بحسب الإحصاءات ذات الصلة، فإن عدد الضحايا الناجمة عن حوادث السلامة في مناجم الفحم يتصدر قائمة حوادث السلامة في البلاد.

تُعدّ الأنفاق تحت المناجم معقدة، وتواجه عمليات الإنقاذ فيها صعوبات جمّة. كما يختلف نظام إدارة الأفراد تحت الأرض في مناجم الفحم عن نظام إدارتهم على سطح الأرض. فمن جهة، يحدّ النفق من إمكانية تحديد مواقع الأفراد تحت الأرض، ما يحول دون تطبيق العديد من تقنيات تحديد المواقع؛ ومن جهة أخرى، تتطلب هذه التقنيات مقاومة عالية للتداخل. عند وقوع حادث تحت الأرض في منجم فحم، تُعدّ أجهزة الكشف بالأشعة تحت الحمراء الطريقة الأكثر شيوعًا للبحث والإنقاذ. ويعتمد مبدأ عملها على رصد الأشعة تحت الحمراء المنبعثة من جسم الإنسان لتحديد موقعه وإنقاذه. إلا أنه نظرًا لقلة إجراءات السلامة في مناجم الفحم، يُضعف وجود الغازات انتشار الأشعة تحت الحمراء، كما أنها عرضة للتداخل من مصادر حرارية أخرى تحت الأرض، ما يقلل من كفاءتها في الاستخدام العملي. إضافةً إلى أجهزة الكشف بالأشعة تحت الحمراء، تُستخدم أيضًا أجهزة الكشف عن الحياة، التي تعتمد أساسًا على رصد الموجات ذات التردد المنخفض جدًا المنبعثة من قلب الإنسان لتحديد مواقع الأشخاص. تتمتع الموجات الدقيقة بقدرة اختراق عالية، لكنها قد تُسبب بعض المشاكل في رصد الأشخاص ذوي نبضات القلب الضعيفة. في هذا السياق، تم تطوير جهاز لتحديد المواقع في الوقت الفعلي للعاملين في مناجم الفحم تحت الأرض. يُمكن استخدام هذا الجهاز لتسهيل إدارة شؤون الموظفين اليومية وتحسين كفاءة العمل خلال ساعات الدوام العادية؛ وفي حال وقوع حادث، يُمكن استخدامه لتحديد موقع الأشخاص المحاصرين بسرعة. تقترح هذه المقالة جهازًا لتحديد مواقع العاملين تحت الأرض يعتمد على تقنية RFID، ويُشار إليه فيما يلي بجهاز تحديد مواقع الإنقاذ بتقنية RFID. يتميز هذا الجهاز بصغر حجمه وقابليته للارتداء، مما يجعله عنصرًا أساسيًا في عمليات الإنقاذ تحت الأرض.

1

التصميم العام للنظام

1.1

تحليل متطلبات التصميم

قبل تصميم جهاز تحديد المواقع للإنقاذ بتقنية RFID، من الضروري تحليل احتياجات تحديد المواقع والخصائص التقنية للعاملين في مناجم الفحم تحت الأرض.

وأخيرًا، يمكن وضع تصميم تفصيلي للنظام. بعد التحليل المفصل، يجب استيفاء ثلاثة متطلبات:

(1) يأتي مزودًا بمصدر طاقة خاص به ويعمل لساعات طويلة

بالنظر إلى ما تحت الأرض

مدة عمل الأفراد في العمل العادي ومدى سرعة عمليات الإنقاذ

الأداء، لذلك يجب أن يكون النظام قادراً على العمل لأكثر من 48 ساعة؛

الملخص: نظراً لتعقيد البيئة تحت الأرض واستخدام أجهزة الكشف بالأشعة تحت الحمراء وأجهزة الكشف عن الحياة، فإن عمليات الإنقاذ الآمنة في مناجم الفحم تخضع للعديد من المشاكل.

يُعدّ تطوير جهاز لتحديد مواقع الأفراد تحت الأرض لعمليات إنقاذ مناجم الفحم أمرًا بالغ الأهمية. وقد تم اقتراح طريقة تعتمد على تقنية RFID.

استنادًا إلى تحليل احتياجات أنظمة تحديد المواقع تحت الأرض في مناجم الفحم، تم تصميم وحدة الإرسال ووحدة الاستقبال في النظام على النحو التالي:

تم اقتراح تصميم، وطريقة تصميم نظام منخفض الطاقة، وشرح خوارزمية تحديد المواقع باستخدام مؤشر قوة الإشارة المستلمة (RSSI) وخوارزمية KWWN في تقنية تحديد مواقع الأفراد بتقنية RFID، واقتراح خوارزمية هجينة لتحديد مواقع الأفراد تحت الأرض. تم إنشاء بيئة محاكاة وتطبيقها، وتغيير قيمة K. عند K=4، تكون قيمة الخطأ في تحديد مواقع الأفراد هي الأدنى، ويمكن للنظام تلبية احتياجات تحديد مواقع عمليات الإنقاذ تحت الأرض في مناجم الفحم.

