【正文】 閱讀器可以是單獨的整體，它可以嵌入到其它系統(tǒng)中，也可以作為單獨的具有讀寫、顯示、處理數(shù)據(jù)等功能的系統(tǒng)，還可以與計算機或其它系統(tǒng)進行聯(lián)合，完成對射頻標簽信息的處理。樹形分解法有可能會使某些標簽的識別延遲時間比較長，所以在實際應(yīng)用中較少采用這種算法。由于NRF24E1處于正常工作模式時電流為3mA，而掉電模式時工作電流僅為2uA。加上合理的軟件節(jié)能設(shè)計，電池壽命能夠達到三年時間，完全能夠滿足實際生產(chǎn)的需求?？撮T狗在復(fù)位后被禁止，再次復(fù)位后才能被激活。這樣不至于丟失數(shù)據(jù)。如果CE保持為高，準備接收下一個數(shù)據(jù)包。(2)ShoekBurst接收CPU的接口引腳為CE、DRI、CLKDATA，工作流程:①校驗接收到的RF包的地址和欲接收的RF包中有效數(shù)據(jù)的長度。ShockBurst有兩種工作方式，分別為發(fā)送和接收，功能由配置字決定，工作流程如下所示:(l)ShoekBurst發(fā)送CPU接口引腳為CE、CLKDATA，工作流程:①CPU有數(shù)據(jù)要發(fā)送時，先將CE置高，NRF24E1開始工作。當(dāng)復(fù)位引腳為高電平時(無論是時鐘是否有效)，(CS)=0，(CE)=0，(PWR_Up)=1。通道0一7可以轉(zhuǎn)換對應(yīng)引腳AINOAIN7上的電壓值，通道8用于對NRF24EI工作電壓的監(jiān)控。設(shè)計時可以通過設(shè)定 PO_ALT來決定哪些引腳使用復(fù)用功能，沒有選用復(fù)用功能的引腳則為GPIO，而可用 PO_DIR來設(shè)置這些PO口是輸入還是輸出。NRF24EI還增加了一些標準8051沒有的特殊功能寄存器，如RADIO(P2)、ADCCON、ADCDATAH，PWMCON、PWMDUTY、RSTREAS等。在傳統(tǒng)的異步通信方式下，與8051兼容的UART可用定時器1和定時器2作為波特率發(fā)生器。無線收發(fā)部分功能由內(nèi)部并行口和內(nèi)部SPI啟動，每一個待發(fā)信號對于處理器來講都可以作為中斷進行編程，或者通過GPIO端口傳送給微處理器。內(nèi)有電壓調(diào)節(jié)器。在閑置模式下，CPU停止工作。128*8位內(nèi)部RAM。AT89C2051不允許構(gòu)造外部總線來擴充程序/數(shù)據(jù)存儲器，所以它不需要ALE、PSEN、RA、WR一類的引腳。AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(FPEROMFlash Programmable and Erasable Read only Memory)的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機?？ǖ陌l(fā)射電流：, 待機電流為 3uA。高速度讀卡：實現(xiàn) 50km/小時速度下正常識讀。在硬件設(shè)計中，按照二者的組成分別對其工作原理、控制單元以及所使用的各種芯片進行研究，選用一種比較合適的接收和發(fā)射方案，并給出其具體的實現(xiàn)電路。結(jié)合實際的礦山井下人員定位需求劃分井下監(jiān)控區(qū)域，將閱讀器布置在井下各監(jiān)控區(qū)域中的合理位置(閱讀器間的距離應(yīng)大于2倍的射頻信號識別距離)。而射頻閱讀器碰撞稍微復(fù)雜些，井下閱讀器碰撞大致有如下兩種情形:(l)閱讀器和閱讀器間的干擾:指的是射頻識別標簽向閱讀器發(fā)出的信號受到別的閱讀器信號的干擾，以至標簽信號不能正常傳送，讀取數(shù)據(jù)失敗。我們知道任意一個圓極化波可以分解成兩個正交的線極化波。而天線的特性不僅受所標識物體的形狀及物理特性影響，還受天線周圍物體和環(huán)境的影響。．5電子標簽的選型鑒于上面對RFID技術(shù)在井下定位的應(yīng)用的研究，對電子標簽的選型就有了一個初步的確定。表31 RFID技術(shù)主要參數(shù)參數(shù)低頻率高頻率UHF微波頻率125134KHzMHzMHzPJMMHz ()868915MHzGHz讀取距離米達4米（）達15米（）速度不快小于5秒（5kb為5秒）中（）非?？