【正文】 了初步的研究。 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)計的研究任務做了詳細的安排。指出安全生產(chǎn)中的重要一環(huán)是人員 的管理與識別。接著設(shè)計數(shù)據(jù)庫，最后對系統(tǒng)中所要完成的各個操作流程進行程序設(shè)計。 應用系統(tǒng)設(shè)計 在前面的理論研究和硬件設(shè)計的基礎(chǔ)上，本部分對實際的井下人員定位系統(tǒng)的 PC機操作界面和數(shù)據(jù)庫進行設(shè)計。天線分析設(shè)計的主要任務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。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 。閱讀器設(shè)計分為硬件設(shè)計和軟件設(shè)計兩個模塊。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。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。 （ 5）故障率高、可靠性不夠 井下環(huán)境惡劣，設(shè)備容易受損，故障時有發(fā)生，人員識別信息容易丟失。包括其它一些考勤方式在內(nèi)，系統(tǒng)使用壽命短，投入成本高。但包括條形碼、光電孔卡以及指紋在內(nèi)的這些識別方式在人員集中的時段和地點考勤時間長，效率低，無法解決排隊考勤的現(xiàn)狀。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。從自動識別技術(shù)發(fā)展起來之后，包括科研、院校、設(shè)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)。 （ 3）技術(shù)力量不成熟 國內(nèi)對井下無線通訊、遙測監(jiān)測技術(shù)的研究尚處于起步階段，目前還只是相關(guān)理論的研究，開發(fā)研制自主產(chǎn)品還需時間。 （ 2）不符合國內(nèi)煤炭行業(yè)的實際情況 我國人口眾多，現(xiàn)有煤礦職土超過百萬，職工素質(zhì)普遍較低，國外設(shè)備的引進無法滿足各個煤礦的實際需要。但這種引進方式成本非常高，很難得到推廣。國內(nèi)也曾引進國外的先進設(shè)備，像 PED 系統(tǒng)。 就技術(shù)來講目前有兩大發(fā)展內(nèi)容：發(fā)展智能安全技術(shù)，增強通訊安全性，即 RFID電子標簽芯片增加各種加密解密算法，將在原接觸卡中才能使用的各種加密解密算法移植到非接觸電子標簽芯片上，或者開發(fā)適合于非接觸 RFID電子標簽芯片應用的加密解密算法，這目前主要集中在 ，適合取代原接觸加密卡領(lǐng)域；發(fā)展超高頻低成本 單品級技術(shù)，超高頻頻段 RFID射頻識 別系統(tǒng)具有識別距離遠、識別速度快、多標簽識別效率高和標簽成本低等優(yōu)點，尤其是低成本和單品級產(chǎn)品適合物流控制與管理領(lǐng)域。這將是繼零售供應鏈 RFID電子標簽產(chǎn)品的應用之后， 全球使用 RFID射頻識別技術(shù)產(chǎn)品的第 2大行業(yè)。 據(jù)預測，到 2020年，全球的 RFID射頻識別技術(shù)的應用市場的規(guī)模將由 2020年 3億美元增至 28億美元。系統(tǒng)和模塊將達到：可替換性更好，也更普及。管理系統(tǒng)將達到：高頻近距離系統(tǒng)具有更高智能、安全特性；超高頻遠距離系統(tǒng)性能更完備，系統(tǒng)更完善。具體表現(xiàn)在，基于 RFID射頻識別技術(shù)的電子標簽產(chǎn)品將達到：芯片所需的功耗更低，無源標簽、半有源標簽技 術(shù)更趨成熟；作用距離更遠；無線可讀寫性能更加完善；適合高速移動物品識別；快速多標簽讀／寫功能；一致性更好；強場強下的自保護功能更完善；智能性更強；成本更低。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，應用也將越來越廣泛，可預計，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。 RFID射頻識別技術(shù)將大量的來自完全不同的專業(yè)領(lǐng)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。該公司已經(jīng)研制成功了井下人員定位系統(tǒng)。上海秀派電子科技公司 (ShangHai Super Eleamp。 深圳世紀潮智能科技有限公司與煤炭科學研究總院重慶分院一起，于 2020 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。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 9 管理。這些系統(tǒng)主要也是側(cè)重于安全參數(shù)的檢測，而沒有對下井人員進行實時監(jiān)控。結(jié)果證明 PED 系統(tǒng)信號司以穿透巖層傳播并覆蓋到全部生產(chǎn)區(qū)，發(fā)出和收到信號準確率為 100%，最遠穿透距離達 公里。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)。 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。該系統(tǒng)可以直接連接現(xiàn)有的監(jiān)控設(shè)備，可以監(jiān)控多種輸入。 PED 系統(tǒng)的先進技術(shù)工藝和優(yōu)越的性能得到了礦區(qū)領(lǐng)導的致肯定。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()。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 。 英國的 Davis Derby Limited 該公司采用最新的無線射頻技術(shù)開發(fā)了專門用于煤礦井下應用的多標簽讀取系統(tǒng) 。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 國外研究現(xiàn)狀 國外研制礦井計算機監(jiān)控系統(tǒng)始于 20世紀 60 年代，為保證煤礦安全生產(chǎn)，世界主要產(chǎn)煤國 (如美國、英國、德國、 波蘭、前蘇聯(lián)等 )從 50 年代開始，陸續(xù)地把監(jiān)測、監(jiān)控技術(shù)應用到安全生產(chǎn)管理上。 