RFID技术及它在矿井上的应用

一新ｌＩ技『ｌ术一．一新ｌｌ业二务一　４２　ＲＦＩＤ设备体积变小、成本降低，在２０世纪６０年代和７０年　代早期，它逐渐应用到商业中。￣ＥＪ２０世纪末，ＲＦＩＤ的应　用已经在全球开始扩展，在未来，围绕ＲＦＩＤ的新一轮发　明和革新将进一步推动ＲＦＩＤ进入我们的生活。　ＲＦＩＤ通过无线传送数据来检测和识别带有标签的物　体，这需要一个标签（应答器）、一个识读器（查询器、　读写器），还需要天线（耦合设备），如图１所示，天线　既要安装于ＲＦＩＤ标签上，也要安装于识读器一端，识读　器通常连接到主机和其他具有必要智能的设备，用以处理　标签数据并采取各种行动。在煤矿应用中，若把井下工作　人员的各种信息整合起来，就可对煤矿人井人员进行实时　跟踪监测和定位。如果发生灾变，还可立即从主机上查询　事故现场人员的位置分布情况、被困人员数量、遇险人员　撤退线路等信息，同时，也可对井下设备运行进行跟踪监　控，也可利用系统的日常考勤管理功能，对矿井人员进行　考勤管理。　怀　人线　合　｛　图１标签、识读器、天线　２　ＲＦＩＤ简要介绍　ＲＦＩＤ系统的硬件组件包括ＲＦＩＤ标签、识读器和天　线，用于识别和捕捉ＲＦＩＤ标签中的数据，系统中还应有　主机，用于运行处理数据的应用程序，并连接网络。　２．１　ＲＦＩＤ标签　ＲＦＩＤ标签是一个微型的无线收发装置，在ＲＦＩＤ标签　内保存有井下工作人员的各种数据，当识读器查询时它会　发送数据给识读器，如图２所示。ＲＦＩＤ标签的作用就是将　各种有用数据存储到标签的内存里面，本实验中所用的标　签是可读可写的…，而且可多次修改数据、写入数据，这　样就增加了标签的使用灵活性，当一个人员离开时，其它　人员也可继续用此标签。　识读器天线标　Ｅ　口　图２识读器查询标签示意图　在煤矿中，可以将标签嵌入到井下工作人员的衣服　或者帽子上。现在，常用的是被动标签，即标签中不需　要电池，它们从识读器发射的电磁能量中获取所需的能　量　。当前许多应用都选择了被动标签，主要是它的成本　低、结构简单、寿命长等优点，符合实际的情况。　２．２识读器　识读器是一个捕捉和处理ＲＦＩＤ标签数据的装置。它　的功能首先是激活标签，对于使用的被动标签，识读器必　须提供足够的能量激活在识读器电磁场范围内的标签。这　个场的范围大小通常取决于识读器与ＲＦＩＤ标签双方天线　的尺寸和识读器的功率。对于能写数据进入标签的ＲＦＩＤ　系统，识读器要执行双重功能，既能从标签中读出数据，　也能写数据到标签上。　２．３天线　天线用于在ＲＦＩＤ标签和识读器之间建立数据通信的　通道，天线的设计和位置对于系统的覆盖范围、识读距离　和操作通信的准确性起着重要作用　。ＲＦＩＤ标签的天线通　常和它的集成电路芯片封装在一起，安装在其表面，标签　天线及其形状限制了整个标签封装的尺寸。新＝技＝术一．新　＝务一　　２．４主机　主机也是系统的硬件组成部分。这里主要是指与识　读器通信的计算机，它运行应用程序或ＲＦＩＤ中间件　。　３　ＲＦＩＤ在煤矿上的应用　３．１系统总体设计　本系统利用ＲＦＩＤ技术的优势，建立一个能对井下流　动工作人员进行定位、跟踪、考勤等的管理系统。系统由　井下与井上两部分组成。井下设备主要由安装在工作人　４３　２００８．１２。广东通信技术　新技术一新业务　员帽子或者衣服上的标签、根据井下地形和要求放置在各　个点的读写器、分布在巷道各个监测点的分机组成。井上　设备主要由数据通信接口、主机（含监控管理软件）等组　成，可以实时监测井下人员的动态信息。