【正文】 第一:采用大容量的紐扣電池，因此采用cR2450(標稱容量570mAh)。電子標簽的設計不但要求體積小、重量輕、便于攜帶，而且要求功耗要非常低、電池壽命足夠長。喚醒定時器和看門狗的定時時間約為30Ous一8OmS，其默認值為10ms。使用第二個數(shù)據(jù)頻道必須滿足要求:第二數(shù)據(jù)頻道的工作頻率至少比第一個頻道的工作頻率高8MHz。⑦CPU按時序以適當?shù)乃俣?如 1Okbps)把有效數(shù)據(jù)取出。*數(shù)據(jù)高速發(fā)送(250kbPs或1Mbps，可由用戶配置決定)。PWPWR_UP=0時關機。為了滿足射頻收發(fā)子系統(tǒng)的需要，RADIO口的默認值與標準8051的P2默認值也不一樣。A/D轉(zhuǎn)換器可在ARFE輸入和內(nèi)部 。各個引腳的復用功能如表41所示表41 P0口引腳的復用功能引腳(DIO9)(DIO2)復用功能WMPT1T0INT1INT0TXDRXDGPIOPO口有兩個控制寄存器PO_ALT和PO_DIR，分別位于OX94和OX95地址處。如果不使用內(nèi)部的ROM，程序代碼必須從外部非易失性存儲器中加載。NRF24EI的中斷控制器支持ADC、SPI、RF接收器RF接收器喚醒定時器、5個中斷源。該芯片的通道運算時間小于200us，數(shù)據(jù)速率為1MbPs，不需要外接濾波器，內(nèi)部嵌有與8051兼容的微處理器和10位9輸入的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，作。內(nèi)含增強型8051控制器。片內(nèi)振蕩器和時鐘電路。數(shù)據(jù)保留10年的時間。AT89C2051片內(nèi)含有2K字節(jié)的Flash程序存儲器，128字節(jié)的片內(nèi)RAM。外部晶振選擇16MHz。4．高速閱讀：按 50Km/小時速度通過 50M 的讀卡距離，選取 秒的工作周期則可以至少讀取 5 次，可以保證盲讀的可靠性。根據(jù)國家煤安總局相關標準要求和已有技術(shù)條件，本課題系統(tǒng)期望達到下述技術(shù)指標：讀卡能力：無遺漏同時讀取多（64）張卡，實現(xiàn)高可靠的讀卡。如何在不增加太多成本的同時提高電子標簽的安全性是一個有待進一步研究問題。圖36 多個閱讀器對標簽的干擾解決井下的射頻識別碰撞問題是實現(xiàn)井下人員區(qū)域定位的關鍵。在井下人員區(qū)域定位中存在著射頻閱讀器碰撞和射頻識別標簽碰撞。根據(jù)前面分析，在考慮天線極化匹配的理想情況下，閱讀器接收天線的增益不低于 0dB，但是在煤礦井下，由于巷道狹長窄小、還布滿各種線纜的傳輸媒介，電子標簽的狀態(tài)隨機變化，電磁波在這樣的環(huán)境空間傳播時，極化方向勢必發(fā)生變化，致使接收信號質(zhì)量變差，系統(tǒng)不可靠。目前，有關RFID天線的研究主要集中在研究天線結(jié)構(gòu)和環(huán)境因素對天線性能的影響上。存儲區(qū)供用戶進行加密讀、寫、擦除再寫操作，還開辟指定用戶專用的永久專用字區(qū)。高頻標簽屬于中短距識別，識別距離通常也小于lm。因此，我們應該根據(jù)實際應用的場合，合理地選擇標簽工作頻率，以達到最佳工作效率。RFID系統(tǒng)工作頻率可分為低頻 (125KHZ)、高頻()、超高頻(868一954MHz)以及微波()4種頻率。2）防沖突：先進的防碰撞算法技術(shù)，在 5800 個標識。圖 33 Smartcode公司推出的世界最小的標簽芯片電子標簽內(nèi)加裝電池稱為有源卡，不加裝電池稱為無源卡。因此，制造低成本的標簽，是解決問題的關鍵所在，許多大公司投入大量人力物力，進行低成本標簽的研究。技術(shù)標準國際上制定RFID標準的組織比較著名的有三個ISO， EPcglobal以及日本的 UbiquitousIDCenter，這三個組織對RFID技術(shù)應用規(guī)范都有各自的目標與發(fā)展規(guī)劃。 電子標簽無線電子標簽技術(shù)是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數(shù)據(jù)，識別工作無須人工干預，可工作于各種惡劣環(huán)境。對發(fā)射信號進行調(diào)制，用于將數(shù)據(jù)傳送給標簽。，能夠標識電池相關信息，如電量等。