【正文】 簽工作在同一頻率，當(dāng)它們處于同一個閱讀器的作用范圍內(nèi)時，在沒有防沖突機制的情況下，信息傳輸過程將產(chǎn)生沖突，導(dǎo)致信息讀取失敗。圖35 閱讀器與閱讀器之間的干擾(2)多個閱讀器對識別標(biāo)簽的干擾:指的是多個閱讀器同時讀取1個標(biāo)簽，標(biāo)簽受到頻率干擾，讀取數(shù)據(jù)失敗。當(dāng)前廣泛使用的無源郡ID系統(tǒng)并沒有可靠安全機制，無法對數(shù)據(jù)進行很好的保密。標(biāo)簽計劃采用突發(fā)跳時擴頻工作模式，瞬時通訊速率為：1Mbps，由于采用了跳時制擴頻通訊機制，在一個閱讀器子站的有效作用范圍內(nèi)可以同時容納 256 個甚至更多的標(biāo)簽，以 50KM/H 的移動速度通過時保證 100％的識讀率，漏讀率為 0。所以確定讀卡周期＝ 秒，讀卡時間＝120uS：讀卡距離取決與發(fā)射功率和接受靈敏度，按開闊地電磁波衰減公式：［Lfs］(dB)=+20lgd(km)+20lgf(MHz)如果發(fā)射功率為 0dbm，F(xiàn)=2400MHZ，接受靈敏度為90dbm，卡天線增益為3db，閱讀器天線增益為 0db，通訊距離為 d，大氣隨機衰落為 30db，20log(d)＝(2400)330=43d==71m，滿足讀卡距離 50 米的要求，如果讀卡天線增益為 3db，則讀卡距離達 100 米，如果讀卡天線增益為 10db，則讀卡距離達 224 米。MCU通過SPI總線接收信息。該器件采用周限正L高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS一51指令集和輸出管腳相兼容。其引腳如下圖42所示:圖42 AT89C51引腳圖AT89C51主要特性與MCS一51兼容。5個中斷源。射頻收發(fā)電路射頻收發(fā)單元是是井下數(shù)據(jù)采集交換的主要方式，是射頻識別技術(shù)在礦井定位系統(tǒng)中的應(yīng)用。所需外圍器件很少。在發(fā)送模式下，以5dBm的功率發(fā)射時。NRF24EI的微控制器中有256字節(jié)的數(shù)據(jù)RAM和512字節(jié)的ROM。采用16MHz的晶振可同時CPU和收發(fā)單元內(nèi)部頻率合成器提供參考時鐘。當(dāng)SPI_CTRL設(shè)定為01時Pl口可作為SPI口使用，此時只能作為主機。nRF24EI收發(fā)器的收發(fā)任務(wù)由RADIO口控制，通過天線接口進行收/發(fā)操作。 PWR_UP=1，CE=1，CS=O時為收發(fā)方式。④ShockBurst。④當(dāng)收到一個有效的數(shù)據(jù)包(正確的地址和CRC)，nRF24EI子系統(tǒng)移去前綴、地址和CRC位。這意味著:①nRF24E1通過一個天線，能夠接收兩個頻率相差8MHz(8個頻率通道)的 1Mbps發(fā)射器(如nRF24EnRF2401或nRF2402)發(fā)送的數(shù)據(jù)。nRF24E1內(nèi)有一個低功耗的RC振蕩器。其中XC1和XC2為外部晶振引腳，IREF用于連接外部偏置參考電阻。電子標(biāo)簽軟件設(shè)計要考慮兩大方面的問題:降低功耗和防碰撞問題。因此利用NRF24E1內(nèi)部的定時喚醒功能，采用定時喚醒、間隔發(fā)送的方式發(fā)送射頻信號，即:電子標(biāo)簽每發(fā)射完一次射頻信號，就會進入掉電模式，等待設(shè)定時間后被喚醒，再發(fā)射一次射頻信號，然后再進入掉電模式，依次循環(huán)。. 3 電子標(biāo)簽軟件設(shè)計電子標(biāo)簽原理圖大體如下圖43所示圖43電子標(biāo)簽?zāi)K原理圖其中控制單元為AT89C2051，上面已經(jīng)對它做了詳盡的介紹。nRF24E1必須用高精度的晶振，為了支持1Mbit/s的傳輸速率，設(shè)計時還必須采用16MHz以上的晶振。同時，也降低了對CPU性能的要求。CE為低，重新開始新的接收。②將CE置高，激活RX。②接收節(jié)點地址和有效數(shù)據(jù)按時序被送到NRF24E1子系統(tǒng)，可通過應(yīng)用協(xié)議或CPU設(shè)置，使這個速度小于1Mbps。程序運行后，保持默認值，直到程序通過RADIO寄存器改變各位的值。A/D轉(zhuǎn)換器默認配置為10位，為滿足需要，可通過軟件使其工作于6位、8位或12位方式。其中，復(fù)位后，將被引導(dǎo)程序激活并連接到啟動閃存的硯上。其P0和P1也和標(biāo)準(zhǔn)8051有所不同，其它大部分的SFRs均與標(biāo)準(zhǔn)8051相同。NRF24EI的CPU集成了2個數(shù)據(jù)指針，以便于和外部RAM進行數(shù)據(jù)傳遞。nRF24EI芯片可以在世界公用的ISM(工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)學(xué))。