基于RFID的井下人員跟蹤定位系統(tǒng)研究
[摘要] 介紹了射頻識(shí)別技術(shù)的主要特點(diǎn)和工作原理，采用射頻識(shí)別系統(tǒng)能夠?qū)氯藛T進(jìn)行識(shí)別，利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、傳送。該系統(tǒng)一方面實(shí)現(xiàn)了井下人員的考勤，另一方面能夠?qū)?a href=http://m.cltuan.cn/sggl/ target=_blank class=infotextkey>事故中人員定位 ，實(shí)現(xiàn)快速救援。
[關(guān)鍵詞] RFID；射頻識(shí)別卡；讀卡器；定位
引言
礦井危險(xiǎn)性事故時(shí)有發(fā)生，井下地形復(fù)雜給人員撤離和事故搶救帶來(lái)極大困難。若能及早確定井下人員所處的位置，會(huì)給營(yíng)救工作帶來(lái)極大方便、節(jié)省時(shí)間，將人員損失減少到最小。
現(xiàn)有的識(shí)別技術(shù)，無(wú)論是IC卡、手紋識(shí)別技術(shù)還是紅外線編碼識(shí)別技術(shù)只能實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的人員考勤，無(wú)法很好解決對(duì)多個(gè)移動(dòng)的物體和人員進(jìn)行快速識(shí)別和跟蹤。采用目前國(guó)際上正在發(fā)展中的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，對(duì)井下人員、設(shè)備進(jìn)行跟蹤定位在一定程度上能夠保障人員生命安全、減少國(guó)家財(cái)產(chǎn)的損失。
1 射頻識(shí)別技術(shù)及主要特點(diǎn)
射頻識(shí)別技術(shù)(RFID，即Radio Frequency I—dentification)是從八十年代起走向成熟的一項(xiàng)自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。它利用射頻方式進(jìn)行非接觸雙向通信，實(shí)現(xiàn)人們對(duì)各類物體或設(shè)備(人員、物品)在不同狀態(tài)(移動(dòng)或靜止)下的識(shí)別和數(shù)據(jù)交換。與同期或早期的接觸式識(shí)別技術(shù)不同，RFID系統(tǒng)的射頻識(shí)別卡和讀卡器之間不用接觸就可完成識(shí)別。它具有以下特點(diǎn)：
(1)操作方便，工作距離長(zhǎng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)移動(dòng)目標(biāo)的識(shí)別；
(2)無(wú)硬件接觸，避免了因機(jī)械接觸而產(chǎn)生的各種故障，使用壽命長(zhǎng)；
(3)射頻識(shí)別卡無(wú)外露金屬觸點(diǎn)，整個(gè)卡片完全密封，具有良好的防水、防塵、防污損、防磁、防靜電性能，適合惡劣環(huán)境條件(如溫、濕變化大，灰塵多，難以保持卡面清潔的井下環(huán)境)下工作；
(4)對(duì)無(wú)線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)都經(jīng)過(guò)隨機(jī)序列的加密，并有完善、保密的通信協(xié)議?？▋?nèi)序列號(hào)是唯一的，制造商在卡出廠前已將此序號(hào)固化，安全性高；
(5)卡內(nèi)具有防碰撞機(jī)制，可實(shí)現(xiàn)同時(shí)對(duì)多個(gè)移動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別；
(6)信號(hào)的穿透能力強(qiáng)(可穿透墻壁、路面、衣物、人等)，數(shù)據(jù)傳輸量小，抗干擾能力強(qiáng)，感應(yīng)靈敏，易于維護(hù)和操作。
2 射頻識(shí)別系統(tǒng)的硬件組成和工作原理
典型的射頻識(shí)別系統(tǒng)主要包括兩個(gè)部分：射頻識(shí)別卡和讀卡器。
2．1 射頻識(shí)別卡的硬件組成及其工作原理
射頻識(shí)別卡的部分是由一個(gè)電感線圈和一個(gè)電容并聯(lián)后接人集成芯片，其工作原理如圖1所示。
