【正文】 circuit system design (include radio frequency card， radio frequency to identify reader reading base and its time module、 save module),work principle of system. In addition, introduce chip of hardware circuit. Thirdly, we introduce installation location of reader and electric tag. At last,we mainly introduce interface of system based on configure software of InTouch. Keywords： RFID。然后簡述了讀寫器和電子標簽的安裝位置。說明了本人的工作：井下人員定位系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 (包括井下人員射頻卡、 井下射頻識別閱讀器、井下基站及其時間、存儲模塊等）。結(jié)合我國井下人員工作現(xiàn)狀闡述了井下人員定位系統(tǒng)對于現(xiàn)實煤礦生產(chǎn)的重要意義及開發(fā)井下人員定位系統(tǒng)的緊迫性。 中 國 礦 業(yè) 大 學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計 姓 名 ： 學(xué) 號 ： 學(xué) 院： 應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 設(shè)計題目： 煤礦井下人員定位系統(tǒng)設(shè) 計 指導(dǎo)教師 ： 職 稱 ： 講 師 2021 年 6 月 江蘇徐州 中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書 學(xué)院 應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 專業(yè)年級 學(xué)生姓名 任 務(wù) 下 達 日 期 ： 2021 年 3 月 8 日 畢業(yè)設(shè)計日期： 2021 年 3 月 8 日 至 2021 年 6 月 10 日 畢業(yè)設(shè)計題目： 煤礦井下人員定位系統(tǒng)設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計專題題目： 畢業(yè)設(shè)計主要內(nèi)容和要求： 熟悉 射頻識別技術(shù) ； 熟悉 井下人員定位系統(tǒng)的組成及工作原理 ； 井下人員定位 系統(tǒng) 的整體規(guī)劃設(shè)計 井下人員定位 系統(tǒng) 的界面設(shè)計 翻譯專業(yè)外文文獻資料 3000 字以上； 院長簽字： 指導(dǎo)教師簽字： 中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)教師評閱書 指導(dǎo)教師 評語 （①基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握； ② 獨立解決實際問題的能力；③ 研究內(nèi)容的 理論依據(jù)和技術(shù)方法；④取得的主要成果及創(chuàng)新點；⑤ 工作態(tài)度 及工作量；⑥總體評價及建議成績；⑦存在問題； ⑧ 是否同意答辯等）： 成 績： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計評閱教師評閱書 評閱教師評語 （ ①選題的意義； ② 基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握；③綜合運用所學(xué)知識解決實際問題的能力；④ 工作量的大??；⑤取得的主要成果及創(chuàng)新點；⑥寫作的規(guī)范程度；⑦總體評價及建議成績； ⑧ 存在問題；⑨是否同意答辯等 ）： 成 績： 評閱教師簽字： 年 月 日 中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計評閱教師評閱書 評閱教師評語 （ ①選題的意義； ② 基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握；③綜合運用所學(xué)知識解決實際問題的能力；④工作量的大??；⑤取得的主要 成果及創(chuàng)新點；⑥寫作的規(guī)范程度；⑦總體評價及建議成績； ⑧ 存在問題；⑨是否同意答辯等 ）： 成 績： 評閱教師簽字： 年 月 日 中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計答辯及綜合成績 答 辯 情 況 提 出 問 題 回 答 問 題 正 確 基本 正確 有一般 性錯誤 有原則性錯誤 沒有 回答 答辯委員會評語及建議成績： 答辯委員會主任簽字： 年 月 日 學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)小組綜合評定成績： 學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)小組負責人： 年 月 日 摘 要 隨著無線射頻識別技術(shù)的日益成熟和廣泛應(yīng)用，針對我國目前煤炭行業(yè)生產(chǎn)安全 現(xiàn)狀，將無線射頻識別技術(shù)應(yīng)用到井下進行人員跟蹤定位，是解決煤礦安全問題的方法之一，也是礦山實現(xiàn)全面提升安全生產(chǎn)信息化管理水平，加強以災(zāi)害預(yù)防、搜救為主要目標的安全生產(chǎn)長效機制，是我國煤炭行業(yè)安全生產(chǎn)工作的必由之路。 