1、射頻技術(shù)在煤礦人員定位系統(tǒng)上的應(yīng)用高宇(長春工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院,吉林長春130012摘要:介紹了一種基于MSP430系列單片機(jī)和無線收發(fā)芯片nRF2401/nRF2402組成的可移動(dòng)RFID 無線射頻技術(shù)在煤礦人員定位系統(tǒng)上的應(yīng)用。主要針對(duì)射頻識(shí)別系統(tǒng)進(jìn)行軟硬件設(shè)計(jì),射頻識(shí)別系統(tǒng)包括標(biāo)識(shí)卡和讀卡分站,標(biāo)識(shí)卡內(nèi)存數(shù)據(jù)以調(diào)幅的形式發(fā)射給讀卡分站,讀卡分站將數(shù)據(jù)接收并還原傳輸?shù)降孛骐娔X進(jìn)行了設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞:RFID ;無線;射頻;MSP430;nRF2401中圖分類號(hào):TD76文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B文章編號(hào):1003496X (201012006403煤礦井下人員跟蹤定位管理系統(tǒng)是集計(jì)算機(jī)軟硬件、信息采集處理、

2、無線數(shù)據(jù)傳輸、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通訊、自動(dòng)控制等技術(shù)多學(xué)科綜合應(yīng)用為一體的自動(dòng)識(shí)別信息技術(shù)產(chǎn)品。RFID 無線射頻技術(shù)是通過對(duì)煤礦井下巷道內(nèi)遠(yuǎn)距離移動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行非接觸式信息采集處理,實(shí)現(xiàn)對(duì)人、車、物在不同狀態(tài)下的自動(dòng)識(shí)別從而實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的自動(dòng)化管理。1系統(tǒng)組成及功能11系統(tǒng)組成系統(tǒng)主要由地面設(shè)備和井下設(shè)備2部分組成。地面設(shè)備包括計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、信息傳輸接口和線路避雷器等;井下由讀卡分站、標(biāo)識(shí)卡、電纜組成。信息傳輸接口的作用是既與計(jì)算機(jī)通訊,還和讀卡分站通訊。線路避雷器的作用是防止地面通訊線路被雷擊后,損壞系統(tǒng)設(shè)備。井下讀卡分站的作用是,接收攜卡人員的信號(hào),并傳到地面。標(biāo)識(shí)卡具有唯一編號(hào),每人各攜帶1個(gè)。系統(tǒng)組

3、成框圖如圖1 。圖1系統(tǒng)組成框圖12系統(tǒng)主要功能(1實(shí)時(shí)井下人員動(dòng)態(tài)顯示功能。查詢?nèi)藛T姓名,實(shí)時(shí)查詢某區(qū)域人員數(shù)量;記錄有關(guān)人員考勤,可以督促和落實(shí)重要巡查人員是否按時(shí)、到點(diǎn)的進(jìn)行實(shí)地查看,或進(jìn)行各項(xiàng)數(shù)據(jù)的檢測和處理。(2豐富的地圖功能。具有放大、縮小、移動(dòng)、標(biāo)尺測距、視野控制、中心移動(dòng)、土層控制、地圖打印等功能。(3禁區(qū)報(bào)警功能。對(duì)于指定的禁區(qū),如果有人員進(jìn)入,實(shí)時(shí)聲音報(bào)警,并顯示進(jìn)入禁區(qū)的人員。(4人員軌跡查詢?？刹檎夷硞€(gè)人在某個(gè)時(shí)間段內(nèi)所經(jīng)歷的路徑,并在圖中畫出線路軌跡。(5豐富的人員下井考勤能力?？蓪?duì)出入井人員進(jìn)行統(tǒng)計(jì),實(shí)現(xiàn)下井人員考勤記錄,建立人員出入井的各種信息報(bào)表(如:下井時(shí)間報(bào)