欤?米/秒）快非?？熳?()相位抖動。 低頻頻段能量相對較低，數(shù)據(jù)傳輸率較小，無線覆蓋范圍受限，但是，低頻段標簽的成本相對較低，信號穿透力強。4）可定義的方向性：可實現(xiàn)有方向性和無方向性的識別。如何實現(xiàn)對移動中人員的有效管理是各個煤礦迫切需要解決的問題，目前國內(nèi)用于煤礦井下人員定位的產(chǎn)品只有少數(shù)取得了煤安合格證，主要采用的技術(shù)有：遠距離無源卡、半有源卡和基于 433M ISM 波段的無線通訊有源卡。目前一般電子標簽的價格約為50美分，隨著應(yīng)用市場的進一步擴大，價格將逐步降為25美分甚至5美分。這些標準各自具有不同的特點。標簽中一般保存有約定格式的電子數(shù)據(jù)，在實際應(yīng)用中，無線標簽附著在待識別物體的表面。閱讀器的控制單元擔(dān)負如下任務(wù)與應(yīng)用系統(tǒng)軟件進行通信，并執(zhí)行應(yīng)用系統(tǒng)軟件發(fā)來的命令。一 軟件部分這些軟件都是生產(chǎn)廠家在出廠時固化在模塊中的軟件，負責(zé)對閱讀器接收到的指令進行響應(yīng)和對標簽發(fā)出相應(yīng)的動作指令。由于標簽的非接觸性質(zhì)，因此，我們必須借助于位于應(yīng)用系統(tǒng)與標簽之間的閱讀器來實現(xiàn)數(shù)據(jù)讀寫功能。如圖32所示圖32 RFID系統(tǒng)的組成射頻識別系統(tǒng)是由射頻卡和閱讀器兩部分組成。由于密禍合系統(tǒng)方式的電磁泄漏很小，禍合獲得的能量較大，因而適合要求安全性較高，但不要求作用距離的應(yīng)用系統(tǒng)，例如電子門鎖。嚴格地講，只有離天線無窮遠處才達到天線的遠場區(qū)，但在某個距離上，輻射場的角度分布與無窮遠時的角度分布誤差在允許的范圍以內(nèi)時，即把該點至無窮遠的區(qū)域稱為天線遠場區(qū)。從物理概念上講，無功近場區(qū)是一個儲能場，其中的電場與磁場的轉(zhuǎn)換類似于變壓器中的電場、磁場的交換。盡管RFID技術(shù)在很多領(lǐng)域都具有良好的應(yīng)用前景，并且已經(jīng)逐漸在一些領(lǐng)域開始廣泛應(yīng)用，但是還是有許多因素在制約著RFID技術(shù)的快速發(fā)展。由于射頻識別技術(shù)的獨特優(yōu)勢，逐漸地被廣泛應(yīng)用于物流、交通、生產(chǎn)、運輸、防偽、醫(yī)療、設(shè)備跟蹤、設(shè)備和資產(chǎn)管理等需要采集、處理數(shù)據(jù)和行蹤管理等應(yīng)用領(lǐng)域。電子識別標簽和閱讀器是射頻識別技術(shù)的主要核心部件。然后對射頻識別技術(shù)中的防沖突算法進行研究探討，并對這些算法進行性能比較，最后提出一個性能更好的防沖突算法。數(shù)據(jù)采集分站由CPU處理模塊，外擴SRAM模塊，數(shù)據(jù)傳輸模塊和實時時鐘模塊組成，完成信息的采集、儲存、處理和雙向通訊的功能。系統(tǒng)客戶端向數(shù)據(jù)庫服務(wù)器發(fā)SQL請求，數(shù)據(jù)庫對發(fā)送的SQL請求進行處理后反饋數(shù)據(jù)及結(jié)果。實現(xiàn)了下井作業(yè)人員和井下運輸車輛礦井目標定位、人員考勤、環(huán)境監(jiān)控等功能，保障了煤礦安全生產(chǎn)的能力，提高了生產(chǎn)效率。第6章對整個系統(tǒng)可能存在的干擾問題系統(tǒng)的進行了闡述，并提出了如何抗干擾的方法和論證。第2章介紹了井下RFID系統(tǒng)的總體設(shè)計方案，并詳細闡述了系統(tǒng)的工作流程，另外還對本次設(shè)計的研究任務(wù)做了詳細的安排。天線分析設(shè)計的主要任務(wù)是對天線性能進行比較以選擇一種適合本系統(tǒng)使用的天線，并由仿真軟件ADS完成天線與射頻模塊的匹配工作。具體來說就是把人員的主要信息寫入電子標簽，閱讀器自動從標簽中讀取數(shù)據(jù)，并送往后臺處理。而現(xiàn)有條形碼、光電孔卡以及指紋考勤方式只能對下井人員進行考勤，無法了解井下情況。但這種引進方式成本非常高，很難得到推廣。