待機電流可低至2uA，同時器件還帶有喚醒定時器。但RAM，定時器，計數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。32可編程I/O線。AT89C2051共有20個引腳，它只繼承了8031最重要的引腳，體積小巧。AT89C2051(在標(biāo)簽的控制單元中使用)，是一種帶ZK字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機。電子標(biāo)簽是指佩戴在員工身上的的射頻信號收發(fā)器，它由天線和專用芯片及外圍電路組成，又叫做射頻卡、射頻標(biāo)簽、數(shù)據(jù)載體。電池工作壽命：2 年由上述目標(biāo)導(dǎo)出下列產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：：由于 頻段較高，我們選擇通訊速率為 1Mbps，GFSK 調(diào)制，在此頻段再降低通訊速率對提高信噪比并不明顯，反而會增加通訊時間導(dǎo)致功耗增加電池壽命縮短，我們僅需讀取卡號（4 byte）、工作狀態(tài)（1 byte）、電池電壓（1 byte）、校驗碼（1 byte）、幀結(jié)構(gòu)和管理（起始 地址 幀長 CRC 2，6 byte）共 13 byte，射頻發(fā)送時間約為 120uS 。電子標(biāo)簽的設(shè)計是本次設(shè)計中的重點設(shè)計和研究的對象。該法通過空間來分割巷道，將井下的多點對多點的通訊問題轉(zhuǎn)化為井下多個監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的點對多點的通訊問題，達到了防止閱讀器碰撞的目的。這種情形往往發(fā)生在閱讀器工作范圍不重疊的區(qū)域，如圖35所示。然而，一個圓極化天線在接收一個線極化波時，其有效增益要比同增益線極化天線低 3dB。如金屬物體對電磁信號有衰減作用，金屬表面對信號有反射作用，以及金屬和寬頻信號源產(chǎn)生的電磁屏蔽和電磁干擾等影響。這里，我選的是DC8320B有源電子標(biāo)簽。()在美國。主要應(yīng)用于距離較短和成本較低的系統(tǒng)中，比如門禁控制、校園卡、貨物跟蹤等。5）超低功耗：更健康、更安全和更長的電池壽命。這些產(chǎn)品都有其固有缺陷而難以在煤礦普及使用，其缺陷主要表現(xiàn)在以下幾個方面：遠距離無源卡、半有源卡的缺點：需要大功率輻射的讀卡設(shè)備，不可能達到煤安要求，且高場強的讀取電波輻射也是難以滿足煤安要求的，且可能對人體造成傷害；其次無源卡對人體感應(yīng)、卡與讀取天線的相對方向、金屬物接近等十分敏感，造成讀卡不可靠，不可能做到盲讀，所以沒有真正在井下成功應(yīng)用的案例。Smartcode公司宣布他們擁有一項專利的生產(chǎn)過程可以降低射頻標(biāo)簽的生產(chǎn)成本。目前，EPC標(biāo)準(zhǔn)在案例方面和企業(yè)支持力度方面具有一定的領(lǐng)先優(yōu)勢，已經(jīng)成功地實現(xiàn)了從GENI到GENZ的演進，許多符合GENZ的產(chǎn)品已經(jīng)面世。射頻標(biāo)簽根據(jù)商家種類的不同能儲存從512字節(jié)到4兆不等的數(shù)據(jù)。控制與標(biāo)簽的通信過程。主要包括以下軟件，控制天線發(fā)射的開、關(guān)，控制閱讀器的工作模式，完成與主機之間的數(shù)據(jù)傳輸和命令交換等功能。一般閱讀器主要有以下功能，標(biāo)簽與閱讀器之間可以進行通信。閱讀器一般由天線、通信模塊、控制模塊和接口電路組成。:遙禍合系統(tǒng)的典型作用距離可以達到lm。射頻識別系統(tǒng)中的標(biāo)簽與閱讀器之間的作用距離是射頻識別系統(tǒng)的一個重要指標(biāo)。如果在其附近還有其他金屬物體，這些物體會以類似電容、電感藕合的方式影響儲能場，因而也可以將這些金屬物看作組合天線(原天線與這些金屬物組成的新的天線)的一部分。當(dāng)前，RFID系統(tǒng)在各項應(yīng)用中的研究熱點主要集中在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、標(biāo)簽成本、技術(shù)研究和應(yīng)用等幾方面。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。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(biāo)簽內(nèi)儲存的信息，識別電子標(biāo)簽代表人、物品或者器具的身份。(3)數(shù)據(jù)采集站(閱讀器)與標(biāo)簽(電子標(biāo)簽)的設(shè)計閱讀器與電子標(biāo)簽的設(shè)計分為硬件設(shè)計和控制程序兩個模塊來完成。