射频技术在煤矿人员定位系统上的应用.doc

射频技术在煤矿人员定位系统上的应用 高 宇 长春工业大学机电学院,吉林长春130012 摘要介绍了一种基于MSP430系列单片机和无线收发芯片nRF2401/nRF2402组成的可移动 RFID 无线射频技术在煤矿人员定位系统上的应用。主要针对射频识别系统进行软硬件设计,射频识别系统包括标识卡和读卡分站, 标识卡内存数据以调幅的形式发射给读卡分站,读卡分站将数据接收并还原传输到地面电脑进行了设计。关键词RFID ;无线;射频;MSP430;nRF2401中图分类号TD76 文献标识码B 文章编号1003－496X 201012－0064－03 煤矿井下人员跟踪定位管理系统是集计算机软硬件、信息采集处理、无线数据传输、网络数据通讯、自动控制等技术多学科综合应用为一体的自动识别信息技术产品。 RFID 无线射频技术是通过对煤矿井下巷道内远距离移动目标进行非接触式信息采集处理,实现对人、车、物在不同状态下的自动识别从而实现目标的自动化管理。1系统组成及功能1．1 系统组成 系统主要由地面设备和井下设备2部分组成。地面设备包括计算机、打印机、信息传输接口和线路避雷器等;井下由读卡分站、 标识卡、电缆组成。信息传输接口的作用是既与计算机通讯,还和读卡分站通讯。线路避雷器的作用是防止地面通讯线路被雷击后,损坏系统设备。井下读卡分站的作用是,接收携卡人员的信号,并传到地面。标识卡具有唯一编号,每人各携带1个。系统组成框图如图1 。 图1系统组成框图 1．2系统主要功能 1实时井下人员动态显示功能。查询人员姓 名,实时查询某区域人员数量;记录有关人员考勤,可以督促和落实重要巡查人员是否按时、到点的进行实地查看,或进行各项数据的检测和处理。 2丰富的地图功能。具有放大、缩小、移动、标尺测距、视野控制、中心移动、土层控制、地图打印等功能。 3禁区报警功能。对于指定的禁区,如果有人员进入,实时声音报警,并显示进入禁区的人员。 4人员轨迹查询。可查找某个人在某个时间段内所经历的路径,并在图中画出线路轨迹。 5丰富的人员下井考勤能力。可对出入井人员进行统计,实现下井人员考勤记录,建立人员出入井的各种信息报表如下井时间报表、出勤月报表、加班报表、缺勤报表等等。 6灾后急救信息。一旦发生各类事故,煤矿下工作人员按下报警案件使系统进入紧急报警状态。进入紧急报警状态后,读卡分站蜂鸣器响,上位机上显示出事故地点的人员数量等信息,大大提高抢险效率和救护效果。 7射频标识卡的双向通信。一旦煤矿工作人员被困井下后,上位机可通过读卡分站与标识卡进行通信,使标识卡能够具有接受信号的功能,以便于营救被困人员。 8标识卡采用跳频点或者固定频点频率实现可靠的全/半双工通信。2 无线标识卡 无线标识卡由单片机MSP430F1101A 和无线 46煤矿安全 Total 434 技术经验 发送芯片nRF2402构成,它是1种有源射频标识卡,采用本安电路设计,最大特点是多个标识卡可在较大的范围内同时被识别。无线识别卡使用的是由挪威NORDIC 公司出品的nRF2402芯片,功耗非常低,以－5dBm 的功率发射时,工作电流只有10．5mA ,接收时工作电流只有18mA 。无线标识卡原理框图如图2 。 图2无线标识卡原理框图 根据nRF2401/2402的Datasheet ,其发射功率为0dBm ,接收灵敏度在数据传输率为250kbps 时为－90dBm ,在1Mbps 时为－80dBm 。传输率为250kbps 和1Mbps 时的通信距离可按下式计算 〔Los 〕32．4420lg d 20lg f 1 式1即为自由空间下电波传播的损耗公式。式中,〔Los 〕为传输损耗,dB ;d 为传输距离,km ;f 为工作频率, MHz 。发射功率0dBm ,接收灵敏度－80dBm ,〔Los 〕80dBm ,将〔Los 〕80dBm 和f 2400MHz 代入式1,计算通信距离d 0．1km 100m 。考虑各种干扰,可以得出室内传输距离在30 40m 。3 读卡分站 无线读卡分站由单片机MSP430F133、无线接收器nRF2401、 时钟芯片PCF8563、数据存储器24C256构成。它是一种射频电子标识卡的识别设备。读卡分站电路原理框图如图3 。 图3读卡分站电路原理框图 无线读卡分站电路以2．4GHz 射频电路和高性能CPU 为核心, 2．