3．4 閱讀器閱讀器是RFID系統(tǒng)的主要部分之一。所有的遠距離系統(tǒng)均是利用標簽與閱讀器天線輻射遠場區(qū)之間的電磁藕合(電磁波的發(fā)射與反射)所構(gòu)成的無接觸空間信息傳輸通道工作的。密禍合系統(tǒng)利用的是射頻標簽與閱讀器天線的無功近場區(qū)之間的電感藕合(閉合磁路)構(gòu)成的無接觸的空間信息傳輸射頻通道工作的。輻射遠場區(qū)即人們常說的遠場區(qū)，又稱為夫朗荷費區(qū)。一無功近場區(qū)無功近場區(qū)又稱為電抗近場區(qū)，它是天線輻射場中緊鄰天線口徑的一個近場區(qū)域。總之，在未來的發(fā)展中，射頻技術(shù)將廣泛結(jié)合其它高新技術(shù)1171，如GPS、生物識別技術(shù)等，由單一識別向多功能識別方向發(fā)展。在數(shù)據(jù)安全方面，除標簽的密碼保護外，數(shù)據(jù)部分可用一些算法實現(xiàn)安全管理，識別標簽和射頻閱讀器之間也可相互認證，實現(xiàn)安全通信和存儲。另外，系統(tǒng)還給出了抗干擾技術(shù)等其他可擴展性的內(nèi)容。這一部分上面已經(jīng)完成。電子標簽設計過程中，考慮了數(shù)據(jù)的碰撞問題以及如何用載波偵聽算法實現(xiàn)數(shù)據(jù)的防碰撞。本課題的系統(tǒng)客戶端使VisualC++，基于windowsXP操作系統(tǒng)，采用C++語言進行系統(tǒng)開發(fā)，開發(fā)軟件系統(tǒng)所需實現(xiàn)的功能。兩系統(tǒng)之間通過CAN總線連接。然后還給出了如何利用CAN總線實現(xiàn)與PC機之間串口通信的方法。指出安全生產(chǎn)中的重要一環(huán)是人員的管理與識別。在對高頻接口的研究中，根據(jù)本系統(tǒng)的要求，選用一種比較合適的接收機和發(fā)射機方案。（5）故障率高、可靠性不夠井下環(huán)境惡劣，設備容易受損，故障時有發(fā)生，人員識別信息容易丟失。從自動識別技術(shù)發(fā)展起來之后，包括科研、院校、設計院等單位自行開發(fā)研制針對各個煤礦企業(yè)的考勤系統(tǒng)。國內(nèi)也曾引進國外的先進設備，像 PED 系統(tǒng)。系統(tǒng)和模塊將達到：可替換性更好，也更普及。RFID射頻識別技術(shù)將大量的來自完全不同的專業(yè)領域的技術(shù)（例如，高頻技術(shù)、電磁兼容技術(shù)、半導體技術(shù)、數(shù)據(jù)保護和密碼學技術(shù)、電信技術(shù)、制造技術(shù)等）綜合起來。到門前為止國內(nèi)部分礦井，尤其是現(xiàn)代化礦一井都安裝了識別系統(tǒng)，用以取代以前依據(jù)礦燈管理來對下井人員進行管理。 國內(nèi)研究現(xiàn)狀我國監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)起步較晚，自1974年以來，僅有幾種單一的瓦斯監(jiān)測儀器投入使用，如AYJ1，AWBY ，MJC100等，實現(xiàn)了對瓦斯的連續(xù)監(jiān)測。澳大利亞芒特艾薩礦業(yè)公司開發(fā)了一種人員探測系統(tǒng)，用于監(jiān)測礦工進入危險地帶。目前RFID技術(shù)正在成為一個新的經(jīng)濟增長點在全球范圍內(nèi)蔓延開來，研究開發(fā)RFID技術(shù)有著巨大的經(jīng)濟效益和社會意義。不僅加強了煤炭行業(yè)的生產(chǎn)與安全管理，使生產(chǎn)調(diào)度及時、準確，更得使煤礦的安全生產(chǎn)保障系統(tǒng)大大提高?；谏鲜鲈?，我們在廣泛調(diào)研了國內(nèi)的科研院所及現(xiàn)代化礦井后，提出了一種以RFID與CAN技術(shù)為基礎的煤礦井下人員定位系統(tǒng)的設計，該系統(tǒng)具有考勤管理功能、安全保障功能功能、生產(chǎn)調(diào)度功能、信息聯(lián)網(wǎng)功能以及禁區(qū)報警功能，滿足現(xiàn)代化礦井的安全監(jiān)控要求，對煤炭的安全生產(chǎn)必將起到重大的推動作用。但是，現(xiàn)有的礦井監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測對象主要有兩種，一是環(huán)境安全監(jiān)測:監(jiān)測各種有害氣體及工作面的作業(yè)條件，如瓦斯?jié)舛?