RFID和wi Fi在礦井機車(chē)監控與管理系統中的應用

現有的機車(chē)監控與管理系統仍存在著(zhù)一些問(wèn)題：有線(xiàn)通信使用電纜較多，系統安裝、維護工作量大。工作人員需定點(diǎn)才能報告機車(chē)位置使地面調度人員不能實(shí)時(shí)準確判斷機車(chē)位置;管理效率較低，不能對機車(chē)和工作人員的作業(yè)進(jìn)行系統的管理。

　　提出基于RFID/Wi—Fi技術(shù)的礦井機車(chē)監控與管理系統。射頻識別技術(shù)具有高通訊速率、較強的抗于擾能力、保密性強、遠距離和高速移動(dòng)物體識別等技術(shù)優(yōu)勢，使得它能夠適應井下復雜、惡劣的作業(yè)環(huán)境。利用WIFI無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)進(jìn)行數據傳輸，節省電纜，減少了線(xiàn)路安裝和維護工作量。管理中心數據庫對信息進(jìn)行分析統計，實(shí)現機車(chē)和T作人員的作業(yè)管理，提高了井下機車(chē)運輸管理效率。

　　1 煤礦機車(chē)管理系統原理

　　1.1 RFID技術(shù)

　　RFlD無(wú)線(xiàn)射頻識別是一種非接觸式的自動(dòng)識別射頻技術(shù)，它通過(guò)射頻信號自動(dòng)識別目標對象并獲取相關(guān)數據，識別工作無(wú)須人工干預。RND系統主要南閱讀器、天線(xiàn)和標簽組成。其中閱讀器主要讀取電子標簽信息;天線(xiàn)負責在標簽和閱讀器間傳遞射頻信號;標簽是由耦合元件及芯片組成，每個(gè)RFID標簽具有唯一的電子編碼，附著(zhù)在物體標識目標對象。RFID的主要特點(diǎn)有：

　　(1)RFID技術(shù)實(shí)現了對標簽的快速掃描和元屏障閱讀。

　　它的讀寫(xiě)范圍以達到3600，讀寫(xiě)距離可以達到幾十米，可識別高速運動(dòng)物體電子標簽，并且在中間隔有物體的情況下也能對其進(jìn)行瀆取。

　　(2)RFID標簽承載的是電子式信息，不僅提高了標簽的抗污染和抗破壞的能力，還大大增加r數據的記憶容量，并且可寫(xiě)入式芯片可多次寫(xiě)入數據，可根據需要改變電子芯片中的信息。

　　針對礦井運輸井下環(huán)境惡劣、障礙多的特點(diǎn)，礦井機車(chē)監控與管理系統運用RND的遠距離射頻識別技術(shù)，準確實(shí)時(shí)記錄機車(chē)和運輸工作人員T作信息，返回到地面管理中心，使調度人員能了解井下機車(chē)運輸的動(dòng)態(tài)。

　　1.2 Wi—Fi技術(shù)

　　wi—Fi(Wireless viaii忉又稱(chēng)為802.1ib標準，使用2.4GHz直接序列擴頻，最大傳輸速率為54 bit/s，并可根據信號強弱把傳輸速率調整為5.5 bit/s、2bit/s及l(fā)bit/s。在2.4GHz及5GHz頻段上免許可。其主要特性為：速度快，_日r靠性高，在開(kāi)放性區域，通訊距離可達305m，方便與現有的有線(xiàn)以太網(wǎng)絡(luò )整合，組嘲的成本更低。組網(wǎng)系統主要包括無(wú)線(xiàn)站點(diǎn)、AP節點(diǎn)及網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器，站點(diǎn)和節點(diǎn)問(wèn)可以實(shí)現級聯(lián)連接或組建局域網(wǎng)，站點(diǎn)可以實(shí)現Hub的所有功能。

　　在礦井機車(chē)監控與管理系統中，以WIH無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )和TCP/IP協(xié)議為基本架構，以礦井T業(yè)以太環(huán)網(wǎng)為整個(gè)系統的傳輸平臺，形成有線(xiàn)主干與尢線(xiàn)終端相結合的方式，覆蓋礦井軌道區域。利用WIFI網(wǎng)絡(luò )技術(shù)所具有的傳輸速率高、接入時(shí)間短、無(wú)線(xiàn)傳輸等技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，能夠為車(chē)輛RFID數據提供實(shí)時(shí)傳輸，快速建立連接，無(wú)建鏈時(shí)延。