當(dāng)卡片置于讀卡器發(fā)出固定頻率的電磁場(chǎng)附近時(shí)，由于卡片內(nèi)的LC諧振電路頻率與讀卡器發(fā)射的電磁波的頻率相同，在電磁波的激勵(lì)下，使電容C1產(chǎn)生電荷。在電容Cl的另一端接有一個(gè)單向?qū)ǖ碾娮颖?，將電容Cl內(nèi)的電荷送到電容C2儲(chǔ)存。當(dāng)所積累的電荷達(dá)到一定程度時(shí)，電子開(kāi)關(guān)自動(dòng)打開(kāi)，為其它電路提供工作電壓。當(dāng)卡片獲得了能量并產(chǎn)生上電復(fù)位后，原本處于“休眠狀態(tài)”的卡片被激活并將含有自身種類識(shí)別碼標(biāo)志、制造商標(biāo)志等信息代碼調(diào)制到載波上經(jīng)卡內(nèi)天線發(fā)射出去。
2．2 讀卡器的硬件組成及其工作原理
讀卡模塊是采集射頻識(shí)別卡的第一門(mén)戶通道，也是讀卡器中最重要的一個(gè)功能部件，其內(nèi)部電路原理框圖如圖2所示。
讀卡模塊內(nèi)部集成了無(wú)線接收電路及發(fā)生基波信號(hào)的功率輸出電路，配合外部連接的電感線圈(天線)工作。晶體振蕩信號(hào)經(jīng)分頻、選頻、預(yù)放電路處理后輸出驅(qū)動(dòng)外部的高頻天線，在天線附近形成高頻電磁場(chǎng)。當(dāng)射頻識(shí)別卡出示在讀卡器的讀出范圍時(shí)，卡內(nèi)電路從電磁場(chǎng)取得電能作為其工作電源并啟動(dòng)芯片工作，向高頻天線輻射含有串行數(shù)據(jù)的高頻信號(hào)，經(jīng)讀卡模塊內(nèi)電路的解調(diào)、帶通濾波整形后由OUT腳輸出卡的序列串行信號(hào)。
讀卡器采用微處理器控制，通過(guò)RS232轉(zhuǎn)換模塊實(shí)現(xiàn)與主控機(jī)之間的信息交流。讀卡器可制成便攜式獨(dú)立組件，其原理框圖如圖3所示。
3 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)
將讀卡器安裝在井下一些重要的峒室、危險(xiǎn)場(chǎng)合(如盲巷)等需要監(jiān)控的地方，分布區(qū)域的大小可視井下具體環(huán)境而定。射頻識(shí)別卡內(nèi)嵌在礦燈中，無(wú)需附加攜帶裝備。在井下，員工只要穿過(guò)感應(yīng)區(qū)域，讀卡器就將接收到的數(shù)據(jù)經(jīng)傳輸電纜傳送到地面中心站，處理后保存到數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中?？蓪?shí)現(xiàn)的功能包括：
(1)井下人員查詢功能
實(shí)時(shí)查詢當(dāng)前井下人員的分布情況(分布區(qū)域的大小由讀卡器的分布情況而定)；查詢?nèi)我蝗藛T某一時(shí)刻所處的位置；查詢?nèi)我蝗藛T當(dāng)日或某日的活動(dòng)蹤跡。
(2)安全保障功能
丟失報(bào)警：班末清點(diǎn)人員時(shí)，如發(fā)現(xiàn)人員丟失則報(bào)警；或者發(fā)現(xiàn)井下人員超過(guò)規(guī)定時(shí)間，自動(dòng)報(bào)警提示并提供相關(guān)人員的名單。
救護(hù)搜尋：可對(duì)事故現(xiàn)場(chǎng)被埋人員進(jìn)行搜尋和定位，以便及時(shí)救護(hù)。
(3)統(tǒng)計(jì)考勤功能
對(duì)下井人員進(jìn)行下井次數(shù)、井下停留時(shí)間等信息分類統(tǒng)計(jì)，便于考核；與此相應(yīng)的中長(zhǎng)期數(shù)據(jù)儲(chǔ)存和有關(guān)報(bào)表的打印。
(4)信息聯(lián)網(wǎng)功能
作為局礦MIS網(wǎng)的信息源，具有功能完善的數(shù)據(jù)庫(kù)?？上騇IS網(wǎng)提供所需與人員有關(guān)的、客觀的、實(shí)時(shí)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。
4 結(jié)束語(yǔ)
目前，射頻識(shí)別技術(shù)在國(guó)內(nèi)外發(fā)展很快，各種RFID產(chǎn)品也趨于成熟，已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、商業(yè)自動(dòng)化、交通運(yùn)輸控制管理等眾多領(lǐng)域。然而該技術(shù)在煤炭行業(yè)中的應(yīng)用還很少，利用該系統(tǒng)同時(shí)識(shí)別多個(gè)移動(dòng)目標(biāo)的特點(diǎn)，以及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、傳遞、計(jì)算、統(tǒng)計(jì)等方面的優(yōu)勢(shì)，對(duì)井下人員進(jìn)行跟蹤定位，可快速指導(dǎo)礦井突發(fā)性事故的救護(hù)工作。
參考文獻(xiàn)
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