관련 통계에 따르면, 탄광 안전사고로 인한 사상자 수는 국내 안전사고 중 가장 높은 수준을 기록하고 있습니다.

탄광 지하 터널은 복잡하여 구조 작업에 많은 어려움이 있습니다. 또한, 탄광 지하에서의 인력 관리는 지상에서의 관리와는 다릅니다. 지하에서는 터널의 제약으로 인해 많은 인력 위치 추적 기술을 적용할 수 없으며, 지하 인력 위치 추적 기술은 더욱 높은 수준의 간섭 방지 기능을 요구합니다. 탄광 지하 사고 발생 시 가장 일반적으로 사용되는 수색 및 구조 방법은 적외선 탐지기입니다. 적외선 탐지기는 인체에서 방출되는 적외선을 감지하여 위치 파악 및 구조를 수행하는 원리입니다. 그러나 탄광은 안전 조치가 미흡하고, 가스 존재 시 적외선 전파가 약해지며, 지하의 다른 적외선 열원으로부터 간섭을 받기 쉬워 실제 사용 효율이 떨어집니다. 적외선 탐지기 외에도 생체 신호 탐지기가 흔히 사용됩니다. 생체 신호 탐지기는 주로 인체 심장에서 방출되는 초저주파를 감지하여 사람의 위치를 ​​파악합니다. 마이크로파는 투과력이 강하지만, 심장 박동이 약한 사람을 감지하는 데에는 한계가 있습니다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 지하 탄광 작업자를 위한 실시간 위치 추적 장치가 개발되었습니다. 이 장치는 일상적인 작업 시 인력 관리 및 작업 효율 향상에 도움이 될 뿐만 아니라, 사고 발생 시 매몰된 작업자의 위치를 ​​신속하게 파악하는 데에도 활용될 수 있습니다. 본 논문에서는 RFID 기술을 기반으로 한 지하 작업자 위치 추적 장치, 즉 RFID 구조 위치 추적 장치를 제안합니다. 이 장치는 착용이 가능하고 크기가 작아 지하 구조 작업에 필수적인 장비로 사용될 수 있습니다.

1

전체 시스템 설계

1.1

설계 요구사항 분석

RFID 구조 위치 추적 장치를 설계하기 전에 지하 탄광 작업자의 위치 추적 요구 사항과 기술적 특성을 분석해야 합니다.

마지막으로 상세한 시스템 설계를 진행할 수 있습니다. 상세 분석 후에는 다음 세 가지 요구사항을 충족해야 합니다.

(1) 자체 전원 공급 장치가 포함되어 있으며 작동 시간이 깁니다.

지하를 고려해 볼 때

정상 근무 시간 및 구조 작업의 신속성

성능이 중요하므로 시스템은 48시간 이상 작동할 수 있어야 합니다.

요약: 복잡한 지하 환경과 적외선 탐지 및 생명 탐지 장비의 적용으로 인해 탄광에서의 안전 구조는 많은 문제에 직면해 있습니다.

제한사항에도 불구하고, 탄광 구조를 위한 지하 인력 위치 추적 장치 개발은 매우 중요한 역할을 합니다. 본 연구에서는 RFID 기술 기반의 방법을 제안했습니다.

탄광 지하 위치 확인 시스템의 요구 사항 분석을 바탕으로 시스템의 송신 모듈과 수신 모듈은 다음과 같이 구성되었습니다.

본 연구에서는 저전력 시스템 설계 방법을 제안하고, RFID 인력 위치 측정 기술의 RSSI 위치 측정 알고리즘과 KWWN 알고리즘을 설명하며, 지하 작업자 위치 측정을 위한 하이브리드 알고리즘을 제안하였다. 시뮬레이션 환경을 구축하고 K 값을 변화시키면서 시뮬레이션을 수행한 결과, K=4일 때 인력 위치 측정 오차가 가장 작았으며, 이 시스템은 탄광 지하 구조 위치 측정의 요구 사항을 충족할 수 있음을 확인하였다.

(2) 높은 신뢰성과 간섭 방지 기능. 열악한 지하 환경, 높은 습도, 사고 발생 중 및 사고 후 발생하는 수많은 간섭원 때문에,

RFID 구조 위치 추적 장치는 높은 신뢰성과 간섭 방지 기능을 갖춰야 합니다.

(3) 사용자 정보를 저장하고 다중 사용자 관리를 지원합니다. 대형 탄광에는 일반적으로 100명 이상의 지하 작업자가 있습니다. 설계 시 이러한 점을 고려해야 합니다.

여유 공간이 있으므로 RFID 구조 위치 추적 장치는 150명의 사용자 정보를 저장하고 사용자 관리 기능을 지원할 수 있어야 합니다.

1.2

전체 시스템 설계

RFID 기술은 비교적 성숙한 무선 주파수 통신 기술로, 주로 공간에서 무선 주파수 신호의 결합 현상을 통해 구현됩니다.

정보 전송. RFID 기술은 제품 태그 식별 및 전자식 도난 방지와 같은 분야에서 널리 사용됩니다. 위치 추적 시스템에서는 동물과 차량에 표식을 부착할 수 있습니다. 대표적인 응용 분야로는 반려동물 표식, 의료 폐기물 관리 등이 있습니다.

RFID 기술 기반 구조 위치 추적 장치의 전체 설계는 두 부분으로 나뉩니다. 한 부분은 지하 작업자의 몸에 착용하는 송신기입니다.

유닛 모듈의 다른 부분은 신호를 수신하는 수신 모듈입니다.

