井下精确定位系统从无源射频近距离识别阶段、有源微波远距离识别阶段到现在的双向识别通信阶段一共经历了三个阶段。本文设计采用有源微波远距离识别的方案,该方案具有通信距离远,可靠性好,识别速度快等的优点。
读写器和标签卡在完成通信方面有几个关键点:
(1)防碰撞算法的设计。在通信时信道中会有多个标签同时工作,为保证通信的可靠性,防碰撞必须考虑到其中。通过对信道功率的探测,进行载波监听,当信道忙时,通过随机退避一个时延,再反复监听信道直到信道空闲下来完成无线通信任务。
(2)低功耗的设计。由于标签是采用纽扣电池供电,所以必须考虑减小功耗。nRF24LE1本身是一款低功耗的芯片,在此基础上,在软件设计上加入对标签的定时唤醒和通过读写器对标签的工作状态的切换,最大限度上节能。
(3)电源监管的设计。当标签电池电压低于设置电压时,发出报警,提醒更换电池。
(4)定位算法的设计采用RSSI测距和质心算法,实现井下人员的定位。读写器完成采集标签信息进行强度排序后将运算结果上传到上位机,上位机进行均方差和井下人员坐标位置。