　　2 系統原理

　　2.1 系統實(shí)現

　　系統由車(chē)載/RFID標簽、閱讀器、wIn網(wǎng)絡(luò )模塊、工業(yè)以太網(wǎng)和管理數據庫系統組成，如圖1所示。

　　圖1礦井機車(chē)監控與管理系統原理圖

　　在井下車(chē)場(chǎng)、各分支鑒道入口和煤倉以及重要軌道區段處根據現場(chǎng)具體需要設置一定數量的閱讀器。每輛機車(chē)上裝有一個(gè)車(chē)載RFID標簽，當標簽進(jìn)入RFII)讀寫(xiě)天線(xiàn)的范圍后，標簽接收解讀器發(fā)出的射頻信號，憑借感應電流所獲得的能量發(fā)送出存儲在芯片中存儲的信息。RFID讀寫(xiě)器讀取信息后，通過(guò)Rs485接口將數據傳至WIFI無(wú)線(xiàn)數據傳輸終端，數據通過(guò)無(wú)線(xiàn)局域}。4傳至T業(yè)以太網(wǎng)，經(jīng)主干網(wǎng)傳到管理中心服務(wù)器。這樣中心站主機的數據庫通過(guò)分析采集的數據就可判斷出礦井機車(chē)和作業(yè)人員具體信息(如：是誰(shuí)，住哪個(gè)位置，具體時(shí)間)，同時(shí)可把它顯示在管理中心的大屏幕或電腦顯示屏上，并做好備份。管理者可以根據大屏幕上或電腦上的分布示意周查看某一區域，計算機會(huì )把這一區域的人員情況統計并顯示出來(lái)。管理中心數據庫管理系統自動(dòng)牛成機車(chē)的運輸和工作人員的作業(yè)統計表，實(shí)現對機車(chē)和人員的作業(yè)管理。

　　2.2 系統設計

　　2.2.1 硬件設計

　　硬件包括信息儲存、采集和傳輸設備，是實(shí)現井下的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)信息傳輸到管理中心對機車(chē)進(jìn)行監控與管理的基礎。

　　(1)電子芯片。電子芯片中儲存機車(chē)的基本信息，包括機車(chē)類(lèi)型、編號、維修記錄，還有與之對應機車(chē)丁作人員的姓名、年齡、性別、所屬班組、職務(wù)、有效期等。將RFID電子標簽安裝在各臺機車(chē)上。由于電子芯片中信息須隨機車(chē)和工作人員屬性的變化而改變，設計時(shí)采用可寫(xiě)入式芯片，便于芯片中數據的改變。

　　(2)閱讀器。井下車(chē)場(chǎng)、各分支巷道入口以及重要路段處安裝RFID閱讀器，同時(shí)在采區煤倉裝有l臺閱讀器。對每個(gè)閱讀器設置不同的ID編號，在系統數據庫中建立一個(gè)ID編號與閱讀器匹配的數據庫。安裝完成后，需要根據礦區現場(chǎng)調試各個(gè)閱讀器的讀取距離。閱讀器的讀取范同以10m為準。距離過(guò)長(cháng)不僅需要增加閱讀器的功率，也可能造成多個(gè)閱讀器同時(shí)讀取一個(gè)電子芯片的情況，使定位失準。

　　(3)通信模塊。每臺閱讀器配有一個(gè)WIFI無(wú)線(xiàn)數據傳輸終端。將每一個(gè)閱讀器獲取的工作人員信息和機車(chē)信息通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸至井下以太環(huán)網(wǎng)。

　　無(wú)線(xiàn)傳輸網(wǎng)絡(luò )為IEEE 802.1l g標準，在物理層采用2.4GHz的無(wú)線(xiàn)頻率。在數據鏈路層的MAC子層，使用“載波偵聽(tīng)多點(diǎn)接人/沖突避免(CSMA/CA)”媒體訪(fǎng)問(wèn)控制(MAC)協(xié)議。

　　與有線(xiàn)連接部分采用了IEEE 802.3標準，因為節點(diǎn)是尤線(xiàn)和有線(xiàn)兼顧，所以需要支持802.3。802.3描述r物理層和數據鏈路層的MAC子層的實(shí)現方法，在多種物理媒體卜以多種速率采用CSMA/CD訪(fǎng)問(wèn)方式，對于高速以太網(wǎng)該標準說(shuō)明的實(shí)現方法有所擴展。

　　2.2.2 軟件設計

　　從礦井采集的機車(chē)信息，通過(guò)計算機軟件計算，實(shí)現了對機車(chē)的定位功能、機車(chē)作業(yè)管理功能和工作人員管理功能。

　　(1)機車(chē)定位。閱讀器采集某一時(shí)刻通過(guò)該處機車(chē)電子標簽的信息并一起返回ID編號，服務(wù)器查找出與ID編號相匹配的數據庫，確定閱讀器所屬區段，判斷出機車(chē)所在具體位置。同時(shí)在數據庫中，建市定位讀頭表，記錄讀頭的ID號;建立巷道節點(diǎn)表;記錄節點(diǎn)的坐標值;建市路由表。記錄一個(gè)讀頭到與其相鄰的讀頭所經(jīng)過(guò)的節點(diǎn)ID和節點(diǎn)的坐標值，系統根據這些數據描繪井下工作車(chē)輛的行動(dòng)軌跡。

　　(2)機車(chē)作業(yè)管理。服務(wù)器通過(guò)分析機車(chē)進(jìn)出采區煤倉的時(shí)間，統計每一臺機車(chē)某一班次運載次數，也可以按不同時(shí)段進(jìn)行次數統計，并夠根據統計情況生成班報表、月報表和季報表。根據機車(chē)的維修記錄和檢修年限，判斷機車(chē)是否需要檢修。

　　(3)工作人員作業(yè)管理。該部分工作由數據庫管理系統自動(dòng)完成對工作人員的作業(yè)管理，主要包括：登記各工作人員出入工作面、工作時(shí)間信息，各丁作人員所屬班組，工作時(shí)使用的機車(chē)，并自動(dòng)生成考勤作業(yè)統計與報表。