RFID 技術(shù)是一個復雜的應用技術(shù)，它不僅涵蓋了微波技術(shù)與電磁學理論，而且還涉及通信原理及半導體集成電路技術(shù)，是一項多學科融合的新興應用技術(shù)。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。因此，基于 RFID 與 CAN 的煤礦井下人員定位系統(tǒng)的研究具有非常重要的現(xiàn)實意義。若井下發(fā)生突發(fā)事，可立即通過主機實時查出井下各位置的人員狀況，這樣就能夠做出及 時的搶救決策，使事故損失降到最低。項目方案確定利用射頻識別 (RFID)技術(shù)，開發(fā)相應的井下人員定位監(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。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。特別是在國內(nèi)射頻識別技術(shù)的引進和發(fā)展，使得對下井人員進行實時跟蹤變得可行。到目前為止，即使是我國的現(xiàn)代化礦井的管理，也只能是依據(jù)傳統(tǒng)礦燈管理、領(lǐng)取工作牌等考勤方式來了解下井人員的數(shù)量和情 況。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?；谏鲜鲈?，我們在廣泛調(diào)研了國內(nèi)的科研院 7 所及現(xiàn)代化礦井后，提出了一種以 RFID 與 CAN 技術(shù)為基礎(chǔ)的煤礦井下人員定位系統(tǒng)的 設(shè)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。在缺乏準確數(shù)據(jù)的情況下，無法迅速制定出合理、有效的營救方案與措施，結(jié)果錯失最佳的 營救時機，甚至是盲目營救。然而，目前國內(nèi)煤礦正在使用的該類監(jiān)控系統(tǒng)，并不能實時提供井下工作人員的具體位置與分布情況等重要數(shù)據(jù)，加之井下地形復雜，國內(nèi)大部分礦井救護技術(shù)裝備落后，人員素質(zhì)較低，這些都給偵察工作帶來了極大的困難 。可以看出，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)性災難營救工作將無從下手。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 。 自 2020 年以來，國家對煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)要求的不斷提高和企業(yè)自身發(fā)展的需要，我國各大、中、 小煤礦的高瓦斯或瓦斯突出礦井陸續(xù)在裝備礦井監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)。既有自然因素、科技投入和研究的不足，也有人為因素以及國家的體制、煤礦企業(yè)管理不善等因素。特別是煤礦重大及特大瓦 斯 (煤塵 )災害事故的頻發(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。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 %至 %(2020 一 2020 年 )。煤礦的生產(chǎn)分為露天開采和地下開采，我國95%的煤礦開采是地下開采作業(yè)，而地下開采的危險性較之露天開采要大的多。基于此，本文研究了 RFID 技術(shù)及其在井下人員定位中的應用。 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。 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。 人們希望能有一種更新，更完善的技術(shù)來解決煤礦安全生產(chǎn)管理中人員定位的難題。用什么方法、什么手段來實現(xiàn)煤礦安全生產(chǎn)管理，一直是煤炭生產(chǎn)領(lǐng)域中技術(shù)人員和管理者追尋的目標，特別是礦工在井下的動態(tài)情況更是關(guān)注的重點。 關(guān)鍵詞： RFID 閱讀器 電子標簽 CAN 總線 防沖突 3 目錄 摘要 ............................................................................................................................. 1 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 .........................................................................錯誤 !未定義書簽。可以說在該系統(tǒng)的基礎(chǔ)上設(shè)計其它 RFID 系統(tǒng)完全沒有問題。例如根據(jù)實際需要對處理器中的程序做不同的修改 。 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。最終并完成了監(jiān)控節(jié)點硬件、電子標簽軟件、監(jiān)控節(jié)點軟件等設(shè)計。根據(jù)該系統(tǒng)實時性、可靠性等要求，并且數(shù)據(jù)量較小的 特點，提出應用 CAN 總線技術(shù)構(gòu)建人員定位系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)。 RFID 技術(shù)具有無接觸、距離遠、同時可識別多個電子標簽、抗惡劣環(huán)境工作能力強等特點，符合礦井下工作環(huán)境的要求。最后討論了系統(tǒng)的調(diào)試及抗干擾措施。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?，F(xiàn)有的礦井安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)是災前預警系統(tǒng)，監(jiān)測對象主要是環(huán)境安全參數(shù)、生產(chǎn)過程及生產(chǎn)工藝監(jiān)測，不能實現(xiàn)井下工作人員的定位。 1 本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 題目 ：基于 RFID 的 井下 人員定位 系統(tǒng) 研究 課 題 類 型： 設(shè)計√ 實驗研究□