本文首先介紹了射頻識別的概念，簡述了射頻識別的發(fā)展歷程和工作原理。其次介紹人員定位系統(tǒng)的組成及各部分的功能，系統(tǒng)的工作原理。此外，對硬件電路使用的模塊都做了介紹。 最后介紹了 基于組態(tài)軟件 InTouch 的系統(tǒng)界面的簡單設(shè)計。 coalfield safe。按我國現(xiàn)有儲量和現(xiàn)在的開采速度，仍然可以開采一百年以上。但我國的煤炭生產(chǎn)安全形勢不容樂觀，百萬噸死亡率居高不下，給社會造成不安定因素，給國家造成巨大損失。隨著科技的進步，對自然災(zāi)害有了一定的預(yù)測，從近期的事故來看，主要問題是在管理上，煤礦生產(chǎn)管理急需規(guī)范化、現(xiàn)代化。 隨著國家對煤礦安全生產(chǎn)工作的重視程度日益提高，現(xiàn)有煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控、監(jiān)測設(shè)備技術(shù)上的不足和缺陷也逐漸顯現(xiàn)出來，已經(jīng)影響到煤礦安全工作的正常開展。煤礦井下人員定位管理系統(tǒng)就是其中之一。不僅能在事故發(fā)生后，提供及時的人員位置情況，更能快速有效的展開營救，在安全生產(chǎn)中也能明確的掌握井下人員分布情況，即能合理安排和調(diào)度工作，提高煤炭生產(chǎn)管理水平。隨著各項技術(shù)的進步，以及產(chǎn)品的性能 /價格比進一步提高，使得監(jiān)控系統(tǒng)在我國的應(yīng)用逐步得到推廣。這些系統(tǒng)在我國煤炭行業(yè)中發(fā)揮了作用，也為我國研制礦用監(jiān)控系統(tǒng)提供了很好的借鑒。而且上述系統(tǒng)均是綜合型監(jiān)測系統(tǒng)，側(cè)重于安全參數(shù)的檢測和控制 。 這就迫切需要我國建立一套適合國情的人員定位系統(tǒng)。 焦作工學(xué)院研制的 KJ93 礦井安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)等。井下人員定位系統(tǒng)是對整個監(jiān)控系統(tǒng)的進一步完善。像國外的英國雪普 (SPR 刃阿 T)工業(yè)電氣集團，美國安菲斯科技發(fā)展有限公司與澳大利亞礦山技術(shù)公司的 MS 系統(tǒng)。近期國內(nèi)有煤礦迫于煤礦安全生產(chǎn)的需要，準備斥巨資引進國外的的系統(tǒng)。國內(nèi)如北京京天威 .交大威克科技發(fā)展公司，煤炭科學(xué)研究總院常州自動化研究所的 KJ69 型。 本課題主要內(nèi)容 本課題主要研究井下人員定位系統(tǒng)在礦井中的應(yīng)用與原理。每個井下人員攜帶一個標示卡即標簽，每一標簽有唯一的 ID 與相關(guān)人員對應(yīng)，讀寫器 安裝在不同的地方 有不同的地址。井下人員標簽和讀寫器構(gòu)成了井下硬件網(wǎng)絡(luò)，上位機的軟件則由操作界面和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)構(gòu)成。對國內(nèi)外井下人員定位的發(fā)展現(xiàn)狀進行了簡單介紹，以及本文所要完成的內(nèi)容。因為井下的無線通信相對地面的無線通信環(huán)境要復(fù)雜得多。但是地下的通信很復(fù)雜，著實難以進行理論研究，故大多是以實驗為主進行研究。在超短波頻段，通信的距離隨著頻率的升高而增大。在微波段，隨著頻率的升高衰減很小。 目前井下的通信方式有以下幾種： （ 1） 低頻引導(dǎo)通信 低頻引導(dǎo)通信是工作在幾百 kb 的低頻段，利用同軸電纜引導(dǎo)傳輸。但是井下環(huán)境惡劣存在各種干擾信號，使低頻信號不穩(wěn)定，數(shù)據(jù)誤碼率高，數(shù)據(jù)可信度低。未來彌補能量的損耗，通常在每隔幾百米的地方安裝雙向中繼器。但是需要中繼器，系統(tǒng)造價昂貴。在微波段，由于頻率極高，電波的繞射能力比較弱，所以信號的傳輸主要是電波在視線距內(nèi)的傳播，也稱視距傳播。但是在傳播過程中也難免會受到環(huán)境與地形的影響，被反射折射散射和吸收的影響，故會產(chǎn)生傳輸衰落與失真。 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)生設(shè)計 第 4 頁 射頻識別技術(shù)概述 射頻識別技術(shù)簡稱 RFID，是英文“ Radio Frequency Identification”的縮寫，中文稱為無線射頻身份識別技術(shù)，是一種無接觸自動識別技術(shù)，它的基本原理是利用射頻信號及其空間藕合、傳輸特性，實現(xiàn)對靜止或移動的待識別物品的自動機器識別。