(2) موثوقية عالية ومقاومة للتداخل. نظرًا لبيئة باطن الأرض القاسية، والرطوبة العالية، وكثرة مصادر التداخل أثناء الحادث وبعده، فإن

يجب أن يتمتع جهاز تحديد المواقع للإنقاذ بتقنية RFID بدرجة عالية من الموثوقية ومقاومة التداخل؛

(3) تخزين معلومات المستخدم ودعم إدارة المستخدمين المتعددين. يوجد عادةً أكثر من 100 عامل تحت الأرض في مناجم الفحم الكبيرة. مع مراعاة التصميم

هناك هامش متبقٍ، لذلك يجب أن يكون جهاز تحديد المواقع للإنقاذ بتقنية RFID قادراً على تخزين معلومات المستخدم ودعم وظائف إدارة المستخدم لـ 150 شخصاً.

1.2

التصميم العام للنظام

تُعد تقنية RFID تقنية اتصالات لاسلكية بترددات الراديو ناضجة نسبياً، والتي يتم تحقيقها بشكل أساسي من خلال ظاهرة اقتران إشارات الترددات الراديوية في الفضاء.

نقل المعلومات. تُستخدم تقنية تحديد الهوية بموجات الراديو (RFID) على نطاق واسع في مجالات مثل تحديد هوية المنتجات وأنظمة مكافحة السرقة الإلكترونية. وفي أنظمة تحديد المواقع، يمكن وسم الحيوانات والسيارات. وتشمل التطبيقات النموذجية وسم الحيوانات الأليفة، وإدارة النفايات الطبية، وغيرها.

ينقسم التصميم العام لجهاز تحديد المواقع الخاص بالإنقاذ، والذي يعتمد على تقنية RFID، إلى جزأين. أحدهما عبارة عن جهاز إرسال يُرتدى على جسم العاملين تحت الأرض.

أما الجزء الآخر من وحدة النظام فهو وحدة الاستقبال لاستقبال الإشارات.

(1) وحدة إطلاق الوحدة

يوضح الشكل 1 المخطط الكتلي العام لتصميم وحدة الإرسال. الشكل 1: مخطط وحدة الإرسال القائمة على تقنية RFID

يتضمن تصميم وحدة إرسال RFID وحدة تحكم دقيقة STC، وأزرار، وتخزين مسبق لمعلومات العلامة، وواجهة SPI، ووحدة إرسال معلومات الترددات الراديوية، ووحدة الطاقة، وما إلى ذلك.

① وحدة التحكم الدقيقة STC: وحدة التحكم الدقيقة هي وحدة التحكم الأساسية. وهي تقوم بتنفيذ

تم الآن تفعيل خاصية الكشف عن إدخال زر إعادة الضبط وزر الوظائف، كما أنها تحقق

التخزين المسبق لمعلومات الوسم. حدد وحدة التحكم الدقيقة MSP430F413، النواة

جهد التغذية هو 3.3 فولت؛

٢- زر

يُعد الزر عاملاً مهماً في تحقيق وظيفة تحديد موقع الإنقاذ.

تتضمن العناصر زر إعادة الضبط وزر الوظائف، ونظام مساعدة زر إعادة الضبط في

يمكن استعادة الحالة الأولية عند حدوث خلل في العمل، ويمكن إعادة تشغيل زر الوظيفة.

يرسل إشارة استغاثة عند الضغط عليه؛

③ التخزين المسبق لمعلومات الملصقات. تستخدم هذه الوظيفة إحصاءات تحت الأرض مسبقًا.

معلومات متعلقة بالموظف، العمر، الجنس، الطول، وما إذا كانت هناك أمراض كامنة

إلخ، قم بتحويل هذه المعلومات إلى معلومات ثنائية وتخزينها في ذاكرة فلاش.

اختر K9F1G08U0 بسعة 128 ميجابايت.

عند إرسال المعلومات، يقوم المتحكم الدقيق STC أولاً بقراءة الطور في ذاكرة الفلاش.

