RFID技術(shù)在煤礦井下人員定位系統(tǒng)中的研究

高永峰 吳房勝 于進(jìn)杰

（1.淮南礦業(yè)集團(tuán)，安徽 淮南 232007；2.安徽工商職業(yè)學(xué)院，安徽 合肥 231131；3.中國人民解放軍裝甲兵學(xué)院，安徽 蚌埠 233000）

0 引言

井下人員定位系統(tǒng)，可對煤礦井下人員進(jìn)行實(shí)時(shí)定位與跟蹤，隨時(shí)了解每個(gè)工作人員在井下的位置與活動(dòng)路徑。一旦發(fā)生突發(fā)情況，可立即從監(jiān)控電腦上查詢事故現(xiàn)場人員的遇險(xiǎn)撤退線路、被困人員數(shù)量、位置分布情況等信息，為事故搶險(xiǎn)提供科學(xué)依據(jù)，減少人員傷亡的發(fā)生。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

本文設(shè)計(jì)的井下人員定位系統(tǒng)，每位井下工作人員分發(fā)唯一的與之對應(yīng)的RFID 電子標(biāo)簽卡，并要求工作人員必須隨身佩帶，電子標(biāo)簽卡隨著工作人員的運(yùn)動(dòng)連續(xù)地發(fā)射電磁波信號。在井下入口、各個(gè)巷道、作業(yè)面的每個(gè)交叉巷道口等一些需要監(jiān)控的重要位置安裝一些讀卡器檢測站點(diǎn)。讀卡器監(jiān)測站點(diǎn)檢測每個(gè)員工的身份碼信息的電子標(biāo)簽，再將電子標(biāo)簽的標(biāo)號，以及其讀卡器編號一并經(jīng)工業(yè)總線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)降乇淼纳衔粰C(jī)上面。

上位機(jī)監(jiān)控軟件通過Visual Basic 6.0 軟件進(jìn)行開發(fā)，自動(dòng)采集井下工作人員經(jīng)過的時(shí)間、地點(diǎn)等信息，參照預(yù)先制作的讀卡器安裝位置圖以及開采面地圖就能夠確定井下工作人員所處的位置。如果員工遠(yuǎn)離讀卡器信號覆蓋的區(qū)域時(shí)，讀卡器講不再檢測到員工攜帶的電子標(biāo)簽信號，上位機(jī)如果沒有收到該讀卡器信號，則說明該工作人員已經(jīng)遠(yuǎn)離該區(qū)域，暫時(shí)還沒有走進(jìn)其他讀卡器的信號覆蓋的區(qū)域內(nèi)。

一段時(shí)間以后，一旦該井下工作人員出現(xiàn)在其他讀卡器的信號覆蓋的區(qū)域內(nèi)，則可判定出該井下人員的活動(dòng)路徑，對煤礦的安全生產(chǎn)起到舉足輕重的作用。系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)圖

2 硬件電路設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)硬件電路中，標(biāo)識卡的設(shè)計(jì)是比較重要的是，標(biāo)識卡是載有唯一能被識別的信息的載體，卡片發(fā)給員工后，在地表監(jiān)控主機(jī)的數(shù)據(jù)庫內(nèi)創(chuàng)建該卡片內(nèi)的唯一信息，該信息與標(biāo)識卡攜帶人員的身份是一一對應(yīng)的關(guān)系。

本系統(tǒng)采用nRF2401 作為無線收發(fā)芯片，nRF2401 為單片射頻的收發(fā)芯片，工作頻率為2.4～2.5GHz，nRF2401 能應(yīng)用在多種無線通信的場合，如無線雙向數(shù)據(jù)傳輸裝置、遙控玩具、遙控開鎖、無線鼠標(biāo)等，nRF2401 的電路圖如圖2 所示。

圖2 nRF2401 的電路圖

單片機(jī)主控模塊主要負(fù)責(zé)控制數(shù)據(jù)的收發(fā)與監(jiān)測，本系統(tǒng)利用宏晶公司生產(chǎn)的STC11F02E 進(jìn)行設(shè)計(jì)。STC11F02E 單片機(jī)是STC 公司生產(chǎn)的單時(shí)鐘/機(jī)器周期的單片機(jī)，指令代碼全部兼容傳統(tǒng)8051 單片機(jī)，速度比51 單片機(jī)快8-12 倍。該單片機(jī)內(nèi)部集成高可靠復(fù)位電路，針對高速通信、智能控制、強(qiáng)抗干擾場合非常實(shí)用，STC11F02E 單片機(jī)電路如圖3 所示。

圖3 STC11F02E 單片機(jī)電路

3 地面監(jiān)控系統(tǒng)

地面監(jiān)控軟件部分主要為應(yīng)用層，應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)和用戶的接口，它與行業(yè)需求相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)井下人員監(jiān)控的智能應(yīng)用。系統(tǒng)的監(jiān)控軟件開發(fā)工具采用Visual Basic 6.0開發(fā)的，該軟件是集信息處理與數(shù)據(jù)采集的一種綜合管理系統(tǒng)，后臺通過SQL Server 2005 數(shù)據(jù)庫處理數(shù)據(jù)，運(yùn)行平臺適用于Microsoft Windows 2005 Server/XP/2003 等操作系統(tǒng)。上位機(jī)監(jiān)控軟件包括系統(tǒng)設(shè)置、考勤管理、統(tǒng)計(jì)分析、系統(tǒng)維護(hù)、實(shí)時(shí)定位、地圖維護(hù)等六個(gè)部分。

該系統(tǒng)主要功能包括煤礦井下人員位置識別與跟蹤、超員報(bào)警、超時(shí)報(bào)警、人員考勤、人員救援指揮、人員情況統(tǒng)計(jì)與限制區(qū)報(bào)警。讀卡分站、識別卡均能夠在有瓦斯、粉塵等易燃易爆性氣體的煤礦礦井中運(yùn)行，該系統(tǒng)的主要功能圖如圖4 所示。

圖4 主要功能圖

4 人員定位監(jiān)測

通過監(jiān)控軟件的設(shè)計(jì)，在人員實(shí)時(shí)監(jiān)控窗體中，有實(shí)時(shí)定位跟蹤、下井人員顯示、歷史定位跟蹤、井下人員分布、下井干部顯示五個(gè)按鈕，點(diǎn)擊該五個(gè)按鈕中的一個(gè)，即可進(jìn)入相應(yīng)窗體，其中人員實(shí)時(shí)監(jiān)控中的實(shí)時(shí)定位跟蹤窗體如圖5 所示。

圖5 實(shí)時(shí)定位跟蹤窗體

5 總結(jié)

通過Visual Basic6.0 軟件設(shè)計(jì)了本系統(tǒng)的上位機(jī)監(jiān)控顯示界面，并給出井下人員實(shí)時(shí)檢測、報(bào)警處理、考勤報(bào)表、歷史數(shù)據(jù)查詢、人員管理中部分窗體的圖形設(shè)計(jì)界面。完成了RFID 在煤礦生產(chǎn)中的應(yīng)用，對我國煤礦的安全生產(chǎn)提供了及時(shí)可靠的信息查詢、監(jiān)控與定位等功能，以信息化手段增強(qiáng)了煤礦的安全生產(chǎn)效率。解決了一旦發(fā)生煤礦安全事故后，無法準(zhǔn)確、快速的獲取事故發(fā)生地點(diǎn)的精確位置，不能對被困人員實(shí)施有效的搶險(xiǎn)救援任務(wù)的問題。