中国矿业大学2009届本科毕业生设计 第6页
电子标签（又叫射频标签、射频卡）存储着需要被识别物品的相关信息，通常被放置在需要识别的物品上，它所存储的信息通常可被射频读写器通过非接触的方式读/写获取。标签由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上表示目标对象，电子标签是射频识别系统真正的数据载体。一般情况下，电子标签由标签天线和标签专用芯片组成。
根据电子标签供电方式不同，电子标签可以分为有源电子标签和无源电子标签。有源电子标签内装有电池，为芯片提供电源。根据电池供电情况的不同又可分为有源和半有源。半有源射频标签内的电池仅对标签内要求供电维护数据的电路或者标签芯片工作所需电压的辅助支持。标签未进入工作状态前，一直处于休眠状态，相当于无源标签，标签内部能量损耗很小。因而电池可以维持很长时间，达几年之久。当标签进入阅读器的工作区域时，受到阅读器发出的射频信号的激励，从而进入工作状态。标签和阅读器之间的信息交换的能量支持以阅读器的射频能量为主（发射调制方式），标签内部的电池主要作用是弥补标签所处位置的射频磁场不足，标签内部的能量并不能转换为射频能量。无源的射频标签内有偶和元件，通过耦合外电磁场来产生电流供系统工作。
(2) 读写器
读写器是可以利用射频技术读/写电子标签信息的设备。读写器读出的标签信息可以通过计算机以及网络系统进行管理和信息传输。典型的读写器包含有高频模块（发送器和接收器），控制单元以及阅读器天线。此外许多阅读器还有附加的接口（RS232、RS485、以太网接口等），以便将所获得的数据传向应用系统或从应用系统接收命令。读写器的基本组成如图2－2所示。
图2－2读写器的基本结构
(3)计算机通讯网络
在射频识别系统中，计算机通讯网络通常用于对数据进行管理，完成通讯传输功能。读写器可以通过标准接口与计算机通讯网络连接，以便实现通讯和数据传输功能。
中国矿业大学2009届本科毕业生设计 第7页
射频识别系统的基本工作流程如下：
(1) 读写器将无线电载波信号经过发射天线向外发射；
(2) 当电子标签进入发射天线的工作区域时，电子标签被激活，将自身信息的代码经天线发射出去；
(3) 系统的接收天线接收电子标签发出的载波信号，经天线的调节器传输给读写器。读写器对接收到的信号进行解调解码，送往后台的电脑控制器；
(4) 电脑控制器根据逻辑运算判断该标签的合法性，针对不同的设定作出相应的处理和控制，发出指令信号控制执行机构的动作；
(5) 执行机构按照电脑的指令动作；
(6) 通过计算机通信网络将各个监控点连接起来，构成总控信息平台，可以根据不同的的软件来完成要实现的功能。
2.4 射频识别卡分类
（1）根据系统的工作频率通常把读写器发送信号时使用的频率称作射频识别系统的工作频率可分为：
? 低频系统一般工作在100～500HZ；
? 中频系统工作在左右10～15MHZ左右；
? 射频系统则工作在850～950MHZ，以及2.4GHZ、5.8GHZ的微波频段。 （2）根据能否给射频卡写入数据
? 可读写卡（RW），如电话卡、信用卡等。
? 一次写入多次读出卡(WORM)，是用户可以一次性写入的卡，写入后数
据不能改变，WORM比RM便宜。 ? 只读卡（RO），存有一个唯一的号码，不能改写，这样提供了安全性，RO卡最便宜。
（3）根据电源供电方式，射频卡也可分为有源与无源射频卡。
? 有源射频卡使用卡内电流的能量、允许卡的操作距离较远，适合动态
的井下工作人员定位，是煤矿井下工作人员定位系统发展的方向，但是它的寿命有限，且价格较高；
? 无源电磁感应式射频卡不含电池，利用读写器辐射的电磁场能量作为
自己的能量，它的重量轻、体积小，寿命可以非常长、很便宜，但由于卡面限制，天线尺寸有限，射频信号不强，因此其工作距离不远一般（10cm），通信速率也低（106），且需要读写器的发射功率大。
（4）根据调制方式的不同还可分为主动式和被动式
? 主动式是指其上行信号的载波来自于射频卡本身的微波本振源。主动
式射频卡中一定有电池提供能量，主动式的射频卡用自身的射频能量
中国矿业大学2009届本科毕业生设计 第8页