المعلومات، وأخيراً يتم إرسال المعلومات عبر وحدة إرسال المعلومات بترددات الراديو؛

④ واجهة SPI

واجهة SPI هي وحدة تحكم دقيقة ونقل معلومات بترددات الراديو

إرسال واجهة اتصال بين الوحدات؛

⑤ وحدة إرسال معلومات الترددات اللاسلكية

منذ أن أصبحت وحدة التحكم الدقيقة STC مزودة بواجهة SPI

لا يتطابق جهد إشارة الاتصال مع الإشارة المرسلة النهائية، لذلك

من الضروري تحديد التردد المطلوب للتوليف وتعديل الإشارة وفك تعديلها.

وأخيراً، يتم تضخيم الإشارة وإرسالها؛

⑥ وحدة الطاقة: مؤشر وحدة الطاقة يُستخدم لضمان عمليات الإنقاذ تحت الأرض

العوامل الرئيسية، بالإضافة إلى وحدة إرسال الإشارة في البرنامج

بالإضافة إلى إدارة الطاقة، يجب تصميم وحدة الطاقة بشكل مستقل بحيث

إن جهد مصدر الطاقة الإجمالي مستقر، ويتجاوز وقت التشغيل المستمر 48 ساعة.

(2) تصميم وحدة الاستقبال

لا تزال وحدة الاستقبال تستخدم وحدة التحكم الدقيقة STC كوحدة تحكم أساسية

في الوحدة، يتم إرسال معلومات العلامة عبر اتصال RS232 بعد التعديل وفك التعديل.

أرسلها إلى وحدة التحكم الدقيقة STC. تقوم وحدة التحكم الدقيقة STC بتخزين معلومات علامة RFID.

قم بالتخزين في ذاكرة الفلاش، وانتظر أمر الزر الخارجي لاستخدام شاشة LCD للتمرير.

يتم عرض معلومات علامة المستخدم التي تمت معالجتها بواسطة وحدة التحكم الدقيقة، ووحدة الطاقة

تتولى هذه الوحدة مسؤولية تزويد وحدة الاستقبال بأكملها بالطاقة. الاستلام بتقنية RFID

يظهر النموذج الفائق في الشكل 2.

الشكل 2: مخطط وحدة الاستقبال القائمة على تقنية RFID

2

تصميم وتنفيذ نظام تحديد مواقع الأفراد باستهلاك منخفض للطاقة

2.1

تصميم النظام منخفض استهلاك الطاقة

وحدة تزويد الطاقة في وحدة الإرسال القائمة على تقنية RFID

من المؤكد ذلك، لذا لضمان قدرة النظام على العمل بثبات لفترة طويلة

لكي يعمل النظام، يجب تصميمه بحيث يستهلك طاقة منخفضة. استهلاك منخفض للطاقة في النظام

يشمل التصميم تصميم الأجهزة وتصميم البرامج، وتحديداً يتضمن 2

وجه:

(1) اختيار وحدة التحكم الأساسية

النواة المختارة في هذا التصميم

وحدة التحكم هي MSP430F413، والتي تحتوي على أوضاع متعددة منخفضة الطاقة يمكنها

تعرّف على أداء النظام على المدى الطويل. مع مصدر طاقة بجهد 2.2 فولت،

يستهلك معالج MSP430F413 تيارًا مقداره 0.5 ميكرو أمبير في وضع الاستعداد ووضع الإيقاف

يبلغ تيار الاحتفاظ بذاكرة الوصول العشوائي 0.1 ميكرو أمبير، وهو تيار وضع التشغيل منخفض الطاقة للغاية.

يبلغ التيار 230 ميكروأمبير. لذلك، في التطبيقات العملية، تكون وحدة الإرسال هي

تكون الطاقة منخفضة للغاية أثناء التشغيل العادي؛

(2) تصميم البرمجيات: من أجل تحقيق قدرة النظام على تحقيق أداء طويل الأمد

التشغيل المستمر لفترة من الزمن، لذلك يبدأ النظام في الدخول في وضع منخفض للغاية

وضع تشغيل استهلاك الطاقة، يعتمد على نظام الساعة الخاص به في تصميم البرمجيات

للتوقيت، أدخل بدون مقاطعة إدخال زر خارجي

وضع الاستعداد، وزر التنبيه النشط المصمم خصيصًا يمكن أن يساعد تحت الأرض

يمكن للموظفين تحويل النظام فوراً من وضع الاستعداد إلى وضع الطاقة المنخفضة عند استخدامه.

نمط التشغيل الاستهلاكي. هذا لا يلبي احتياجات عمليات الإنقاذ تحت الأرض فحسب، بل يلبي أيضًا

كما أنه يخلق الظروف اللازمة لاستمرار النظام في أداء العمل الاحتياطي.