一種基于RFID技術(shù)嵌入式礦山安全監控系統設計

摘要：針對礦山的安全管理，設計一種基于RFID技術(shù)的礦山安全智能監控系統。系統采用MF RC500專(zhuān)用讀寫(xiě)芯片，以嵌入式處理器作為信號控制平臺，實(shí)現了礦山溫濕度、瓦斯檢測和定位監測功能。
關(guān)鍵詞：RFID；STM32F103RBT6；ARM；nRF24L01；智能監控

0 引言
目前在大部分的中小型礦山中還不能全面的使用高端電子產(chǎn)品，效益好的礦山里用上了GPRS定位系統，但因成本過(guò)高不能應用到每一個(gè)工人的身上。由此設計了這套基于射頻技術(shù)的礦山安全監控系統，這套設備具有比GPRS更高的發(fā)射頻率為2．4 GHz，具有更強的穿透能力。一個(gè)總臺可同時(shí)監控125個(gè)分點(diǎn)的溫度、濕度和瓦斯濃度值以及所在區域礦工的具體身份、位置信息，可根據實(shí)際的環(huán)境設定各項檢測數據的報警值。

1 硬件設計
整個(gè)系統采用模塊化設計，硬件結構由微處理器、傳感器、A／D轉換(STM32F103RBT6內部A／D轉換器)、鍵盤(pán)控制、顯示電路、備用電源組成，硬件電路框圖如圖1所示。系統中分點(diǎn)微控制器和總臺微控制器均采用STM32F103RBT6。分點(diǎn)微控制器主要采集傳感器所收集的環(huán)境數據；通過(guò)射頻模塊收集各分點(diǎn)在監控區域內的礦工具體位置、身份數據；控制射頻模塊將收集的各項信息傳送給控制總臺?？偱_微控制器主要控制射頻收發(fā)總臺收集各分點(diǎn)的具體數據；出現危機情況時(shí)啟動(dòng)報警系統；通過(guò)鍵盤(pán)接收人為信息調整系統控制數據；將總臺的運轉信息如實(shí)的顯示在顯示器上。在各個(gè)模塊中還添加了UPS電源模塊，防止出現特殊情況斷電使各個(gè)模塊不能正常工作。

1．1 傳感檢測電路
溫度采集模塊采用美國DALLAS公司生產(chǎn)的一線(xiàn)數字溫度傳感器DS18B20，測溫范圍是-55～125℃，與單片機交換信息僅需要一根I／O線(xiàn)，其讀／寫(xiě)及溫度轉換的功率也可來(lái)源于數據總線(xiàn)，而無(wú)需額外電源，節省I／O口且成本不高。
線(xiàn)性電壓式集成濕度傳感器HM1500LF濕度測量范圍為5％～99％RH，HM1500采用恒壓供電，內置放大電路，能輸出與相對濕度呈線(xiàn)性關(guān)系的電壓值。通過(guò)A／D轉換后可得到非常精確的濕度值。
瓦斯濃度傳感器KGS-20是以二氧化錫為基本敏感材料，專(zhuān)門(mén)用于可燃氣濃度檢測的一種半導體型氣體傳感器。有極高靈敏度和極快的響應速度且功耗低。用于對瓦斯等可燃氣濃度的檢測。工作溫度為-22～50℃；工作濕度范圍為0％～95％RH；采用直流電源供電，電壓范圍為3～5 V，非常適用于對瓦斯等可燃氣濃度的檢測。負載電阻RL上的電壓變化可以反映出傳感器敏感組件的電阻RS的變化。傳感器內部電路如圖2所示。KGS-20輸出的模擬信號經(jīng)A／D轉換后可得到非常精確的濃度值。