有源识别卡、有源识别卡的控制方法及考勤定位系统

摘要

本发明提供一种采用卡片式结构的有源识别卡，具有双频发射功能，且能感应低频激励信号，将考勤卡和定位卡的功能结合在一张识别卡上，实现了两卡合一。本卡中内含可进行无线充电的充电电池，并设有工作状态、电池欠压、电池充电等LED指示灯，使持卡者可随时了解自己卡片的状态。有源识别卡包括谐振电路Ⅱ，谐振电路Ⅰ，限幅电路，整流稳压器，充电管理电路，充电电池，CPU，识别卡ID发射器和CPU稳压器。本发明还公开了该有源识别卡的控制方法以及使用该卡的考勤定位系统。

说明书

技术领域

 本发明涉及通信领域，尤其是涉及一种用于井下人员定位和井口考勤的有源识别卡、有源识别卡的控制方法及使用该有源识别卡的考勤定位系统。

背景技术

井下作业人员管理系统通常有井口考勤系统和井下人员定位系统。井口考勤系统由下井人员出入井口时在考勤机（读卡器）手动刷卡，以获得每个人出入井的准确时刻，并可统计井下人员的总数。由于识别卡和读卡器作用距离近，识别卡多为无源卡。这种系统便于监管，避免无卡下井或一人多卡等现象，但显然无法实时跟踪井下人员的活动，也无从了解井下人员的分布。

为实现井下人员的实时跟踪和定位，井下人员定位系统要求识别卡具有远距离读卡功能。通常识别卡采用有源卡，卡片与读卡器的作用距离可达十米至数十米。但作用距离远也带来了新的问题：在井口人员密集处，大量卡片被同时读入设在井口的读卡器,无法逐一检查下井人员是否携带识别卡，以及所携卡片是否有效，是否与携卡人相符，是否有一人带多卡等现象, 由此，很多矿山不得不同时采用人员定位和打卡考勤或出入签名等多种手段，让工作人员同时携带两张卡，以获得较为准确的人员定位信息。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种采用卡片式结构的有源识别卡及其控制方法，具有双频发射功能，且能感应低频激励信号，将考勤卡和定位卡的功能结合在一张识别卡上，实现了两卡合一。本卡中内含可进行无线充电的充电电池，并设有工作状态、电池欠压、电池充电等LED指示灯，使持卡者可随时了解自己卡片的状态。

为了达到以上效果，本发明提供如下技术方案：

一种有源识别卡，包括谐振电路Ⅱ，谐振电路Ⅰ，限幅电路，整流稳压器，充电管理电路，充电电池，CPU，识别卡ID发射器和CPU稳压器，谐振电路Ⅰ产生交流电流并通过限幅电路输送至CPU，谐振电路Ⅱ产生交流电流并将其输送至整流稳压器，所述整流稳压器为充电电池提供提供恒定直流电压，充电管理电路设在整流稳压器与充电电池之间用以控制充电电路的通断， CPU稳压器与充电电池并联为CPU提供稳定电压，所述CPU与识别卡ID发射器相连接。

作为一种改进，还包括与CPU连接的LED指示灯。

作为一种优选，所述谐振电路Ⅰ包括互相并联的电容和电感，所述谐振电路Ⅱ包括互相并联的电容和电感。

作为一种优选，所述充电电池为聚合物锂电池。

一种有源识别卡的控制方法，其特征在于包括以下步骤:

（1）    当检测周期已到时，CPU检测充电电压，否则执行步骤（6）；

（2）    CPU检测到充电电压时，执行步骤（3），否则执行步骤（4）；

（3）    根据电池的充电状态，CPU控制相应LED指示灯亮灭；

（4）    CPU检测到激励信号F时，执行步骤（5），否则执行步骤（6）；

（5）    CPU控制ID发射器用频率f2发送ID码，并控制相应LED指示灯亮灭；

（6）    当发射周期已到时，CPU检测充电电压，否则执行步骤（1）；

（7）    CPU检测到充电电压时，执行步骤（8），否则执行步骤（9）；

（8）    根据电池的充电状态，CPU控制相应LED指示灯亮灭；

（9）    CPU控制ID发射器用频率f1发送ID码，并控制相应LED指示灯亮灭；

（10）CPU检测电池电压低于正常工作电压时，控制相应LED指示灯亮灭。

一种使用上述有源识别卡的考勤定位系统，包括井上工作模块、井下工作模块和有源识别卡，井上工作模块包括监测主机，监测分站，监测工作站和各网络终端，井上监测分站连接有井口读卡器，监测分站通过数据传输接口向监测主机传送数据，监测工作站和各网络终端通过集线器连接监测主机，监测工作站还连接有输出设备，井下工作模块包括监测分站以及与监测分站连接的读卡器。

作为一种优选，所述有源识别卡包括谐振电路Ⅱ，谐振电路Ⅰ，限幅电路，整流稳压器，充电管理电路，充电电池，CPU，识别卡ID发射器和CPU稳压器，谐振电路Ⅰ产生交流电流并通过限幅电路输送至CPU，谐振电路Ⅱ产生交流电流并将其输送至整流稳压器，所述整流稳压器为充电电池提供提供恒定直流电压，充电管理电路设在整流稳压器与充电电池之间用以控制充电电路的通断， CPU稳压器与充电电池并联为CPU提供稳定电压，所述CPU与识别卡ID发射器相连接。

作为一种优选，所述井下监测分站数量至少为一个。

本发明提供的识别卡及其控制方法，与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1.                既可向井下读卡器定时发送携卡人员ID信息，又可受井口读卡器低频激励后发送ID码，实现双卡合一，且考勤信号和定位信号为双频发射，互不干涉。

2.                能够进行无线充电，无需更换和拆卸电池，大幅延长有源识别卡的使用寿命。

3.                通过指示灯，对识别卡的电量和工作状态进行提示。

本发明提供的考勤定位系统，与现有技术相比具有以下有益效果：只使用一张有源识别卡，既能实现井下人员实时定位，同时还具有井口考勤功能，实现了考勤系统与定位系统性能的合一，保证了系统信息的准确性和真实性，从而使系统具有可监管性。

附图说明

图1为本发明提供的有源识别卡的结构示意图；

图2为有源识别卡的控制方法流程图；

图3为本发明提供的考勤定位系统的结构示意图。

附图标明列表：

1-监测主机,                     2-监测分站,

3-监测工作站，                  4-网络终端，

5-井口读卡器，                  6-集线器，

7-打印机，                      8-数据传输接口，

9-井下读卡器，                  10-识别卡。

具体实施方式

以下将结合具体实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

本发明提供的有源识别卡采用卡片式结构（身份证大小，5mm厚），体积小，重量轻，便于携带，同时设有工作状态、电池欠压等LED指示，使持卡者可随时了解自己卡片的状态。本卡中内含可充电电池，并可通过无线充电方式进行充电，无需更换拆卸电池，且使用方便。

如图1所示，识别卡中包括谐振电路Ⅱ，整流稳压器，充电管理电路，充电电池，CPU，识别卡ID发射器，还包括为CPU提供稳定电压的CPU稳压器。其中，谐振电路Ⅱ由一空心线圈L2与一电容C2并联构成，L2与C2设定为能够感应来自无线充电器的特定频率电磁信号。整流稳压器为充电电池提供稳定的恒定直流充电电压，充电管理电路连接在整流稳压器与充电电池之间用以控制充电电路的通断。CPU能够通过常规检测电路监测整流稳压器和充电管理电路的工作状态，并并通过相应的指示灯显示给使用者。识别卡中还包括谐振电路Ⅰ和限幅电路，谐振电路Ⅰ能够感应低频激励信号并产生交流电流，谐振电路Ⅰ产生的电流通过限幅电路输送至CPU，这样CPU能够监测谐振电路Ⅰ的工作状态。谐振电路Ⅰ由一空心线圈L1与一电容C1并联构成，L1与C1设定为能够感应到来自井口读卡器发射的低频信号f2，限幅电路将谐振电路Ⅰ产生的电流限制在某一固定范围内，以防止谐振电路2输出电流过大时对CPU产生的损害。CPU还可与相应的LED指示灯相连，以指示识别卡的使用状态，如充电中，充电满，电量不足，正常工作中，发射ID码等。