與早期或同期的接觸式識別技術(shù)不同，系統(tǒng)的電子標簽與讀寫器之間無需接觸就可完成識別與數(shù)據(jù)交換，因而它可在更廣泛的場合中使用。由于 RFID 標簽的儲存容量可以是 2 的 96 次方以上，它徹底拋棄了條形碼的種種限制，使世界上的每一種商品都可以擁有獨一無二的電子標簽。 射頻識別技術(shù)具有很多突出點的優(yōu)點： RFID 技術(shù)不需要人工干預(yù)，不需要直接接觸、不需要光學(xué)可視即可完成信息輸入和處理，可工作于各種惡劣環(huán)境，可識別高速運動物體并可同時識別多個標簽，操作快捷方便，實現(xiàn)了無源和免接觸操作，應(yīng)用便利，無機械磨損，壽命長，機具無直接對最終用戶開放的物理接口，能更好地保證機具的安全性；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，如 DES、 RSA、 DSA、 MD5 等，讀寫器與標簽之間也可相互認證，實現(xiàn)安全通訊和存儲；總體成本一直處于下降之中，越來越接近接觸式 IC 卡的成本，甚至更低，為其大量應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。 射頻識別技術(shù)以其獨特的優(yōu)勢，逐漸地被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)、物流、交通、運輸、醫(yī)療、防偽、跟蹤、設(shè)備和資產(chǎn)管理等需要收集和處理數(shù)據(jù)的應(yīng)用領(lǐng)域。 射頻識別技術(shù)在國外發(fā)展非常迅速，射頻識別產(chǎn)品 種類繁多。而在中國由于射頻識別技術(shù)起步較晚，應(yīng)用的領(lǐng)域不是很廣。上海、深圳、北京等地陸續(xù)采用了射頻公交卡。 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)生設(shè)計 第 5 頁 總之，射頻識別技術(shù)在未來的發(fā)展中結(jié)合其 他高新技術(shù)，如 GPS、生物識別等技術(shù)，由單一識別向多功能識別方向發(fā)展的同時，將結(jié)合現(xiàn)代通訊技術(shù)及計算機技術(shù)，實現(xiàn)跨地區(qū)、跨行業(yè)應(yīng)用。 圖 2－ 1 射頻識別系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖 (1)電子標簽 電子標簽 （又叫射頻標簽 、射頻卡 ） 存儲著需要被識別物品的相關(guān)信息，通常被放置在需要識別的物品上，它所存儲的信息通?？杀簧漕l讀寫器通過非接觸的方式讀 /寫獲取。一般情況下，電子標簽由標簽天線和標簽專用芯片組成。有源電子標簽內(nèi)裝有電池，為芯片提供電源。半有源射頻標簽內(nèi)的電池僅對標簽內(nèi)要求供電維護數(shù)據(jù)的電路或者標簽芯片工作所需電壓的輔助支持。因而電池可以維持很長時間，達幾年之久。標簽和閱讀器之間的信息交換的能量支持以閱讀器的射頻能量為主（發(fā)射調(diào)制方式），標簽內(nèi)部的電池主要作用是彌補標簽所處位置的射頻磁場不足，標簽內(nèi)部的能量并不能轉(zhuǎn)換為射頻能量。 (2) 讀寫器 讀寫器是可以利用射頻技術(shù)讀 /寫電子標簽信息的設(shè)備。 典型 的讀寫器包含有高頻中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)生設(shè)計 第 6 頁 模塊（發(fā)送器和接收器），控制單元以及閱讀器天線。讀寫器的基本組成如圖 2－ 2所示。讀寫器可以通過標準接口與計算機通訊網(wǎng)絡(luò)連接，以便實現(xiàn)通訊和數(shù)據(jù)傳輸功能。讀寫器對接收到的信號進行解調(diào)解碼，送往后臺的電腦控制器； (4) 電腦控制器根據(jù)邏輯運算判斷該標簽的合法性，針對不同的設(shè)定作出相應(yīng)的處理和控制，發(fā)出指令信號控制執(zhí)行機構(gòu)的動作； (5) 執(zhí)行機構(gòu)按照電腦的指令動作； (6) 通過計算機通信網(wǎng)絡(luò)將各個監(jiān)控點連接起來，構(gòu)成總控信息平臺，可以根據(jù)不同的的軟件來完成要實現(xiàn)的功能。 （ 2）根據(jù)能否給射頻卡寫入數(shù)據(jù) 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)生設(shè)計 第 7 頁 ? 可讀寫卡（ RW），如電話卡、信用卡等。 ? 只讀卡（ RO），存有一個唯一的號碼，不能改寫，這樣提供了安全性， RO卡最便宜。 ? 有源射頻卡使用卡內(nèi)電流的能量、允許卡的操作距離較遠，適合動態(tài)的井下工作人員定位，是煤礦井下工作人員定位系統(tǒng)發(fā)展的方向，但是它的壽命有限，且價格較高； ? 無源電磁感應(yīng)式射頻卡不含電池，利用讀寫器輻射的電磁場能量作為自己的能量，它的重量