據(jù)預(yù)測，到2009年，全球的RFID射頻識別技術(shù)的應(yīng)用市場的規(guī)模將由2004年3億美元增至28億美元。而隨著技術(shù)進步，基于RFID射頻識別技術(shù)產(chǎn)品的種類將越來越豐富，應(yīng)用也將越來越廣泛，可預(yù)計，在今后的幾年中，RFID射頻識別技術(shù)將持續(xù)保持高速發(fā)展的勢頭。深圳世紀潮智能科技有限公司與煤炭科學(xué)研究總院重慶分院一起，于2003年8月開始研究“礦井人員跟蹤定位及考勤管理系統(tǒng)”，經(jīng)過資料收集、調(diào)研、方案論證、設(shè)計、試驗室試驗、樣機加工、性能測試、防爆送檢及井下工業(yè)性試驗等階段，歷時近一年半，完成了全部研究內(nèi)容。國內(nèi)曾由中國煤炭部安全司、中國國際技術(shù)咨詢公司連手與安菲斯公司確定合作關(guān)系，決定三方共同在中國煤炭領(lǐng)域推廣PED系統(tǒng)。這個系統(tǒng)使用頂板安裝的天線，用來監(jiān)控裝在每個礦工帽上的小型無源信標()。RFID技術(shù)是一個復(fù)雜的應(yīng)用技術(shù)，它不僅涵蓋了微波技術(shù)與電磁學(xué)理論，而且還涉及通信原理及半導(dǎo)體集成電路技術(shù)，是一項多學(xué)科融合的新興應(yīng)用技術(shù)。項目方案確定利用射頻識別(RFID)技術(shù)，開發(fā)相應(yīng)的井下人員定位監(jiān)控節(jié)點，在需要定位區(qū)域內(nèi)，以以N總線作為主傳輸途徑，建立一個由地面控制中心和井下具有固定位置的各監(jiān)控節(jié)點之間的通信網(wǎng)絡(luò)，通過井下監(jiān)控節(jié)點的無線監(jiān)測與有線傳輸，把數(shù)據(jù)上傳地面控制調(diào)度中心主機。在煤炭行業(yè)管理和安全方面，人的管理是一個十分關(guān)鍵的問題?？梢钥闯?，井下礦工并不是現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控對象，他們在井下的位置和運行軌跡仍然是不得而知的，一旦發(fā)生突發(fā)性災(zāi)難營救工作將無從下手。特別是煤礦重大及特大瓦斯(煤塵)災(zāi)害事故的頻發(fā)，不但造成國家財產(chǎn)和公民生命的巨大損失，增加了社會的不穩(wěn)定團素，而且嚴重影響了我國的國際聲譽。目前，射頻識別技術(shù)在國內(nèi)外發(fā)展很快，各種RFID產(chǎn)品也趨于成熟，已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化，商業(yè)自動化，交通運輸控制管理等眾多領(lǐng)域?；赗FID的井下人員定位系統(tǒng)研究畢業(yè)論文目錄摘要 2 引言 5 第一章 緒論 6 課題的提出 6 選題的意義 7 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 8 國外研究現(xiàn)狀 8 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 8 9 存在的主要問題 10 目前研究熱點 11 論文的研究任務(wù)和工作 12 論文的結(jié)構(gòu)安排 13 第二章 總體方案設(shè)計 14 14 14 16 第三章 RFID技術(shù)研究 17 3．1 概述 17 RFID系統(tǒng)的組成 19 3．4 閱讀器 19 電子標簽 20 20 21 21 22 ．5電子標簽的選型 23 RFID天線研究 24 24 26 第四章 井下部分設(shè)計 27 27 27 28 . 3 電子標簽軟件設(shè)計 34 . 4 電子標簽軟件程序調(diào)試 35 35 閱讀器的硬件設(shè)計 36 閱讀器的軟件設(shè)計 36 第五章 井上部分設(shè)計 38 38 39 第六章 系統(tǒng)的抗干擾 41 41 41 41 41 41 42 42 42 43 43 “看門狗”技術(shù) 43 結(jié)論與展望 45 總結(jié) 45 45 致謝 47 參考文獻 48 附錄 49 引言我國礦井地質(zhì)情況復(fù)雜，危險性事故頻頻發(fā)生，直接威脅著礦工的人身安全，因此煤礦安全生產(chǎn)管理是一個迫在眉睫急需解決的重大問題。