为使卡片体积小，具有密封性，且电池使用寿命长，又不必更换电池，充电电池应优选采用大容量轻便电池，如聚合物锂电池。

平时，CPU控制ID发射器以某一特定的频率f1，按一定的发射周期，不断发送本卡ID码，作用距离为远距离发射，在发射时还可控制工作指示灯的亮灭以指示识别卡的工作状态。

CPU可以按照一定的检测周期监测低频信号F，当识别卡中的谐振电路Ⅰ感应到特定的低频信号F，CPU监测到谐振电路Ⅰ产生交流电流后，即控制识别卡ID发射器以射频f2发出ID码，在发射时还可控制工作指示灯的亮灭以指示识别卡的工作状态。识别卡发送f1码和f2码时工作指示灯的亮灭状态优选具有明显区别，使得LED灯的指示更为精细。

本项目采用了独特的无线充电方案。只要将识别卡放在充电器表面2～3小时，即可完成电池充电。卡片具有充电及充满指示，并在充满后自动转为涓流充电状态。卡片充电一次可工作三个月以上。由于聚合物锂电池理论上可充电300循环以上，（容量保持率80%以上）因而大大延长了识别卡的使用寿命。当识别卡放在无线充电器上时，谐振电路Ⅱ感应到来自无线充电器的电磁信号并产生交流电流，该电流被输送至整流稳压器进行整流并稳压，生成恒定直流电压。本例中，整流稳压器输出的电压为5V。该电压通过充电管理电路对电池进行恒流恒压充电，充电时，充电管理电路为导通状态，充电管理电路对充电电池的电压进行监测，当电池电压升至电池额定满电电压时，充电管理电路自动截止，停止对电池进行常规充电，转为涓流充电状态。本例中，电池额定满电电压为4.2V。

CPU根据预先设定的周期定期监测卡片中电池的充电状态，例如是否进入充电状态、是否充满，并随时监测电池电压。若发现识别卡进入充电状态，即CPU监测到整流稳压器产生稳定电压时，CPU控制识别卡ID发射器立即停止发送本卡的ID码，并控制相应的LED指示灯的亮灭。当电池充满，CPU通过控制相应的LED指示灯的亮灭，表示充电已停止。当识别卡离开充电器时，CPU监测到整流稳压器已不再产生充电电压，识别卡即自动返回正常工作状态，CPU控制ID发射器重新开始发射ID码，并控制点亮相应的工作指示灯。

以下为识别卡的实际控制流程：CPU中预先设定了检测周期和发射周期，本例中，检测周期为100ms，发射周期为2s。识别卡上还设置了三个状态指示灯，分别为红灯，绿灯和黄灯。其中，红灯常亮表示充电中；绿灯常亮时表示电池已充满；黄灯闪烁表示识别卡电池电量不足，需要充电；绿灯闪烁表示识别卡正在发射ID码，其中连续闪烁表示识别卡收到低频激励后向井口读卡器发射，单次闪烁表示识别卡定期向井下发射器发送ID码。识别卡的综合控制方法如图2所示，包括以下步骤：

（1）    当100ms定时已到时，CPU检测充电电压，否则执行步骤（6）；

（2）    CPU检测到充电电压时，执行步骤（3），否则执行步骤（4）；

（3）    当电池未充满时，CPU控制红灯常亮；当电池已充满时，CPU控制绿灯常亮；

（4）    CPU检测到激励信号F时，执行步骤（5），否则执行步骤（6）；

（5）    CPU控制ID发射器用频率f2发送ID码，且控制绿灯闪3次；

（6）    当2s定时已到时，CPU检测充电电压，否则执行步骤（1）；

（7）    CPU检测到充电电压时，执行步骤（8），否则执行步骤（9）；

（8）    当电池未充满时，CPU控制红灯常亮；当电池已充满时，CPU控制绿灯常亮；

（9）    CPU控制ID发射器用频率f1发送ID码，并控制绿灯闪1次；

（10）CPU检测电池电压低于正常工作电压如3.5V时，控制黄灯每10s闪一次，以提示使用者识别卡需要充电。

在上述控制方法中，CPU每100ms即检测低频激励信号F，每2s用频率f2发送ID码，每次检测信号和发送ID码之前均进行充电电压检测，并在每2s发送ID码之后进行电池电量检测。