4、表、出勤月報(bào)表、加班報(bào)表、缺勤報(bào)表等等。(6災(zāi)后急救信息。一旦發(fā)生各類事故,煤礦下工作人員按下報(bào)警案件使系統(tǒng)進(jìn)入緊急報(bào)警狀態(tài)。進(jìn)入緊急報(bào)警狀態(tài)后,讀卡分站蜂鳴器響,上位機(jī)上顯示出事故地點(diǎn)的人員數(shù)量等信息,大大提高搶險(xiǎn)效率和救護(hù)效果。(7射頻標(biāo)識(shí)卡的雙向通信。一旦煤礦工作人員被困井下后,上位機(jī)可通過讀卡分站與標(biāo)識(shí)卡進(jìn)行通信,使標(biāo)識(shí)卡能夠具有接受信號(hào)的功能,以便于營救被困人員。(8標(biāo)識(shí)卡采用跳頻點(diǎn)或者固定頻點(diǎn)頻率實(shí)現(xiàn)可靠的全/半雙工通信。2無線標(biāo)識(shí)卡無線標(biāo)識(shí)卡由單片機(jī)(MSP430F1101A 和無線·46·煤礦安全(Total 434技術(shù)經(jīng)驗(yàn)發(fā)送芯片(nRF2402構(gòu)成,它是

5、1種有源射頻標(biāo)識(shí)卡,采用本安電路設(shè)計(jì),最大特點(diǎn)是多個(gè)標(biāo)識(shí)卡可在較大的范圍內(nèi)同時(shí)被識(shí)別。無線識(shí)別卡使用的是由挪威NORDIC 公司出品的nRF2402芯片,功耗非常低,以5dBm 的功率發(fā)射時(shí),工作電流只有105mA ,接收時(shí)工作電流只有18mA 。無線標(biāo)識(shí)卡原理框圖如圖2 。圖2無線標(biāo)識(shí)卡原理框圖根據(jù)nRF2401/2402的Datasheet ,其發(fā)射功率為0dBm ,接收靈敏度在數(shù)據(jù)傳輸率為250kbps 時(shí)為90dBm ,在1Mbps 時(shí)為80dBm 。傳輸率為250kbps 和1Mbps 時(shí)的通信距離可按下式計(jì)算:Los =3244+20lg d +20lg f(1式(1即為自由空間下

6、電波傳播的損耗公式。式中,Los 為傳輸損耗,dB ;d 為傳輸距離,km ;f 為工作頻率,MHz 。發(fā)射功率0dBm ,接收靈敏度80dBm ,Los =80dBm ,將Los =80dBm 和f =2400MHz 代入式(1,計(jì)算通信距離d =01km =100m ?？紤]各種干擾,可以得出室內(nèi)傳輸距離在30 40m 。3讀卡分站無線讀卡分站由單片機(jī)(MSP430F133、無線接收器(nRF2401、時(shí)鐘芯片(PCF8563、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(24C256構(gòu)成。它是一種射頻電子標(biāo)識(shí)卡的識(shí)別設(shè)備。讀卡分站電路原理框圖如圖3 。圖3讀卡分站電路原理框圖無線讀卡分站電路以24GHz 射頻電路和高性能C

7、PU 為核心,24GHz 射頻電路集成了藍(lán)牙物理層和高級(jí)數(shù)據(jù)鏈協(xié)議,CPU 采用TI 系列功能強(qiáng)大的16位超低功耗單片機(jī),無線讀卡分站電路自動(dòng)識(shí)別無線標(biāo)識(shí)卡的ID 號(hào)并產(chǎn)生中斷,CPU 讀取ID 后,使用實(shí)時(shí)芯片(PCF8563讀取系統(tǒng)時(shí)間,通過I2C 總線數(shù)據(jù)傳送協(xié)議,傳給數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器24C256實(shí)現(xiàn)永久記憶和上傳上位機(jī)顯示。4讀卡分站的軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)在軟件設(shè)計(jì)上采用模塊化設(shè)計(jì),具體可分為如下子模塊:初始化模塊、系統(tǒng)設(shè)置模塊、自檢模塊、數(shù)據(jù)壓縮、發(fā)送模塊、接收模塊等。讀卡分站上電后,單片機(jī)程序首先從單片機(jī)內(nèi)部集成的EEPROM 中讀取系統(tǒng)設(shè)置的信息。地址為0的字節(jié)S (System Byte 記