、一氧化碳、氧氣濃度、風速、空氣溫度、壓力、粉塵濃度等等。據(jù)調(diào)查煤礦事故占工礦企業(yè)一次死亡10人以上特大事故的 %%(2002一2005年)。RFID技術(shù)不僅可以識別高速運動物體，并可同時識別多個標簽，實現(xiàn)對下井人員進行考勤記錄、定位記錄、追蹤記錄，實時掌握井下每個工作人員的動態(tài)信息及工作人員在井下的位置分布情況，并可對歷史記錄進行統(tǒng)計打印等。也可以添加更多的功能模塊對系統(tǒng)做不同的擴充，實現(xiàn)語音、短信等功能。針對人員定位系統(tǒng)通信網(wǎng)絡的選擇上，論文對現(xiàn)有工業(yè)現(xiàn)場常見技術(shù)，包括RS485總線、工業(yè)以太網(wǎng)、CAN現(xiàn)場總線、基金會現(xiàn)場總線(FF，F(xiàn)UNDATIONFIELDBUS)和PROFIBUS現(xiàn)場總線進行了對比，認為CAN現(xiàn)場總線在性能、協(xié)議、抗干擾以及成本上都具有一定的優(yōu)勢。2011 年 3 月 18 日摘要安全生產(chǎn)、保障礦工的生命安全是煤炭行業(yè)永恒的主題，研制新型的煤礦井下人員定位系統(tǒng)是保證井下工作人員安全、實現(xiàn)快速救援的重要手段。最后討論了系統(tǒng)的調(diào)試及抗干擾措施。這套系統(tǒng)的創(chuàng)新在于綜合應用了射頻識別技術(shù)、計算機通信以及CAN總線技術(shù)等多項先進的技術(shù)，來實現(xiàn)對礦井的自動監(jiān)控與定位。在正常的日常生產(chǎn)活動中，有效的管理系統(tǒng)能夠帶來較高的勞動效率，在災害發(fā)生時，管理系統(tǒng)所記錄的人員最后的位置，將對及時的營救起到至關重要的作用。第一章 緒論 課題的提出目前我國的煤炭產(chǎn)量居世界第一位。更讓人擔憂的是，煤礦井下普遍存在入井人員管理困難，難以及時掌握井下人員的動態(tài)分布及作業(yè)情況，一旦事故發(fā)生，對井下人員的搶救缺乏可靠信息，搶險救災、安全救護的效率低。特別是在搜尋井下遇險人員的過程中，救護隊員只能依靠反映礦井現(xiàn)實情況的有關圖紙以及事故現(xiàn)場偵察得來的各種信息展開搶救工作。隨著無線通信、自動識別和計算機網(wǎng)絡技術(shù)在煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)測應用領域中的不斷發(fā)展，如何確定災害事故中遇險人員的具體情況和分布位置得到進一步地解決。平時用來指揮生產(chǎn)做出優(yōu)化決策，使生產(chǎn)指揮高效。隨著射頻識別技術(shù)的興起，國外也加快了這一領域的發(fā)展，并成功地將其應用到了井下人員定位監(jiān)控系統(tǒng)中。該系統(tǒng)能夠提供一些預先編制好的緊急信息，這些信息在緊急情況出現(xiàn)時自動生成。80年代后期，在引進外國設備的同時，消化、吸收了制造技術(shù)，并結(jié)合我國煤礦的實際情況，先后研制出自己的監(jiān)控系統(tǒng)，如KJ1，KJ2，KJ4，A1，KJ10，KJll，KJ22，KT，KJ95及焦作工學院研制的KJ93礦井安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)等，并在我國煤礦大批使用，有的系統(tǒng)已達到國際先進水平。Tec )為專業(yè)致力于RFID產(chǎn)品戰(zhàn)略研究的高科技公司。讀寫器性能將達到：多功能（與條碼識讀集成、無線數(shù)據(jù)傳輸、脫機工作等）；智能多天線端口；多種數(shù)據(jù)接口（RS232，RS422／485，USB，紅外，以太網(wǎng)口）；多制式兼容（兼容讀寫多種標簽類型）；小型化、便攜式和嵌入式，以及模塊化；多頻段兼容；成本更低。國際郵聯(lián)目前已經(jīng)做出決議，并且正在積極推進高效、低成本的RFID射頻識別技術(shù)解決方案在世界各國郵政監(jiān)管中的應用。國內(nèi)自行研制的通訊設備針對各個煤礦的具體情況，通用性不夠。（3）維護量大，成本高像紅外線編碼識別技術(shù)需要系統(tǒng)對礦燈進行改造和維護，工作量均比較大。