基于rfid+zigbee技术的煤矿安全无线定位系统

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1、基于RFID+ZigBee技术的煤矿安全无线定位系统丁同禹王然赵铁刚裴悦琨实验学院指导教师：吴群1．课题研究目的RFID和ZigBee技术是两项在无线通信领域具有显著优点和广阔应用前景的技术，目前已经提出了将这两项技术结合的设想。二者的结合可以充分发挥彼此的优势，创造巨大的市场价值，但是目前还几乎没有完善的将两者结合使用的例子。鉴于二者的低功耗、低成本和适应恶劣环境的特点，将其应用于生产环境恶劣、作业条件差煤矿开采行业，具有重大意义。煤矿开采作为安全事故频发的重工业，对安全监督管理系统的要求很高，利用无线通信定位网络系统，对危险源进行探测报警，对

2、井下人员进行实时定位监督，将在很大程度上加强井下作业的安全保障。一方面，煤炭长期以来一直作为我国主体能源，在我国一次能源生产和消费构成中均占2／3以上，在未来相当长的时期内，以煤为主的能源供应格局难以改变。另一方面，也正因为煤炭工业的巨大需求与迅速的发展，导致了在运行过程中产生的一系列生产安全问题。仅以死亡事故为例：2003年全国煤矿共发生死亡事故3800起,死亡6702人.2004年全国煤矿死亡事故3639起,死亡6027人,2005年全国煤矿共发生死亡事故3341起,死亡5986人2006年全国煤矿共发生事故2945起，死亡4746人。图1-

3、1近年来煤矿死亡事故统计由此可见，煤矿安全事故造成的人员伤亡和财产损失是巨大的。而将RFID+ZigBee27结合的系统应用在煤矿安全监督领域，将对煤矿安全生产产生巨大的促进作用：通过在矿区，尤其是井下等恶劣环境设置节点，放置配有ZigBee节点的RFID读卡器，同时在矿工身上佩戴电子标签，可以做到迅速确定矿工位置，并通过ZigBee技术保证与其通信的畅通，在有危险时及时实现信息的交换，从而减少损失。目前在我国一些较大的国有煤矿，是以给每一位矿工分发带有GPS（GlobalPositioningSystem，全球定位系统）功能的手机或在井下巷道铺

4、设通讯电缆实现人员定位的目的，这些技术有相当的局限性。首先，GPS手机耗电量大，手机电池即使在充满电的情况下，也仅能维持正常工作数小时，在发生矿难之后不能保证搜救的长期有效。其次，GPS系统成本高，但精度低，不利于在中小型煤矿推广，而且手机体积相对较大，不利于在工作中携带。至于铺设电缆，大型煤矿铺设一段长距离电缆的费用高达几十万元，同时在一些复杂地形区铺设电缆十分困难，灵活性也相对较低，而且发生矿难时电缆一旦折断，矿难中心区的通信系统将难以维系。而本课题的研究可以看作是对目前煤矿通信的突破性改进。第一，无论是RFID电子标签和读卡器还是ZigBe

5、e通信节点，功耗都是比较低的，在电池供电情况下可以保证在相当长的时间里通信畅通。第二，成本低也是这两项技术的显著优点，随着电子产品价格的降低和ZigBee技术的普及，在几年内每个节点的费用就有可能降低至几十元。而且由于读卡器的位置固定，对矿工的位置的定位精度高，几百米到几千米的矿区范围正好适合ZigBee网络。第三，电子标签只需固定在工作服或者安全帽上即可，丝毫不影响矿工工作。综上所述，将RFID技术和ZigBee技术结合应用于煤矿安全有非常大优点和重要意义。远观其长远开发和应用，必将极大地提高我国煤矿乃至其它矿产资源的作业安全性，保障人民群众生

6、命和财产安全，减少事故损失，使我国目前的消耗最多的能源——煤炭，能够在安全系数更高的环境中开采。2．课题背景2.1RFID技术背景2.1.1简介RFID（RadioFrequencyIdentification，射频识别），常称为感应式电子晶片或近接卡、感应卡、非接触卡、电子标签、电子条码等等。RFID是一种非接触式的自动识别技术，通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预。作为使用光扫描的条形码的无线版本，RFID技术使用的是电磁场扫描，因而标签和物体之间可以有物理隔挡；同时它还具有条形码所不具备的防水、防磁、耐高温、使用

7、寿命长、读取距离大、标签上数据可以加密、可工作于各种恶劣环境。RFID27技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。2.1.2发展历程RFID直接继承了雷达的概念。1948年哈里.斯托克曼发表的“利用反射功率的通讯”奠定了射频识别RFID的理论基础。20世纪60年代，RFID技术的理论得到了发展，开始了一些应用尝试。70年代，RFID技术与产品研发处于一个大发展时期，各种RFID技术测试得到加速。出现了一些最早的RFID应用。80年代，RFID技术及产品进入商业应用阶段，各种规模应用开始出现。到了90年代，RFID产品得到广泛采用

8、，RFID产品逐渐成为人们生活中的一部分。进入21世纪，RFID产品种类更加丰富，有源电子标签、无源电子标签及半无源电子标签均得到发展，