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)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。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。最后對論文進行了總結(jié)和展望。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(biāo)簽和閱讀器展開了闡述，并且詳細的探討了電子標(biāo)簽的選型，工作頻率的選取，以及標(biāo)簽的成本等。閱讀器軟件設(shè)計主要完成閱讀器與電子標(biāo)簽的通信流程設(shè)計?；诖四康?，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)。（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。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。如果目前有關(guān)RFID電子標(biāo)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(biāo)簽?！】傮w而言，RFID射頻識別技術(shù)當(dāng)前發(fā)展趨于標(biāo)準(zhǔn)化、低成本、低差錯率、高安全性、低功耗。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。 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)。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。因此，對RF功技術(shù)的深入研究具有深遠的理論意義。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。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。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(zhǔn)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。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。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。關(guān)鍵詞：RFID 閱讀器 電子標(biāo)簽 CAN總線 防沖突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(biāo)簽 20 20 21 21 22 ．5電子標(biāo)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(biāo)簽軟件設(shè)計 34 . 4 電子標(biāo)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。最終并完成了監(jiān)控節(jié)點硬件、電子標(biāo)簽軟件、監(jiān)控節(jié)點軟件等設(shè)計。因此，建立一套完善的煤礦井下人員定位系統(tǒng)具有重大現(xiàn)實意義。礦井下員工的具體位置與分布情況等重要數(shù)據(jù)不能及時傳到井上監(jiān)制中心，這些都是礦難事故頻發(fā)而營救效率十分低下的癥結(jié)所在。在以上基礎(chǔ)上，論文提出了一套基于RFID與CAN總線技術(shù)的煤礦井人員定位系統(tǒng)解決方案，對方案的系統(tǒng)構(gòu)架、設(shè)計框圖、硬件原理以及軟件實現(xiàn)進行了詳盡的描述。例如高速公路收費的車載RFID系統(tǒng)，電子門鎖防盜裝置等需要信息識別的場合。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。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?？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。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。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。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，