RFID和wi Fi在礦井機(jī)車監(jiān)控與管理系統(tǒng)中的應(yīng)用

現(xiàn)有的機(jī)車監(jiān)控與管理系統(tǒng)仍存在著一些問題：有線通信使用電纜較多，系統(tǒng)安裝、維護(hù)工作量大。工作人員需定點(diǎn)才能報(bào)告機(jī)車位置使地面調(diào)度人員不能實(shí)時(shí)準(zhǔn)確判斷機(jī)車位置;管理效率較低，不能對(duì)機(jī)車和工作人員的作業(yè)進(jìn)行系統(tǒng)的管理。

　　提出基于RFID/Wi—Fi技術(shù)的礦井機(jī)車監(jiān)控與管理系統(tǒng)。射頻識(shí)別技術(shù)具有高通訊速率、較強(qiáng)的抗于擾能力、保密性強(qiáng)、遠(yuǎn)距離和高速移動(dòng)物體識(shí)別等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，使得它能夠適應(yīng)井下復(fù)雜、惡劣的作業(yè)環(huán)境。利用WIFI無線局域網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，節(jié)省電纜，減少了線路安裝和維護(hù)工作量。管理中心數(shù)據(jù)庫對(duì)信息進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)，實(shí)現(xiàn)機(jī)車和T作人員的作業(yè)管理，提高了井下機(jī)車運(yùn)輸管理效率。

　　1 煤礦機(jī)車管理系統(tǒng)原理

　　1.1 RFID技術(shù)

　　RFlD無線射頻識(shí)別是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別射頻技術(shù)，它通過射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識(shí)別工作無須人工干預(yù)。RND系統(tǒng)主要南閱讀器、天線和標(biāo)簽組成。其中閱讀器主要讀取電子標(biāo)簽信息;天線負(fù)責(zé)在標(biāo)簽和閱讀器間傳遞射頻信號(hào);標(biāo)簽是由耦合元件及芯片組成，每個(gè)RFID標(biāo)簽具有唯一的電子編碼，附著在物體標(biāo)識(shí)目標(biāo)對(duì)象。RFID的主要特點(diǎn)有：

　　(1)RFID技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)標(biāo)簽的快速掃描和元屏障閱讀。

　　它的讀寫范圍以達(dá)到3600，讀寫距離可以達(dá)到幾十米，可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體電子標(biāo)簽，并且在中間隔有物體的情況下也能對(duì)其進(jìn)行瀆取。

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

　　針對(duì)礦井運(yùn)輸井下環(huán)境惡劣、障礙多的特點(diǎn)，礦井機(jī)車監(jiān)控與管理系統(tǒng)運(yùn)用RND的遠(yuǎn)距離射頻識(shí)別技術(shù)，準(zhǔn)確實(shí)時(shí)記錄機(jī)車和運(yùn)輸工作人員T作信息，返回到地面管理中心，使調(diào)度人員能了解井下機(jī)車運(yùn)輸?shù)膭?dòng)態(tài)。

　　1.2 Wi—Fi技術(shù)

　　wi—Fi(Wireless viaii忉又稱為802.1ib標(biāo)準(zhǔn)，使用2.4GHz直接序列擴(kuò)頻，最大傳輸速率為54 bit/s，并可根據(jù)信號(hào)強(qiáng)弱把傳輸速率調(diào)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，在開放性區(qū)域，通訊距離可達(dá)305m，方便與現(xiàn)有的有線以太網(wǎng)絡(luò)整合，組嘲的成本更低。組網(wǎng)系統(tǒng)主要包括無線站點(diǎn)、AP節(jié)點(diǎn)及網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，站點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)問可以實(shí)現(xiàn)級(jí)聯(lián)連接或組建局域網(wǎng)，站點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)Hub的所有功能。

　　在礦井機(jī)車監(jiān)控與管理系統(tǒng)中，以WIH無線網(wǎng)絡(luò)和TCP/IP協(xié)議為基本架構(gòu)，以礦井T業(yè)以太環(huán)網(wǎng)為整個(gè)系統(tǒng)的傳輸平臺(tái)，形成有線主干與尢線終端相結(jié)合的方式，覆蓋礦井軌道區(qū)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、無線傳輸?shù)燃夹g(shù)優(yōu)點(diǎn)，能夠?yàn)檐囕vRFID數(shù)據(jù)提供實(shí)時(shí)傳輸，快速建立連接，無建鏈時(shí)延。

　　2 系統(tǒng)原理

　　2.1 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

　　系統(tǒng)由車載/RFID標(biāo)簽、閱讀器、wIn網(wǎng)絡(luò)模塊、工業(yè)以太網(wǎng)和管理數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)組成，如圖1所示。

