉性を備えている必要がある。

（３）ユーザー情報を保存し、複数ユーザー管理をサポートする。大規模な炭鉱では、一般的に100人以上の地下作業員がいる。設計を考慮すると、

余裕を持たせるため、RFID救助位置情報装置は、150人分のユーザー情報を保存し、ユーザー管理機能をサポートできる必要がある。

1.2

全体的なシステム設計

RFID技術は、比較的成熟した無線周波数通信技術であり、主に空間における無線周波数信号の結合現象によって実現される。

情報伝送。RFID技術は、製品タグの識別や電子盗難防止などの分野で広く利用されています。位置情報システムでは、動物や自動車にマーキングを施すことができます。代表的な用途としては、ペットのマーキング、医療廃棄物管理などが挙げられます。

RFID技術に基づく救助位置特定装置の全体設計は、2つの部分に分かれている。1つは、地下作業員の身体に装着する送信機である。

ユニットモジュールのもう一方の部分は、信号を受信する受信モジュールである。

（１）発射ユニットモジュール

送信ユニットモジュール設計の全体ブロック図を図1に示す。図1 RFIDに基づく送信ユニットのモジュール図

RFID送信ユニットモジュールの設計には、STCマイクロコントローラ、ボタン、タグ情報事前保存部、SPIインターフェース、無線周波数情報送信モジュール、電源モジュールなどが含まれます。

①STCマイクロコントローラ マイクロコントローラはコア制御ユニットです。

リセットボタンとファンクションボタンの入力検出が実装され、

タグ情報の事前保存。MSP430F413マイクロコントローラ、コアを選択

供給電圧は3.3Vです。

②ボタン

ボタンは、救助位置特定機能を実現する上で重要な要素である。

リセットボタンや機能ボタンなどの要素、リセットボタンヘルプシステム

異常動作時には初期状態を復元でき、機能ボタンは

押すと遭難信号を送信する。

③ラベル情報の事前保存。この機能は、地下の統計データを事前に利用します。

従業員に関する情報、年齢、性別、身長、基礎疾患の有無

などして、この情報をバイナリ情報に変換し、FLASHに保存します。

容量128MBのK9F1G08U0を選択してください。

情報を送信する際、STCマイクロコントローラはまずFLASHメモリ内の位相を読み取ります。

情報は、最終的に無線周波数情報送信モジュールを通して送信されます。

④SPIインターフェース

SPIインターフェースはマイクロコントローラと無線周波数情報伝送のためのインターフェースです。

モジュール間で通信インターフェースを送信する。

⑤RF情報送信モジュール

STCマイクロコントローラSPI以来

通信信号電圧が最終送信信号と一致しないため、

合成に必要な周波数を実現し、信号を変調および復調する必要がある。

最後に、信号は増幅されて送信されます。

⑥電源モジュール 電源モジュールのインジケーターは、地下救助を確実にするためのものです

ソフトウェア内の信号送信ユニットモジュールに加えて、重要な要素は以下のとおりです。

電力管理に加えて、電源モジュールも独立して設計する必要があるため、

電源電圧は全体的に安定しており、連続稼働時間は48時間を超えます。

（２）受信モジュールの設計

受信モジュールは、引き続きSTCマイクロコントローラをコア制御として使用しています。

ユニットでは、タグ情報は変調および復調後、RS232通信を介して送信されます。

それをSTCマイクロコントローラに送信します。STCマイクロコントローラはRFIDタグ情報を保存します。

FLASHに保存し、外部ボタンコマンドを待ってLCDを使用して転送します。

マイクロコントローラによって処理されたユーザータグ情報が表示され、電源モジュールが

このブロックは、受信モジュール全体の電源供給を担当します。RFIDベースのレシート

メタモジュールを図2に示す。

図2 RFIDベースの受信ユニットモジュールの概略図

2

低消費電力設計と人員配置の実装

2.1

システム低消費電力設計

RFIDベースの送信ユニットモジュール内の電源モジュール

システムが長期間安定して動作することを保証するためには、

システムを動作させるには、低消費電力で設計する必要があります。システムの低消費電力

設計にはハードウェア設計とソフトウェア設計が含まれ、具体的には2つが含まれます。

側面：

（１）コアコントローラの選定

この設計で選ばれたコア

コントローラはMSP430F413で、複数の低消費電力モードを備えています。

システムの長期稼働を見てください。2.2V電源で、

MSP430F413の消費電流は、スタンバイモード、シャットダウンモードで0.5μAです。

（RAM保持）電流は0.1μA、超低消費電力動作モード電流

電流は230μAです。したがって、実際のアプリケーションでは、送信ユニットモジュールは

通常動作時の消費電力は非常に低い。

（２）ソフトウェア設計システムが長期にわたって

一定期間連続運転すると、システムは超低電圧モードに移行し始めます。

ソフトウェア設計における独自のクロックシステムに基づく消費電力動作モード

タイミングに合わせて、外部ボタンによる入力中断なしに入力してください。

スタンバイモード、および設計されたアクティブウェイクアップボタンは、地下で役立ちます

担当者は、システムを使用する際に、スタンバイ状態から低電力状態に即座に切り替えることができます。

消費動作モード。これは地下救助のニーズを満たすだけでなく、

また、システムが待機作業を継続するための条件も整える。