如图3所示的考勤定位系统，包括井上工作模块和井下工作模块，井上工作模块包括通过网线、交换机、集线器等常规通信设备连接的监测主机1，监测分站2，监测工作站3和各网络终端4。井上监测分站2连接有井口读卡器5，监测分站通过数据传输接口8向监测主机传送数据；监测工作站和各网络终端通过集线器6连接监测主机1，监测工作站3还连接有打印机7等输出设备。井下工作模块包括数个监测分站2以及与监测分站连接的读卡器，监测分站2用于暂时存储读卡数据，并进行数据中转，监测分站2的数量为一个以上，具体需根据井下工作模块的规模大小进行设置。每个监测分站可以连接一个或多个井下读卡器9。井上工作模块和井下工作模块之间、井下模块中各装置之间均通过RS485总线（或CAN工业总线）、光缆、无线信道等常规通信方式连接。考勤定位系统中使用本发明提供的识别卡10，识别卡10通过感应或发送射频信号这样的无线通讯方式与井口读卡器5及井下读卡器9通信，井口读卡器5与井下读卡器9不同，井下读卡器仅仅接收识别卡10发射的信号，与识别卡10之间的通信是单向远距离的，而井口读卡器5与识别卡10之间的通信是双向的。为了保证识别卡发送的定位信号都能被井下读卡器9接收，井下读卡器9应每隔一段距离设置一个，尽量均匀分布，井下读卡器9之间的距离不应超过识别卡10发射信号的覆盖半径。

日常使用时，识别卡按一定的发射周期，不断发送本卡ID码，作用距离为远距离发射。井下读卡器9接收到识别卡10以f1频率发送来的ID码，将ID码、接收时间、读卡器序列号等信息的传送给与井下读卡器连接的距离最近的井下监测分站2，监测分站2将上述信息传送至监测主机1进行存储，监测工作站3通过网络访问监测主机1获取井下读卡器接收到的定位信息，并可通过打印机将定位信息打印输出；各网络终端也可通过网络访问监测主机1并获取井下读卡器接收到的定位信息。

井口读卡器5发出一个低频信号F，其作用范围应控制在一个较小的范围内，如1m。当工作人员携带识别卡10经过井口读卡器5附近，进入低频信号F作用范围时，识别卡中的谐振电路Ⅰ感应到此低频信号，CPU监测到谐振电路Ⅰ产生交流电流后即控制识别卡ID发射器以射频f2发出ID码。由于井口读卡器5的接收频率固定为f2，所以只能收到靠近它的识别卡发出的f2信号，而收不到其他卡片正常发射的f1信号，不会造成干扰。井口读卡器5接收到识别卡10以f2频率发送来的ID码，将ID码、接收时间、读卡器序列号等信息的传送给距离最近的监测分站2，监测分站将上述信息传送至监测主机1进行存储，监测工作站3通过网络访问监测主机1获取井口读卡器接收到的考勤信息，并可通过打印机将考勤信息打印输出；各网络终端也可通过网络访问监测主机1并获取考勤信息。

这种低频激励加双频发射的方案解决了双卡合一的难题。既保持远距离读卡的性能，可实现井下作业人员的实时跟踪定位，又可在井口近距离读卡，实现逐一监测下井（或升井）人员的身份、出入井时刻、是否持有识别卡，卡片是否有效、是否人卡相符，以及是否存在一人多卡等情况。从而使矿山可以利用一个系统简便而准确地实现井下人员的科学管理。