　　圖1礦井機(jī)車監(jiān)控與管理系統(tǒng)原理圖

　　在井下車場(chǎng)、各分支鑒道入口和煤倉以及重要軌道區(qū)段處根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體需要設(shè)置一定數(shù)量的閱讀器。每輛機(jī)車上裝有一個(gè)車載RFID標(biāo)簽，當(dāng)標(biāo)簽進(jìn)入RFII)讀寫天線的范圍后，標(biāo)簽接收解讀器發(fā)出的射頻信號(hào)，憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲(chǔ)在芯片中存儲(chǔ)的信息。RFID讀寫器讀取信息后，通過Rs485接口將數(shù)據(jù)傳至WIFI無線數(shù)據(jù)傳輸終端，數(shù)據(jù)通過無線局域}。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(jī)的數(shù)據(jù)庫通過分析采集的數(shù)據(jù)就可判斷出礦井機(jī)車和作業(yè)人員具體信息(如：是誰，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(jù)大屏幕上或電腦上的分布示意周查看某一區(qū)域，計(jì)算機(jī)會(huì)把這一區(qū)域的人員情況統(tǒng)計(jì)并顯示出來。管理中心數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)自動(dòng)牛成機(jī)車的運(yùn)輸和工作人員的作業(yè)統(tǒng)計(jì)表，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)車和人員的作業(yè)管理。

　　2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　2.2.1 硬件設(shè)計(jì)

　　硬件包括信息儲(chǔ)存、采集和傳輸設(shè)備，是實(shí)現(xiàn)井下的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)信息傳輸?shù)焦芾碇行膶?duì)機(jī)車進(jìn)行監(jiān)控與管理的基礎(chǔ)。

　　(1)電子芯片。電子芯片中儲(chǔ)存機(jī)車的基本信息，包括機(jī)車類型、編號(hào)、維修記錄，還有與之對(duì)應(yīng)機(jī)車丁作人員的姓名、年齡、性別、所屬班組、職務(wù)、有效期等。將RFID電子標(biāo)簽安裝在各臺(tái)機(jī)車上。由于電子芯片中信息須隨機(jī)車和工作人員屬性的變化而改變，設(shè)計(jì)時(shí)采用可寫入式芯片，便于芯片中數(shù)據(jù)的改變。

　　(2)閱讀器。井下車場(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(qū)煤倉裝有l(wèi)臺(tái)閱讀器。對(duì)每個(gè)閱讀器設(shè)置不同的ID編號(hào)，在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中建立一個(gè)ID編號(hào)與閱讀器匹配的數(shù)據(jù)庫。安裝完成后，需要根據(jù)礦區(qū)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試各個(gè)閱讀器的讀取距離。閱讀器的讀取范同以10m為準(zhǔn)。距離過長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(zhǔn)。

　　(3)通信模塊。每臺(tái)閱讀器配有一個(gè)WIFI無線數(shù)據(jù)傳輸終端。將每一個(gè)閱讀器獲取的工作人員信息和機(jī)車信息通過無線傳輸至井下以太環(huán)網(wǎng)。

　　無線傳輸網(wǎng)絡(luò)為IEEE 802.1l g標(biāo)準(zhǔn)，在物理層采用2.4GHz的無線頻率。在數(shù)據(jù)鏈路層的MAC子層，使用“載波偵聽多點(diǎn)接人/沖突避免(CSMA/CA)”媒體訪問控制(MAC)協(xié)議。

　　與有線連接部分采用了IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)楣?jié)點(diǎn)是尤線和有線兼顧，所以需要支持802.3。802.3描述r物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的MAC子層的實(shí)現(xiàn)方法，在多種物理媒體卜以多種速率采用CSMA/CD訪問方式，對(duì)于高速以太網(wǎng)該標(biāo)準(zhǔn)說明的實(shí)現(xiàn)方法有所擴(kuò)展。

　　2.2.2 軟件設(shè)計(jì)

　　從礦井采集的機(jī)車信息，通過計(jì)算機(jī)軟件計(jì)算，實(shí)現(xiàn)了對(duì)機(jī)車的定位功能、機(jī)車作業(yè)管理功能和工作人員管理功能。

　　(1)機(jī)車定位。閱讀器采集某一時(shí)刻通過該處機(jī)車電子標(biāo)簽的信息并一起返回ID編號(hào)，服務(wù)器查找出與ID編號(hào)相匹配的數(shù)據(jù)庫，確定閱讀器所屬區(qū)段，判斷出機(jī)車所在具體位置。同時(shí)在數(shù)據(jù)庫中，建市定位讀頭表，記錄讀頭的ID號(hào);建立巷道節(jié)點(diǎn)表;記錄節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)值;建市路由表。記錄一個(gè)讀頭到與其相鄰的讀頭所經(jīng)過的節(jié)點(diǎn)ID和節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)值，系統(tǒng)根據(jù)這些數(shù)據(jù)描繪井下工作車輛的行動(dòng)軌跡。

　　(2)機(jī)車作業(yè)管理。服務(wù)器通過分析機(jī)車進(jìn)出采區(qū)煤倉的時(shí)間，統(tǒng)計(jì)每一臺(tái)機(jī)車某一班次運(yùn)載次數(shù)，也可以按不同時(shí)段進(jìn)行次數(shù)統(tǒng)計(jì)，并夠根據(jù)統(tǒng)計(jì)情況生成班報(bào)表、月報(bào)表和季報(bào)表。根據(jù)機(jī)車的維修記錄和檢修年限，判斷機(jī)車是否需要檢修。

　　(3)工作人員作業(yè)管理。該部分工作由數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)自動(dòng)完成對(duì)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(jī)車，并自動(dòng)生成考勤作業(yè)統(tǒng)計(jì)與報(bào)表。