基于低频射频识别技术矿井人员定位系统技术研究报告.doc

PAGE 66 PAGE 67 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 TOC \o 1-3 \h \z \u 1 绪论 h 6 1.1 煤矿生产管理中的问题 h 6 1.2 本项目研究的意义 h 7 1.3 井下人员定位系统的发展现状 h 8 1.3.1 国外研究状况 h 8 1.3.2 国内发展现状 h 8 1.4 井下人员定位系统设计的难点问题 h 9 1.5 本项目所做的工作 h 10 2 井下人员定位系统的基本原理 h 11 2.1 定位系统概述 h 11 2.2 井下人员定位系统的基本原理 h 11 3 系统的功能划分 h 14 3.1 井下无线监测子系统 h 14 3.2 地面数据处理子系统 h 14 3.3 井下与地面通信子系统 h 15 4 井下无线通信子系统设计 h 17 4.1 通信的基本知识 h 17 4.1.1 信号的转换与编码 h 17 4.1.2 差错控制 h 17 4.1.3 多路复用 h 18 4.1.4 传输模式 h 18 4.1.5 传输协议 h 18 4.2 井下人员定位系统无线通信解决方案及对比 h 19 4.2.1 蓝牙(Bluetooth) h 19 4.2.2 HomeRF h 19 4.2.3 ZigBee h 20 4.2.4 RFID（射频识别） h 20 4.2.5 WIFI h 21 4.2.6 无线MESH网络 h 21 4.2.7 几种无线通信方案的比较 h 22 4.3 无线通信方案的确定 h 22 4.4 无线通信子系统的硬件设计 h 22 4.4.1 基站硬件电路设计 h 23 4.4.2 射频卡硬件电路设计 h 42 4.5 无线通信子系统的软件设计 h 43 4.5.1基站软件设计 h 43 4.5.2 射频卡软件设计 h 50 5 井下与地面通信子系统设计 h 52 5.1 通信方案及比较 h 52 5.1.1 RS-485 h 52 5.1.2 现场总线 h 52 5.1.3 工业以太网 h 54 5.2 CAN总线 h 55 5.2.1 CAN总线简介 h 55 5.2.2 CAN的性能特点 h 55 5.2.3 物理层 h 56 5.3 CAN总线接口电路设计 h 56 5.3.1 CAN总线与基站硬件接口电路设计 h 61 5.3.2 CAN总线与PC端的硬件接口电路设计 h 63 5.4 CAN总线接口电路软件设计 h 68 5.4.1 基站部分CAN总线接口电路软件设计 h 68 5.4.2 PC端CAN总线接口电路软件设计 h 69 6 地面监管子系统设计 h 71 7 总结 h 77 附录A h 78 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