閱讀器研究閱讀器是整個應用系統(tǒng)的核心，沒有它，根本不能談應用。首先，制定了應用程序的整體框架并使用MFC中的MSC0MM控件完成PC機與閱讀器的通信。第4章是對井下系統(tǒng)的設計，主要是電子標簽和閱讀器的軟硬件設計。 第二章 總體方案設計整個礦井目標監(jiān)控與定位系統(tǒng)由兩大部分組成，分為井上控制系統(tǒng)和井下數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。井上部分由中心站主機與傳輸接口組成的井上部分，主要是軟件操作平臺，按照功能劃分為實時監(jiān)控子系統(tǒng)與信息管理子系統(tǒng)，具體將在下面的軟件設計中介紹。井下部分井下部分是整個系統(tǒng)的核心，主要由閱讀器和電子標簽組成，閱讀器固定安裝在巷道的進出口、交叉道口、工作面、重要酮室、危險場合(如盲巷)、地面主要出入口等位置，不斷地進行數(shù)據(jù)巡檢和信號采集。這篇論文的目的就是利用射頻識別技術(shù)來設計一個礦井信息采集與定位系統(tǒng)。因本項目規(guī)模較大，在該項目的進行中，便攜式電子標簽卡的相關設計將是本人研究的重點。當某個商品貼上一個電子識別標簽后，從它在工廠的流水線上開始，到被擺上商場的貨架，再到消費者購買后結(jié)賬，甚至到標簽最后被回收的整個生產(chǎn)、運輸和銷售過程都能夠被追蹤管理。在歐洲、北美、大洋洲、非洲南部及亞太地區(qū)，射頻識別技術(shù)被廣泛應用于很多行業(yè)，如汽車、火車等交通監(jiān)控系統(tǒng)，高速公路自動收費系統(tǒng)，停車場管理系統(tǒng)，流水線生產(chǎn)自動化系統(tǒng)，物品追蹤識別管理，人員及行李安全出入境檢查，倉儲管理，車輛防盜，動物管理等。電子標簽和閱讀器通過各自的天線構(gòu)建起二者之間非接觸的信息傳輸通道，這種空間傳輸通道的性能完全由天線的周圍場區(qū)特性所決定。輻射場區(qū)的電磁場已經(jīng)脫離了天線的束縛，并作為電磁場進入空間。根據(jù)射頻識別系統(tǒng)作用距離，標簽天線與閱讀器天線之間的藕合可以分為三類:密藕合系統(tǒng)、遙禍合系統(tǒng)和遠距離系統(tǒng)。和密藕合系統(tǒng)一樣，遙禍合系統(tǒng)利用的也是射頻標簽與閱讀器天線的無功近場區(qū)之間的電感禍合(閉合磁路)構(gòu)成的無接觸的空間信息傳輸射頻通道，但相對于密藕合系統(tǒng)來說，遙藕合系統(tǒng)由于識別距離的增大，導致電磁泄漏量增大，禍合獲得的能量就比較小。不同的射頻卡能量來源不同，有源標簽自帶有電源模塊，而無源標簽則靠閱讀器天線發(fā)射的能量信號獲得能量驅(qū)動后端電路工作。，具有防沖突能力。，進而控制發(fā)送的信息，或者將接收到的模擬信號解碼成數(shù)字信號，進行數(shù)據(jù)解碼、防碰撞等。對于復雜系統(tǒng)，控制單元還可能具有以下功能執(zhí)行防沖突算法。例如，標簽能夠提供產(chǎn)品生產(chǎn)，運輸，存儲情況，也可以辨別機器，動物和個體身份。目前常用的RFID國際標準主要有 ISO/IEC18000標準，ISO18000只規(guī)定了空氣接口協(xié)議，對數(shù)據(jù)內(nèi)容和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)無限制，因此可用于EPC。這一標簽會支持電子產(chǎn)品碼標準。通常將卡集成在礦燈里，這對礦燈的使用是有疑問的，由于讀卡能力太弱，不能實現(xiàn)可靠的盲讀，市場反應并不太好，只有少數(shù)的礦在試用。在進行上述的調(diào)研和分析后，本系統(tǒng)使用的是對數(shù)據(jù)通信范圍較廣的有源電子標簽。高頻頻段能量相對較高，數(shù)據(jù)傳輸率大，且通訊質(zhì)量較好，適于長距離應用。但是礦井巷道內(nèi)情況十分復雜，巷道中有鋼軌、支架、照明線和動力電纜等，巷道壁凹凸不平，巷道縱橫交錯、拐彎抹角。DC8320B有源電子標簽是DC8310B的升級版，在此基礎之上增加了定位、防水等功能；2. RFID天線研究標簽天線和閱讀器天線分別承擔接受能量和發(fā)射能量的作用。通過分析計算電波在空間傳輸?shù)膿p耗，對天線增益指標提出了要求，這里我們再對天線的具體設計思路給出分析： 頻率的波長是 。鑒于多個RFID電子標