基于RFID的动态瓦斯巡更管理系统.pdf

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1、2010年8月矿业安全与环保第37卷第4期基于RFID的动态瓦斯巡更管理系统陈鸿，牟颖，马成(1．重庆电子工程职业学院，重庆401331；2．重庆师范大学计算机与信息科学学院，重庆400047；3．重庆梅安森科技股份有限公司，重庆400039)摘要：针对目前我国煤矿瓦斯巡检管理存在的不足，将传统的瓦斯巡检工作与先进的射频识别和传输技术融合，提出了一种全新的基于RFID的动态瓦斯巡更管理系统方案。该方案对硬件电路进行了优化设计，并提出一种新颖高效的防碰撞算法及定位算法，实现了瓦斯与人员的动态监管，达到预防煤矿重大安全事故之目

2、的，具有较高的经济效益和社会效益。关键词：RFID；动态瓦斯巡更；防碰撞；定位算法中图分类号：TD76文献标志码：B文章编号：1008—4495(2010)04—0034—03煤矿生产过程中最大的安全隐患是瓦斯事故，传输接口等组成；井下网络部分是系统的核心，包括各个煤矿对瓦斯浓度的监测都极其重视，在煤矿井井下网络交换机、巡更分站、无线接收器、瓦斯巡更下所有重要的检测点都已经固定安装了瓦斯传感仪和地址信息卡。因为RFID技术具有功耗低、抗干器。但是，由于系统容量及资金的限制，不可能覆盖扰能力强、数据传输速率高、工作可靠等优点

3、，已在煤矿井下的所有角落，具有分布稀疏，检测点较少的煤矿安全管理中得到广泛的应用¨。动态瓦斯巡缺点。尽管现在所使用的瓦斯便携仪能够方便矿工更管理系统应用RFID技术，配合相应的软件算法改携带，结构简单，但所检测的瓦斯浓度只能供矿工本进，实现了瓦斯检测与人员监测的动态管理。人观察，而地面管理人员无法了解到每个矿工所处位置的实时瓦斯浓度值，也不能对瓦斯检查员、安全数据服务器叫网络交换机叫lntemet网络检查员等进行实时的监督和追踪，确认其是否按规l中心站数据定线路、时间、地点以及次数检查到位，存在较大的l监控主机传输接口监管

4、漏洞和安全事故隐患。目前，市场上还没有真地面网络———一⋯⋯苄⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一～⋯⋯_-]⋯⋯⋯一正能够实现瓦斯动态检测，并实时将瓦斯浓度数据上传至地面控制中心的动态瓦斯监测系统。针对这种情况，将传统的瓦斯巡检工作与先进的射频识别和传输技术融合，提出了一种全新的基于RFID的动无线态瓦斯巡更管理系统方案，实现瓦斯与人员的动态、乡、、蔓乡监管，对改善煤矿的安全生产监管具有重要的现实f＼意义及较高的经济效益和社会效益。1系统整体设计1．1系统的组成与结构系统主要由地面网络和井下网络两部分组成，图1动态瓦斯巡更管理系统整体设计框

5、图整体设计框图如图I所示。其中地面网络部分主要1．2系统的主要功能由中心站监控主机、数据服务器、网络交换机、数据本系统除了具有传统井下人员定位系统所具有的下井人员行动轨迹查询、测点区域内活动人数查收稿日期：2010—01—07；2010—05—12修订基金项目：重庆市科技攻关计划项目(CSTC2009AC7095)询、下井员工超时报警、下井人员考勤等功能外，还作者简介：陈鸿(1962一)，女，重庆人，硕士，副教授，主具有动态瓦斯巡更的特有功能。要从事计算机控制方面的教学与科研工作。1)地址信息、瓦斯数据和时间信息的采集。瓦

6、·34·2010年8月矿业安全与环保第37卷第4期斯巡更仪能够实现在不同的地址测点，读取测点的频收发器CYRF6936作为有源RFID的专用收发芯地址信息，同时检测此地址的瓦斯浓度值，再读取此片，具有最大+4dBm的发射功率，最大接收灵敏度时的时间信息，把这3个参数进行保存。可达一97dBm，休眠电流小于0．1A等多种优点，2)无线数据传输。瓦斯巡更仪在完成地址信能够保证在煤矿井下的恶劣环境下进行无线数据的息、瓦斯数据和时间信息3个参数的采集之后，利用可靠传输。RFID进行无线传输，最终实现瓦斯巡更仪到无线接2．2防碰撞算

7、法收器的数据传输。由于井下存在多个瓦斯巡更仪都处于同一个无3)数据融合。当不同的人在不同的时间采集到线接收器的接收范围内，需采用防碰撞算法才能有地址信息、瓦斯数据和时间信息3个参量并上传后，效保证数据的可靠传输。传统方式采用TDMA防碰上位机软件便可根据这些数据，完成对井下所有安撞算法。考虑到本系统瓦斯巡更仪的数量较多，数装地址信息卡地点的数据融合，并最终完成基于地据传输实时性要求较高，因此在TDMA的基础上采址信息卡的动态瓦斯巡更。用随机数算法，即每个瓦斯巡更仪从数据发送结束之后到下次数据发送之前的时间是随机的，但这个2

8、瓦斯巡更仪的设计随机的时间又必须保持在一定的时间段之内。在实2．1瓦斯巡更仪硬件原理际的测试过程中，最后选择的时间段为2～3S，能保瓦斯巡更仪是整个系统的前端采集设备，主要证200个瓦斯巡更仪在以4m／s的速度移动时无线由FPGA主控电路、瓦斯检测电路、有源RFID数据数据可靠传输，避免了冲突的产生。传