基于RFID的井下人員定位系統(tǒng)的研究

基于RFID的井下人員定位系統(tǒng)的研究0909102022劉宇杰摘要：針對煤礦井下人員定位的問題，提出了基于射頻識別技術(shù)(RFID)的解決方案。介紹了射頻識別的工作原理，分析了定位系統(tǒng)的組成及其工作原理，對系統(tǒng)的功能擴展進行了討論。關(guān)鍵詞：人員定位礦井安全RFID技術(shù)我國是世界上產(chǎn)煤最多的國家之一，也是世界上發(fā)生礦難最多的地區(qū)之一。煤礦事故的發(fā)生，不僅給人民群眾造成巨大的痛苦，也使國家財產(chǎn)遭受重大損失。經(jīng)過多年的努力，安全生產(chǎn)狀況總體趨于穩(wěn)定好轉(zhuǎn)，但現(xiàn)實情況仍然不容樂觀，百萬噸煤產(chǎn)量的死亡率仍高于世界平均水平。面對現(xiàn)實情況，要從兩方面人手，一是不斷加強災(zāi)害預(yù)防，減少事故的發(fā)生；二是加強事故的搜救工作，一旦發(fā)生事故，能及時、準(zhǔn)確地掌握井下被困人員的分布情況，快速實施搶救措施，將事故損失降至最低。

采用射頻識別技術(shù)(RFID)構(gòu)建井下定位系統(tǒng)。該系統(tǒng)能及時、準(zhǔn)確地將井下各個區(qū)域人員的動態(tài)情況反映到地面的監(jiān)控計算機，使管理人員能隨時掌握井下人員的分布狀況和每個礦工的運動軌跡，以便進行更加合理的調(diào)度管理。當(dāng)事故發(fā)生時，救援人員可根據(jù)井下人員定位系統(tǒng)提供的信息，迅速了解有關(guān)人員的位置，及時采取相應(yīng)的救援措施，提高應(yīng)急救援工作的效率[1,2]。

1射頻識別工作原理

射頻識別技術(shù)(RFID，RadioFrequencyIdentification)是利用射頻方式進行非接觸雙向通信，以達到識別目的并交換數(shù)據(jù)。與其它接觸式識別技術(shù)不同，RFID系統(tǒng)的射頻卡和讀寫器之間不用接觸就可實現(xiàn)對人員或物體在不同狀態(tài)(移動、靜止)下的自動識別和定位。典型的射頻識別系統(tǒng)主要包括射頻卡和讀寫器兩部分。

射頻卡是將幾個主要模塊集成到一塊芯片中，芯片上有EEPROM用來儲存識別碼或其它數(shù)據(jù)。EEPROM容量從幾比特到幾萬比特。芯片外圍僅需連接天線(和電池)，完成與讀寫器的通信[3]。與條碼、磁卡、Ic卡等同期或早期的識別技術(shù)相比，射頻卡具有非接觸、工作距離長、適于惡劣環(huán)境、可識別運動目標(biāo)等優(yōu)點，可以作為人員的身份或貨物的標(biāo)識卡。其工作原理見圖1在多數(shù)RFID系統(tǒng)中，讀寫器在一定區(qū)域內(nèi)發(fā)射電磁波(區(qū)域大小取決于工作頻率和天線尺寸)。射頻卡內(nèi)有一個LC串聯(lián)諧振電路，其頻率與讀寫器發(fā)射的頻率相同。當(dāng)射頻卡經(jīng)過這個區(qū)域時，在電磁波的激勵下，LC諧振電路產(chǎn)生共振，在電容上感應(yīng)出電荷。在這個電容的另一端，接有一個單向?qū)ǖ碾娮颖茫瑢㈦娙輧?nèi)的電荷送到另一個電容內(nèi)儲存。當(dāng)所積累的電荷達到2V時，此電容可作為電源為其它電路提供工作電壓，將卡內(nèi)數(shù)據(jù)發(fā)射出去或接收讀寫器的數(shù)據(jù)。讀寫器接收到卡的數(shù)據(jù)后，解碼并進行錯誤校驗來決定數(shù)據(jù)的有效性，然后通過RS232、RS422、RS485或無線方式將數(shù)據(jù)傳送到計算機網(wǎng)絡(luò)。

2井下人員定位系統(tǒng)組成及其工作原理

2．1系統(tǒng)組成

定位系統(tǒng)由軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)組成，其中軟件系統(tǒng)包括應(yīng)用軟件和嵌入式軟件兩部分組成，用于完成信息采集、識別、加工及其傳輸，由這兩部分軟件共同支撐著整個系統(tǒng)的運行，并演繹出各種