然而該技術(shù)在煤炭行業(yè)中的應(yīng)用才剛剛開始，應(yīng)用前景廣闊。實際上，這些事故的發(fā)生不是偶然的，它是煤礦生產(chǎn)過程中存在問題的集中暴露，涉及許多方面。礦難事故發(fā)生后，對遇難的井下工作人員生命的搶救成為首要任務(wù)，決策指揮人員必須全面分析災(zāi)情及其災(zāi)變趨勢，迅速組織偵察工作，準確探明事故性質(zhì)、原因、影響范圍、遇險人員數(shù)量和所在位置，以最快的速度、最短的路線進入災(zāi)區(qū)，營救災(zāi)區(qū)遇險人員。長期以來，大部分礦井，尤其是現(xiàn)代化的礦井，井下都是連續(xù)生產(chǎn)，然而煤礦井下的員工狀況如何，一直是較難查清的問題。于是在地面也能及時的了解到井下各個區(qū)域的人員狀況。因此，對RF功技術(shù)的深入研究具有深遠的理論意義。1990年8月，美國安菲斯公司利用超低頻信號的穿透力研制開發(fā)的世界唯一一套可實現(xiàn)超低頻信號穿透巖層進行傳輸?shù)臒o線急救通訊系統(tǒng)(PED，即Personal Emergeney Device系統(tǒng))在悉尼附近的一所煤礦投入使用。 1998年，人同礦務(wù)局在人同煤峪口礦安裝了中國第一套PED系統(tǒng)。礦井人員跟蹤定位及考勤管理系統(tǒng)在完成了全部開發(fā)設(shè)計、樣機生產(chǎn)加工、實驗室性能測試和防爆檢測檢驗后，成套產(chǎn)品于2004年10月在重慶松藻煤電集團公司二礦、西山焦煤集團屯蘭礦、山西離柳焦煤集團有限公司朱家店煤礦第二坑口等地進行了現(xiàn)場安裝和工業(yè)性試驗?！】傮w而言，RFID射頻識別技術(shù)當(dāng)前發(fā)展趨于標準化、低成本、低差錯率、高安全性、低功耗。如果目前有關(guān)RFID電子標簽的單個條款能得到廣泛接納，RFID射頻識別技術(shù)單品級的應(yīng)用市場份額有可能遠遠超過這個數(shù)字——1年中將有超過萬億的郵件使用RFID電子標簽。像美國安菲斯公司與煤炭部安全司、中國國際技術(shù)咨詢公司連手在大同礦務(wù)局的大同煤峪口礦安裝了中國第一套 PED 系統(tǒng)后就很少在其它煤礦企業(yè)得到應(yīng)用。（2）考勤時間長、效率低國內(nèi)一些煤炭科研機構(gòu)曾利用紅外線編碼識別技術(shù)自行研制了井下人員識別裝置，彌補井下人員監(jiān)測的不足。基于此目的，本文把整個課題的研究任務(wù)分為以下三個部分來完成:RFID技術(shù)研究這個部分重點介紹了射頻識別系統(tǒng)的原理組成、工作方式以及射頻識別技術(shù)的物理基礎(chǔ)。閱讀器軟件設(shè)計主要完成閱讀器與電子標簽的通信流程設(shè)計。第3章對RFID的技術(shù)研究做了詳細的介紹，然后分別對電子標簽和閱讀器展開了闡述，并且詳細的探討了電子標簽的選型，工作頻率的選取，以及標簽的成本等。最后對論文進行了總結(jié)和展望。整個系統(tǒng)又可分為井上部分和井下部分兩個部分來介紹。(3)數(shù)據(jù)通信服務(wù)器數(shù)據(jù)通信服務(wù)器負責(zé)收集與發(fā)送井下信息，它是整個井下人員定位系統(tǒng)數(shù)據(jù)的來源。數(shù)據(jù)采集分站的設(shè)計主要考慮了它與各個閱讀器的傳輸距離和通信方式問題。(3)數(shù)據(jù)采集站(閱讀器)與標簽(電子標簽)的設(shè)計閱讀器與電子標簽的設(shè)計分為硬件設(shè)計和控制程序兩個模塊來完成。通過相距幾米到幾百米距離內(nèi)閱讀器發(fā)射的無線電波，可以讀取識別標簽內(nèi)儲存的信息，識別電子標簽代表人、物品或者器具的身份。隨著迅速發(fā)展的大規(guī)模集成電路技術(shù)和不斷擴大的生產(chǎn)規(guī)模，射頻識別設(shè)備的成本將不斷降低，其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒃絹碓綇V泛。當(dāng)前，RF