基于低频射频识别技术与矿井人员定位系统(技术研究报告)

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1、...摘要井下人员定位系统是为了提高煤矿人员管理效率和加强井下与地面信息沟通而设计的，该系统能够动态显示井下工作人员的实时位置，并能够对工人的工作时间和工作区域进行统计。本报告首先分析了国内外井下人员定位技术的发展现状，并比较了其中的优缺点。分析了系统的工作原理，并进行了功能划分。系统在设计过程中采用了模块化思想，从三个子系统分别对系统进行设计。报告中重点研究了井下的无线通信问题，并选择了RFID（射频识别）为井下无线通信方案；在井下与地面的通信方式中选择了技术先进、性能可靠的CAN总线技术；在地面监控端结合当前的

2、新技术采用了GIS（地理信息系统）进行井下监控情况的实时显示。关键字：井下人员定位；RFID；CAN；GIS..目录1绪论61.1煤矿生产管理中的问题61.2本项目研究的意义71.3井下人员定位系统的发展现状81.3.1国外研究状况81.3.2国内发展现状81.4井下人员定位系统设计的难点问题91.5本项目所做的工作102井下人员定位系统的基本原理112.1定位系统概述112.2井下人员定位系统的基本原理113系统的功能划分143.1井下无线监测子系统143.2地面数据处理子系统143.3井下与地面通信子系统154

3、井下无线通信子系统设计174.1通信的基本知识174.1.1信号的转换与编码174.1.2差错控制174.1.3多路复用18..4.1.4传输模式184.1.5传输协议184.2井下人员定位系统无线通信解决方案及对比194.2.1蓝牙(Bluetooth)194.2.2HomeRF194.2.3ZigBee204.2.4RFID（射频识别）204.2.5WIFI214.2.6无线MESH网络214.2.7几种无线通信方案的比较224.3无线通信方案的确定224.4无线通信子系统的硬件设计224.4.1基站硬件电路设

4、计234.4.2射频卡硬件电路设计424.5无线通信子系统的软件设计434.5.1基站软件设计434.5.2射频卡软件设计505井下与地面通信子系统设计525.1通信方案及比较525.1.1RS-485525.1.2现场总线525.1.3工业以太网54..5.2CAN总线555.2.1CAN总线简介555.2.2CAN的性能特点555.2.3物理层565.3CAN总线接口电路设计565.3.1CAN总线与基站硬件接口电路设计615.3.2CAN总线与PC端的硬件接口电路设计635.4CAN总线接口电路软件设计685

5、.4.1基站部分CAN总线接口电路软件设计685.4.2PC端CAN总线接口电路软件设计696地面监管子系统设计717总结77附录A78..1绪论1.1煤矿生产管理中的问题煤矿的生产分为露天开采和地下开采，而我国95%的煤矿开采是地下开采作业，而地下开采的危险性较之露天开采要大的多。我国煤层自然赋存条件复杂多变，影响煤矿安全生产的因素众多，水、火、瓦斯、煤尘、顶板等自然灾害时刻都在威胁矿井工作人员的生命安全，都可能是造成事故的客观因素，矿井重大灾害及伤亡事故随时都有可能发生。据调查煤矿事故占工矿企业一次死亡10人以

6、上特大事故的72.8%至89.6%(2002~2005年)。近几年，随着国民经济对能源的需求增大，煤炭行业的开始复苏，我国煤炭开采在规模和产量上都逐年扩大，但是通过以上触目惊心的数据我们却看到煤矿行业安全生产的形势非常严峻，造成的损失是极其惨重的。特别是煤矿重大及特大瓦斯(煤尘)灾害事故的频发，不但造成国家财产和公民生命的巨大损失，增加了社会的不稳定团素，而且严重影响了我国的国际声誉。实际上，这些事故的发生不是偶然的，它是煤矿生产过程中存在问题的集中暴露，涉及许多方面。既有自然因素、科技投入和研究的不足，也有人为因

7、素以及国家的体制、煤矿企业管理不善等因素。更让人担忧的是，煤矿井下普遍存在入井人员管理困难，难以及时掌握井下人员的动态分布及作业情况，一旦事故发生，对井下人员的抢救缺乏可靠信息，抢险救灾、安全救护的效率低。目前..国家对煤矿企业安全生产要求的不断提高和企业自身发展的需要，我国各大、中、小煤矿的高瓦斯或瓦斯突出矿井陆续在装备矿井监测监控系统。系统的装备大大提高了矿井安全生产水平和安全生产管理效率。但是，现有的矿井监测监控系统监测对象主要有两种，一是环境安全监测：监测各种有害气体及工作面的作业条件，如瓦斯浓度、一氧化碳

8、、氧气浓度、风速、空气温度、压力、粉尘浓度等等；二是生产过程、生产工艺监测：监测主要生产环节的各种生产参数和重要设备的运行状态，如煤仓料位、水仓水位、水泵、提升机、扇风机、压风机、胶带输送机、采煤机等运行状态和参数等运行状态和参数。可以看出，井下矿工并不是现有监控系统的监控对象，他们在井下的位置和运行轨迹仍然是不得而知的，一旦发生突发性灾难营救工作将无从下手