4GHz 射频电路集成了蓝牙物理层和高级数据链协议, CPU 采用TI 系列功能强大的16位超低功耗单片机,无线读卡分站电路自动识别 无线标识卡的ID 号并产生中断,CPU 读取ID 后,使用实时芯片PCF8563读取系统时间,通过I2C 总线数据传送协议, 传给数据存储器24C256实现永久记忆和上传上位机显示。4 读卡分站的软件设计 系统在软件设计上采用模块化设计,具体可分为如下子模块初始化模块、系统设置模块、自检模块、数据压缩、发送模块、接收模块等。 读卡分站上电后,单片机程序首先从单片机内部集成的EEPROM 中读取系统设置的信息。 地址为0的字节S System Byte 记录了整个系统的状态。主板带有JTAG 接口,可通过并口下载电缆将最新的程序写入系统进行升级。 对每1台读卡分站的nRF2401芯片设置“地址”,当标识卡nRF2402发送的数据包中的地址与读卡分站nRF2401中设置的地址一致时,数据才被接收。 井下人员携带的标识卡每隔400ms 主动发射2．4GHz GFSK 射频信号,读卡分站接收并传到地面主机。图4读卡分站程序流程图 。 图4 读卡分站程序流程图 56技术经验 煤矿安全 2010－12 复合顶板开切眼高强度锚杆支护技术 李承军1,2,朱守颂1,姜光1 1．中国矿业大学矿业工程学院,江苏徐州221008;2．安徽恒源煤电股份有限公司恒源煤矿,安徽淮北235162 摘要为了解决恒源煤矿Ⅱ6119工作面开切眼跨度大、复合顶板下沿空掘巷支护问题,在保证上覆围岩整体结构稳定的基础上,采用高强度锚杆加强对顶板围岩及沿空煤柱的控制,确定了合理的支护参数。实验结果表明,通过高强度锚杆有效保证了顶板围岩与煤柱的稳定,顶板离层不大,支护效果好。 关键词开切眼;复合顶板;沿空掘巷;高强锚杆 中图分类号TD353．6文献标识码B文章编号1003－496X201012－0066－03 0引言 锚杆支护的主动、及时支护与棚式支架被动支护相比,显著的提高了巷道支护效果,其中,锚杆支护在工作面开切眼中的应用,加快了工作面设备的安装速度,简化了工作面端头的支护工艺,为工作面的顺利回采提供了保障〔1－2〕。恒源煤矿由于前期巷道布置原因,Ⅱ6119工作面开切眼为沿空巷道,顶板压力显现比较明显,且煤层顶底板岩层发育一定程度的离层裂隙,进一步增加了顶板管理的难度。因此选择合理的支护形式及参数,对减少矿压对顶板造成的危害,实现工作面的安全回采起到了重要的作用〔3－4〕。1工程概况 Ⅱ6119工作面位于－600m水平,倾斜长1160 m,走向宽142m,该工作面开切眼与6516工作面采空区相邻,属大跨度沿空掘巷施工,巷道布置如图1。 开切眼所处的6煤层为结构简单、稳定的中厚煤层,煤层倾角平均约7ʎ,平均煤厚2．81m,在煤层上0．5 1．0m的泥岩中,发育一层或数层煤线形成的复合顶板,极易发生离层。顶底板情况见表1。 根据煤层赋存条件,开切眼断面设计为斜矩形断面,掘进断面宽度6．4m,高帮3．0m,低帮2．4 m,走向长度142m,采用机掘二次成巷的掘进方式 檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶 。 5结语 煤矿事故比较频繁,因此从国家到地方各级领导都十分重视煤矿的安全生产和下井人员的管理。但如何迅速寻找灾后井下被困人员也是一个亟待解决的问题,RFID射频技术很好地解决了人员定位问题,通过该技术能及时、准确的将井下各个区域人员及设备的动态情况反映到地面计算机系统,使管理人员能够随时掌握井下人员、设备的分布状况和每个矿工的运动轨迹,以便于进行更加合理的调度管理。当事故发生时,救援人员也可根据煤矿人员管理系统所提供的数据、图形,迅速了解有关人员的位置情况,及时采取相应的救援措施,提高应急救援工作的效率。因此该技术在煤矿人员管理系统中必将起到重要作用。参考文献 〔1〕秦龙．MSP430单片机应用系统开发典型实例〔M〕．北京中国电力出版社,200597－103． 〔2〕宁焕生,张彦．RFID产品研发及生产关键技术〔M〕．北京机械工业出版社,200774－69． 〔3〕郎为民．射频识别技术原理与应用〔M〕．北京机械工业出版社,200687－96． 〔4〕王德银,张晨．MSP430系列单片机实用C语言程序设计〔M〕．北京人民邮电出版社,2005203－218． 作者简介高宇1963－,男,长春工业大学讲师。 收稿日期2010－05－25;责任编辑霍玉川 66 煤矿安全Total434技术经验