主动地发送数据给读写器，主要用于有障碍物的应用中，距离较远（可达30米）；
? 被动式是指其上行信号的载波来自于读写器。被动式射频卡使用调制
散射方式发射数据，它必须利用阅读器读写器的载波调制自己的信号，适宜在人员定位、门禁或交通的应用中使用。被动式射频卡根据工作需求可带电池也可不带电池，由于被动式省去了昂贵的微波本振源，因而降低了射频卡的成本，有利于煤矿井下人员定位系统的推广
应用，而得到越来越多的重视。
（5）根据射频识别系统的基本工作方式，可分为双工系统和时序系统。
? 在双工系统中，电子标签的应答响应信号与读写器的发射信号同时存在；
? 在时序系统中读写器的电磁场周期性地接通，在这些间隔中电子标签
向读写器发送信号并被识别出来。
2.5 射频技术发展与标准
FRID技术是一种直接继承了雷达的概念并 由此发展起来的具有革命性的自动识别技术。最初的射频识别技术被应用于军事领域，主要用于敌我双方的飞机识别。到了70年代美国通过LosAlmos科学实验室将FRID技术转移到民间用于畜牧业。到了80 年代美国与欧洲的几家公司开始着手生产FRID卷标。如今，他在工业、商业、农业、军事、日常生活领域显示着巨大的潜力和应用空间。
随着全球FRID产品的大规模生产，制定一套FRID的统一标准得到了广泛认同。目前常用的国际标准主要有用于对动物识别的ISO11784和ISO11785，用于非接触智能卡的ISO10536(Close coupled cards)、ISO15693(Vicinity cards)、ISO1443(Proximity cards)，用于集装箱识别的等。目前国际上制定标准的组织比较著名的有三个：ISO，以美国为首的EPC global以及日本的Ubiquitous ID Center，而这三个组织对RFID的技术应用规范都有各自的目标和发展规划。下面对常见的几个标准加以简介。
(1) ISO11784和ISO11785技术标准
ISO11784和ISO11785分别规定了动物识别的代码结构和技术准则，标准中没有对电子标签样式尺寸加以规定，因此可以设计成适合于所涉及的动物的各种形式，如玻璃管状、卫标或项圈等。代码结构为64位，其中的27至64位可由各个国家自行定义。技术准则规定了电子标签的数据传输方法和读写器规范。工作频率为134.2KHZ，数据传输方式有全双工和半双工两种，读写器数据以差分双相代码表示，电子标签件采用FSK调制，NRZ编码。由于存在较长的电子标签充电时间和工作频率的限制，通信速率较低。
(2)ISO10536、ISO15693和ISO1443技术标准：
中国矿业大学2009届本科毕业生设计 第9页
ISO10536标准发展于1992年1995年间，由于这种卡的成本高，与接触式IC卡相比有点很少，应此这种卡未在市场上销售。ISO15693和ISO1443标准在1995年开始操作，其完成则在2000年之后，二者皆以13.56MHZ交变信号为载波频率。ISO15693读写距离较远，而ISO1443读写距离稍近，但应用较广泛。目前的第二代电子身份证采用的标准是ISO1443 TYPE B协议。ISO1443定义了TYPE A、TYPE B两种类型协议，通讯速率为106kbit/s，它们的不同主要在于载波的调制深度及位的编码方式。TYPE A采用开关键控（On-Off keying）的Manchester编码，TYPE B采用NRZ-L的BPSK编码。TYPE A与TYPE B相比，具有传输能量不中断、速率更高、抗干扰能力列强的优点。RFID的核心是防冲撞技术，这也是和接触式IC卡的主要区别。ISO14443-3规定了TYPE A和TYPE B的防冲撞机制。二者防冲撞机制的原理不同，前者是基于位冲撞检测协议，而TYPE B通信系列命令序列完成防冲撞。ISO15693采用轮寻机制、分时查询的方式完成防冲撞机制。防冲撞机制使得同时处于读写区内的多张卡的正确操作成为可能，既方便了操作，也提高了操作的速度。
(3)ISO18000技术标准