井下与井上用通　信电缆完成通信。　３＿２系统工作原理　当井下工作人贝Ｄ位禾　ｌ’，　司竹口　血　￣＞－Ｈ－　围时，该读　写器监测到他的各种信息并将数据传送到各个监测点的分　机。分机通过通信电缆把数据传送到井上的主机上。通过　这种方式，可以记录井下工作人员经过的地点、时间、活　动轨迹等实时信息，还可自动生成考勤作业的统计与管理　等方面的报表资料，实现井下人员的实时监控。它的工作　示意图如图３所示。　１饥三三　ｆ　接ｌ１　Ｅ三　Ｅ三　监测分机　陵　器　图３　ＲＦＩＤ矿井系统工作示意图　３．３系统硬件设计　系统硬件主要包括标签、读卡器、监控分机、前端　服务器等。本设计采用标签和读卡器配套的Ｍ９设备，标　签是无源标签，可读可－Ｔ，体积比较小，可嵌入到工作　巷道中，可很方便地与外界相接。读卡器工作频段Ｈ　（８８２－９５５Ｍｈｚ），；２￣１０～５００　ｍＷ，对人体无伤害，最　大读写距离２　ｍ。有多种接口标准：ＴＴＬ、ＳＰＩ、ＵＳＢ，这　在软件中也可选择。串行数据传输率９．６到１１５．２　ｋｂｉｔ／ｓ，　在ＥＰＣ　Ｃｌａｓｓ１　Ｇｅｎ１、ＩＳＯ　１　８０００．６Ｃ、ＩＳＯ　１　８０００－６Ｂ空中接口标准和其它通信标准的基础上　，可与异频雷达收　发机通信。如今，Ｍ９已经在南美、欧洲等地进行了大规　模的使用，在中国，也逐渐被广大民众熟悉。　Ｍ９的特点有：硬件模块化、软硬件相配套，即如果硬件改变了，只需在软件模板上做相应的修改，方便快　捷，可靠识别移动物体，高度自动化，能自动检测井下人　员经过该监测点的时间、地点信息，并自动实现对人员的　考勤作业、统计及监测管理，电源、串口等外部设备标准　化，便于与其它设备连接，保密、安全性能好等。　监控分机暂存来自它范围ｒａ的多个读写器的数据，　经数据处理后，把信息传送到地面主机上。它也可独立工　作，在地面主机出现故障时将数据暂存起来。它的选取、　安排、放置等要视井下实际情形而定。　前端服务器主要对监控分机传送过来的数据进行显　示，以便对井下实时监测。　３．４系统软件设计　主机上的管理软件采用ＶｉｓＵａｌ　Ｃ＋＋６．０开发的集　数据采集与信息处理于一体的综合系统，并采用ＳＱＬ　ｓｅｒｖｅ　２０００数据库。具有井下人员定位动态显示系统、系　系统、网络发布系统、数据库管理系统等。　系统软件的功能有：实时定位跟踪查询，可以实时　查询井下人员动态分布情况及数量，查询指定人员当日或　定的格式生成某一时段内井下工作人员的出勤状态表等　。救护功能，当井下工作人员遇到紧急情况时，能迅速　确定他们的位置、身份等信息，以便实现迅速救援等。软　件设计图如图４所示。　一～　～　：　礴曩圈　一一　一　一　…～　一　Ｌ　Ｌ　Ｌｌ＿—　ｉ　＾　～　］叵：困：　三］　图４软件设计图　４　结束语　煤矿作为一个事故多发的行业，安全生产是它永恒　中不能间断，必须要保证ＳＣＰ的高可靠性。在第三代移动　Ａｔ　ｐ　ｋ　ｄ　ＪＣＪ　（２）　通信中，原有移动网的功能将由智能网负责实现，随着第　过载时　三代移动通信系统的实现，信号业务将明显增加，因此有　∑　ｋ　：　ｃ　效的过载控制对保证网络的完整性和用户的业务质量起着　（３）　非常重要的作用。　在非过载时　参考文献　Ａｔ　Ｄ　ｋ‘Ｏ［Ｊ　Ｃ　（４）　１　Ｙ．ｋａｗａｒａｓａｋｉ，Ｔ．Ｋｉｓｈｉｄａ，Ｊ．Ａｋｉｂａ，ａｎｄ　Ａ．