(1) 발사 장치 모듈

그림 1은 송신기 장치 모듈 설계의 전체 블록도를 보여줍니다. 그림 1. RFID 기반 송신 장치 모듈도

RFID 송신 장치 모듈 설계에는 STC 마이크로컨트롤러, 버튼, 태그 정보 사전 저장소, SPI 인터페이스, 무선 주파수 정보 전송 모듈 및 전원 모듈 등이 포함됩니다.

①STC 마이크로컨트롤러: 마이크로컨트롤러는 핵심 제어 장치입니다. 이 장치는 다음과 같은 기능을 구현합니다.

리셋 버튼 및 기능 버튼 입력 감지 기능이 구현되었으며, 이를 통해 다음과 같은 기능도 구현되었습니다.

태그 정보 사전 저장. MSP430F413 마이크로컨트롤러 코어를 선택하십시오.

공급 전압은 3.3V입니다.

②버튼

버튼은 구조 위치 파악 기능을 구현하는 데 중요한 요소입니다.

리셋 버튼과 기능 버튼을 포함한 요소들, 리셋 버튼 도움말 시스템

비정상 작동 시 초기 상태로 복원할 수 있으며, 기능 버튼을 사용할 수 있습니다.

누르면 조난 신호를 보냅니다.

③라벨 정보 사전 저장. 이 기능은 지하 통계 자료를 미리 활용합니다.

직원 관련 정보, 나이, 성별, 키, 그리고 기저 질환 유무

등등, 이 정보를 이진 정보로 변환하여 플래시에 저장합니다.

128MB 용량의 K9F1G08U0을 선택하세요.

정보를 전송할 때 STC 마이크로컨트롤러는 먼저 플래시 메모리에서 위상 정보를 읽습니다.

정보가 입력되고, 최종적으로 해당 정보는 무선 주파수 정보 전송 모듈을 통해 전송됩니다.

④SPI 인터페이스

SPI 인터페이스는 마이크로컨트롤러와 무선 주파수 정보 전송을 위한 인터페이스입니다.

모듈 간 통신 인터페이스를 전송합니다.

⑤RF 정보 전송 모듈

STC 마이크로컨트롤러 SPI 이후로

통신 신호 전압이 최종 전송 신호와 일치하지 않으므로

신호 합성에 필요한 주파수를 구현하고 신호를 변조 및 복조하는 것이 필요합니다.

마지막으로 신호가 증폭되어 전송됩니다.

⑥전원 모듈 전원 모듈의 표시등은 지하 구조 활동을 보장하기 위한 것입니다.

소프트웨어의 신호 전송 장치 모듈 외에도 주요 요소는 다음과 같습니다.

전력 관리 외에도 전력 모듈은 다음과 같은 이유로 독립적으로 설계되어야 합니다.

전체 전원 공급 전압은 안정적이며 연속 작동 시간은 48시간을 초과합니다.

(2) 수신 모듈 설계

수신 모듈은 여전히 ​​STC 마이크로컨트롤러를 핵심 제어 장치로 사용합니다.

이 장치에서 태그 정보는 변조 및 복조 과정을 거쳐 RS232 통신을 통해 전송됩니다.

해당 정보를 STC 마이크로컨트롤러로 전송합니다. STC 마이크로컨트롤러는 RFID 태그 정보를 저장합니다.

FLASH에 저장하고, 외부 버튼 명령을 기다린 후 LCD를 사용하여 전달합니다.

마이크로컨트롤러에서 처리된 사용자 태그 정보가 표시되고 전원 모듈이 켜집니다.

해당 블록은 전체 수신 모듈에 전원을 공급하는 역할을 합니다. RFID 기반 영수증

메타 모듈은 그림 2에 나와 있습니다.

그림 2 RFID 기반 수신 장치 모듈 다이어그램

2

인력 위치 파악을 위한 저전력 설계 및 구현

2.1

시스템 저전력 소비 설계

RFID 기반 송신기 유닛 모듈의 전원 공급 모듈

이는 확실하므로 시스템이 장기간 안정적으로 작동할 수 있도록 보장하기 위해

시스템이 제대로 작동하려면 저전력 소비를 고려하여 설계되어야 합니다. 시스템의 저전력 소비

설계에는 하드웨어 설계와 소프트웨어 설계가 포함되며, 특히 2가지가 포함됩니다.

측면:

(1) 코어 컨트롤러 선정

이 설계에서 선택된 핵심 요소

컨트롤러는 MSP430F413이며, 여러 저전력 모드를 지원합니다.

시스템의 장기적인 작동을 보장합니다. 2.2V 전원 공급으로,

MSP430F413의 대기 모드 및 종료 모드에서의 전류는 0.5μA입니다.

(RAM 유지) 전류는 0.1μA이며, 초저전력 모드 전류입니다.

전류는 230μA입니다. 따라서 실제 적용 시 송신 ​​장치 모듈은 다음과 같습니다.

정상 작동 중에는 전력 소모가 매우 낮습니다.

(2) 소프트웨어 설계 시스템이 장기적인 목표를 달성할 수 있도록 하기 위함

일정 시간 동안 연속 작동하면 시스템이 초저전력 영역에 진입하기 시작합니다.

소프트웨어 설계에서 자체 클록 시스템에 기반한 전력 소비 작동 모드

시간을 설정하려면 외부 버튼 입력 중단 없이 입력하십시오.

대기 모드와 설계된 능동형 웨이크업 버튼은 지하에서도 작동을 돕습니다.

사용자는 시스템을 사용할 때 대기 상태에서 즉시 저전력 상태로 전환할 수 있습니다.

에너지 소비형 작동 모드입니다. 이는 지하 구조 작업의 요구 사항을 충족할 뿐만 아니라,

또한 시스템이 대기 작업을 계속 수행할 수 있는 조건을 조성합니다.