ISO18000是一系列标准，此标准是目前较新的标准，原因是它可用于商品的供应链，其中的部分标准也正在形成之中。ISO1800-6基本上是整合了一些现有RFID厂商的减速器规格和EAN-UCC所提出的标签架构要求而订出的规范。ISO18000只规定了空气接口协议，对数据内容和数据结构无限制，因此可用于EPC。
2.6 本章小结
本章主要讲述了射频技术，和射频识别系统的应用及其原理，以及射频技术的发展、国际标准。可知此技术是二十一世纪最有前途的技术之一。其可自动识别目标象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。目前煤矿的许多井下人员是基于射频识别技术，它可对井下人员、设备进行跟踪定位，在一程度上能够保障人员生命安全、减少国家财产的损失。
3 井下人员定位系统整体框架
长期以来，煤炭行业的安全设备严重缺乏，安全管理手段极其落后。建立煤矿安全生产的长效机制，是我围煤矿安全生产工作的必由之路。因此，采用先进的煤矿安全设备与手段己成为煤炭行业迫在眉睫的任务。目前以射频识别技术为基础的矿用人员定定位管理系统为保障矿山安全生产、提高管理效率提供了有效的手段。下面是本系统的设计思路本系统的射频标签的选择是这样考虑的：由于无源标签的读写距离短，并且在系统中要保持较高的读写效率，因此选取有源射
中国矿业大学2009届本科毕业生设计 第10页
频标签较为合适。在系统读写器频率选择上，考虑到频率越高，信号的衰减性越小，读写距离越大，但是信号的绕射能力就越弱，考虑到系统自身的特点，我们只需少量的数据通信，以及矿井隧道的宽度后，我们采用915MHz的通信频率。
在系统中每个标签中唯一的身份码来确认人员的身份。读写器则安装在不同的地点，每个读写器也只有唯一的地址，当携带标签的井下人员经过读写器时，读写器将对人员身份的号码进行读取，然后读写器将自己的地址数据和人员身份的地址信息进行封装，痛过有线网络传输给 井上监控中心的上位机。读写器与标签的共同使用便可以确定井下人员的位置。上位机将数据写入数据库，可以方便的对数据进行管理，系统界面可以实时的显示每个人的位置情况，也可以查询某个人，或某个巷道的人员情况，并可以录入人员的详细情况。系统具有矿上的人员管理功能。
3.1系统设计原则及要求
原则：
1.实现下井作业人员进出的有效识别，实现井下人员分布的可视化，并且使系统管理充分人性化、信息化和高度自动化。
2.为高级管理人员提供考勤作业、人员进出限制等多方面的信息查询。
3.一旦发生安全事故，通过该系统立刻可以知道坑道作业面工作人员的数量，保证抢险救灾和安全救护工作的高效运作。
4.系统设计的安全性、可扩容性、易维护性和易操作性。
要求 ：
RFID技术在国内外发展很快，各种RFID产品也趋于成熟，己被广泛应用于工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理等众多领域。然而该技术在煤炭行业中的应用还很少，利用射频识别技术的无线方式通信，非接触同时识别多个移动目标，无需外露电触点，电子标签的芯片按不同的应用要求封装的特点，以及计算机网络在数据存储、传递、计算、统计等方面的优势，开发新型煤矿安全管理系统，可对煤矿入井人员进行实时跟踪监测和定位。
如果发生灾变，还可立即从监控计算机上查询事故现场人员位置分布情况、被困人员数量、遇险人员撤退线路等信息，可快速指导矿井突发性事故的救护工作。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。本文设计的煤矿井下人员定位系统采用广播发射式射频识别系统，系统中监控节点采用有源工作方式。根据RFID的工作原理，监控节点上的RF功相当于读写器，移动目标上的RF功相当于电子标签。
完善的煤矿安全管理系统应综合考虑到员工安全、生产、通风、机电等各系统的需求，涵盖矿井安全生产的各个方面，在各个系统之间实现信息的资源共享，使得不同系统、不同部门及各级领导都可以在系统规定的运行管理机制下，
百度搜索“77cn”或“免费范文网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，免费范文网，提供经典小说综合文库井下人员定位系统毕业设计(4)在线全文阅读。
相关推荐：