Ｍｉｕｒａ，“Ｉｓｓｕｅｓ　ｏｆＡｄｖａｎｃｅｓｄ　Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　Ｎｅｔｗｏｒｋ　ｉｎ　ＡＴＭ　Ｎｅｔｗｏｒｋ，’’Ｉｓｓ’９７　１９９７　因此，在非过载时不需要负载控制，只要求路由选　择，即负载平衡。在过载时，既要考虑过载控制，还应考　虑负载平衡。　、　］　２　新津善弘，本光浩，高兄一正高度ｌＮ【二转ｃ，为统合４）－一　叉　生成瑕境成法．信学技，ｓｓｅ９４—１７３，１９９５　负载控制原则：当厶　ｍ．ｋ　ｐ　ｋ＜ａ．Ｃ．（￣ｐｓｃＰｊ未过　载）时采用路由选择方式选择代价最小的ＳＣＰｊ作为本次　呼叫请求的服务者。当对于所有ＳＣＰｊ，表达式厶　、１　ｋ　３　弓英明，左藤清，今川仁，铃木孝至，田中豪“新／一　高度ＩＮ　技衍，”ＮＴＴＲ＆Ｄ，Ｖｏｌ　４５，ｎｏ．６，ＰＰ．５５９—５６８，Ｊｕｎｅ　１９９６　４　Ｋ．Ｖｉｓｗａｎａｔｈ，Ｋ　Ｏｂｒａｃｚｋａ，ａｎｄ　Ｇ　Ｔｓｕｄｉｋ，“Ｅｘｐｌｏｒｉｎｇ　Ｍｅｓｈ　ａｎｄ　Ｔｒｅｅ－－Ｂａｓｅｄ　Ｍｕｌｔｉｃａｓｔ　Ｒｏｕｔｉｎｇ　Ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ　ｆｏｒ　ＭＡＮＥＴＳ，ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ　Ｍｏｂｉｌｅ　Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ，Ｖｏ１．５，ｎｏ　１．２００６　ｍ｝ｋ　３１　Ｃ【　Ｃ　成立时，则丢弃本次呼叫请求。　５　Ｌ．Ｙｉｎ　ａｎｄ　Ｇ．Ｇａｏ　ＳｕｐｐｏＡｉｎｇ　Ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅ　ｃａｃｈｉｎｇ　ｉｎ　Ａｄ　Ｈｏｃ　Ｎｅｔｗｏｒｋ，ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ　Ｍｏｂｉｌｅ　Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ，Ｖｏ１．５　，因此，利用式（１）可以确定ＳＣＰ是否发生过载。　ｎｏ　１，２００６　５　结束语　（收稿日期：２００８—１Ｏ一２１）　（上接第４４页）　的主题。井下人员跟踪、定位、管理是煤矿安全生产的重　告，２００８．０３　３　要保证，国家虽然在这方面投入了很多的精力，但效果不　甚乐观。本文结合先进的ＲＦＩＤ技术，提出了整套的硬件　申彦春，陈先中，周浩淼，姚明林．井下动态目标位置跟踪系统　及其实现［Ｊ］．煤炭工程，２００８．０５　一新一技一术一．新二业＝务一　和软件设计方案，在很大程度上满足了实时掌握煤矿入井　人员的动态分布及安全管理的需要，若和已有的矿井通信　结合起来，可节省成本，达到很好的效果，应用前景十分　广阔。　４　傅智河．基ｆｉ－ＲＦＩＤ＠￣％山井下人员定位系统设计［Ｊ】ｌ龙岩学　院学报，２００７　１２　５　闵晓勇．基￣ＲＦＩＤ＠煤矿井下人员定位系统的实现［Ｊ】＿矿山　机械，２００７．０９　６　倪水平，邓立恒，向阳．基于ＲＦＩＤ＠井下人员定位系统设计　［Ｊ】，科技情报开发与经济２００７．１７（２５）　参考文献　１　慈新新，王苏滨，王硕无线射频识别（ＲＦＩＤ）系统技术与应用　【Ｍ】．北京：北京邮电大学出版社，２００７．７　２　陈艳．基－ｆ－ＲＦＩＤ＠井下人员跟踪管理系统的研究［Ｊ］．技术前　（收稿日期：２００８—１１—１５）　４９　２００８．１２’广东通信技术