8、錄了整個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)。主板帶有JTAG 接口,可通過并口下載電纜將最新的程序?qū)懭胂到y(tǒng)進(jìn)行升級(jí)。對(duì)每1臺(tái)讀卡分站的nRF2401芯片設(shè)置“地址”,當(dāng)標(biāo)識(shí)卡nRF2402發(fā)送的數(shù)據(jù)包中的地址與讀卡分站nRF2401中設(shè)置的地址一致時(shí),數(shù)據(jù)才被接收。井下人員攜帶的標(biāo)識(shí)卡每隔400ms 主動(dòng)發(fā)射24GHz GFSK 射頻信號(hào),讀卡分站接收并傳到地面主機(jī)。圖4讀卡分站程序流程圖 。圖4讀卡分站程序流程圖·56·技術(shù)經(jīng)驗(yàn)煤礦安全(201012復(fù)合頂板開切眼高強(qiáng)度錨桿支護(hù)技術(shù)李承軍1,2,朱守頌1,姜光1(1中國礦業(yè)大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院,江蘇徐州221008;2安徽恒源煤電股份有限公司恒源煤礦

9、,安徽淮北235162摘要:為了解決恒源煤礦6119工作面開切眼跨度大、復(fù)合頂板下沿空掘巷支護(hù)問題,在保證上覆圍巖整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的基礎(chǔ)上,采用高強(qiáng)度錨桿加強(qiáng)對(duì)頂板圍巖及沿空煤柱的控制,確定了合理的支護(hù)參數(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,通過高強(qiáng)度錨桿有效保證了頂板圍巖與煤柱的穩(wěn)定,頂板離層不大,支護(hù)效果好。關(guān)鍵詞:開切眼;復(fù)合頂板;沿空掘巷;高強(qiáng)錨桿中圖分類號(hào):TD353+6文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B文章編號(hào):1003496X(2010120066030引言錨桿支護(hù)的主動(dòng)、及時(shí)支護(hù)與棚式支架被動(dòng)支護(hù)相比,顯著的提高了巷道支護(hù)效果,其中,錨桿支護(hù)在工作面開切眼中的應(yīng)用,加快了工作面設(shè)備的安裝速度,簡化了工作面端頭的支護(hù)工藝,

10、為工作面的順利回采提供了保障12。恒源煤礦由于前期巷道布置原因,6119工作面開切眼為沿空巷道,頂板壓力顯現(xiàn)比較明顯,且煤層頂?shù)装鍘r層發(fā)育一定程度的離層裂隙,進(jìn)一步增加了頂板管理的難度。因此選擇合理的支護(hù)形式及參數(shù),對(duì)減少礦壓對(duì)頂板造成的危害,實(shí)現(xiàn)工作面的安全回采起到了重要的作用34。1工程概況6119工作面位于600m水平,傾斜長1160 m,走向?qū)?42m,該工作面開切眼與6516工作面采空區(qū)相鄰,屬大跨度沿空掘巷施工,巷道布置如圖1。開切眼所處的6煤層為結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定的中厚煤層,煤層傾角平均約7,平均煤厚281m,在煤層上05 10m的泥巖中,發(fā)育一層或數(shù)層煤線形成的復(fù)合頂板,極易發(fā)生離

11、層。頂?shù)装迩闆r見表1。根據(jù)煤層賦存條件,開切眼斷面設(shè)計(jì)為斜矩形斷面,掘進(jìn)斷面寬度64m,高幫30m,低幫24 m,走向長度142m,采用機(jī)掘二次成巷的掘進(jìn)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結(jié)語煤礦事故比較頻繁,因此從國家到地方各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)都十分重視煤礦的安全生產(chǎn)和下井人員的管理。但如何迅速尋找災(zāi)后井下被困人員也是一個(gè)亟待解決的問題,RFID射頻技術(shù)很好地解決了人員定位問題,通過該技術(shù)能及時(shí)、準(zhǔn)確的將井下各個(gè)區(qū)域人員及設(shè)備的動(dòng)態(tài)情況反映到地面計(jì)算機(jī)系統(tǒng),使管理人員能夠隨時(shí)掌握井下人員、設(shè)備的分布狀況和每個(gè)礦工的運(yùn)動(dòng)軌跡,以便于進(jìn)行更加合理的調(diào)度管理。當(dāng)事故發(fā)生時(shí),救援人員也可根據(jù)煤礦人員管理系統(tǒng)所提供的數(shù)據(jù)、圖形,迅速了解有關(guān)人員的位置情況,及時(shí)采取相應(yīng)的救援措施,提高應(yīng)急救援工作的效率。因此該技術(shù)在煤礦人員管理系統(tǒng)中必將起到重要作用。參考文獻(xiàn):1秦龍MSP430單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)典型實(shí)例M北京:中國電力出版社,2005:971032寧煥生,張彥RFID產(chǎn)品研發(fā)及生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)M北