RFID和wi Fi在礦井機車監(jiān)控與管理系統(tǒng)中的應用

現(xiàn)有的機車監(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、維護工作量大。工作人員需定點才能報告機車位置使地面調度人員不能實時準確判斷機車位置;管理效率較低，不能對機車和工作人員的作業(yè)進行系統(tǒng)的管理。

　　提出基于RFID/Wi—Fi技術的礦井機車監(jiān)控與管理系統(tǒng)。射頻識別技術具有高通訊速率、較強的抗于擾能力、保密性強、遠距離和高速移動物體識別等技術優(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無線局域網(wǎng)進行數(shù)據(jù)傳輸，節(jié)省電纜，減少了線路安裝和維護工作量。管理中心數(shù)據(jù)庫對信息進行分析統(tǒng)計，實現(xiàn)機車和T作人員的作業(yè)管理，提高了井下機車運輸管理效率。

　　1 煤礦機車管理系統(tǒng)原理

　　1.1 RFID技術

　　RFlD無線射頻識別是一種非接觸式的自動識別射頻技術，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數(shù)據(jù)，識別工作無須人工干預。RND系統(tǒng)主要南閱讀器、天線和標簽組成。其中閱讀器主要讀取電子標簽信息;天線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RFID標簽具有唯一的電子編碼，附著在物體標識目標對象。RFID的主要特點有：

　　(1)RFID技術實現(xiàn)了對標簽的快速掃描和元屏障閱讀。

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

　　(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(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。

　　針對礦井運輸井下環(huán)境惡劣、障礙多的特點，礦井機車監(jiān)控與管理系統(tǒng)運用RND的遠距離射頻識別技術，準確實時記錄機車和運輸工作人員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運輸?shù)膭討B(tài)。

　　1.2 Wi—Fi技術

　　wi—Fi(Wireless viaii忉又稱為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(jù)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，在開放性區(qū)域，通訊距離可達305m，方便與現(xiàn)有的有線以太網(wǎng)絡整合，組嘲的成本更低。組網(wǎng)系統(tǒng)主要包括無線站點、AP節(jié)點及網(wǎng)絡服務器，站點和節(jié)點問可以實現(xiàn)級聯(lián)連接或組建局域網(wǎng)，站點可以實現(xiàn)Hub的所有功能。

　　在礦井機車監(jiān)控與管理系統(tǒng)中，以WIH無線網(wǎng)絡和TCP/IP協(xié)議為基本架構，以礦井T業(yè)以太環(huán)網(wǎng)為整個系統(tǒng)的傳輸平臺，形成有線主干與尢線終端相結合的方式，覆蓋礦井軌道區(qū)域。利用WIFI網(wǎng)絡技術所具有的傳輸速率高、接入時間短、無線傳輸?shù)燃夹g優(yōu)點，能夠為車輛RFID數(shù)據(jù)提供實時傳輸，快速建立連接，無建鏈時延。

　　2 系統(tǒng)原理

　　2.1 系統(tǒng)實現(xiàn)

　　系統(tǒng)由車載/RFID標簽、閱讀器、wIn網(wǎng)絡模塊、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礦井機車監(jiān)控與管理系統(tǒng)原理圖

　　在井下車場、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)場具體需要設置一定數(shù)量的閱讀器。每輛機車上裝有一個車載RFID標簽，當標簽進入RFII)讀寫天線的范圍后，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)傳到管理中心服務器。這樣中心站主機的數(shù)據(jù)庫通過分析采集的數(shù)據(jù)就可判斷出礦井機車和作業(yè)人員具體信息(如：是誰，住哪個位置，具體時間)，同時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，計算機會把這一區(qū)域的人員情況統(tǒng)計并顯示出來。管理中心數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)自動牛成機車的運輸和工作人員的作業(yè)統(tǒng)計表，實現(xiàn)對機車和人員的作業(yè)管理。

　　2.2 系統(tǒng)設計

　　2.2.1 硬件設計

　　硬件包括信息儲存、采集和傳輸設備，是實現(xiàn)井下的實時動態(tài)信息傳輸?shù)焦芾碇行膶C車進行監(jiān)控與管理的基礎。

　　(1)電子芯片。電子芯片中儲存機車的基本信息，包括機車類型、編號、維修記錄，還有與之對應機車丁作人員的姓名、年齡、性別、所屬班組、職務、有效期等。將RFID電子標簽安裝在各臺機車上。由于電子芯片中信息須隨機車和工作人員屬性的變化而改變，設計時采用可寫入式芯片，便于芯片中數(shù)據(jù)的改變。

　　(2)閱讀器。井下車場、各分支巷道入口以及重要路段處安裝RFID閱讀器，同時在采區(qū)煤倉裝有l(wèi)臺閱讀器。對每個閱讀器設置不同的ID編號，在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中建立一個ID編號與閱讀器匹配的數(shù)據(jù)庫。安裝完成后，需要根據(jù)礦區(qū)現(xiàn)場調試各個閱讀器的讀取距離。閱讀器的讀取范同以10m為準。距離過長不僅需要增加閱讀器的功率，也可能造成多個閱讀器同時讀取一個電子芯片的情況，使定位失準。

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

　　無線傳輸網(wǎng)絡為IEEE 802.1l g標準，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標準，因為節(jié)點是尤線和有線兼顧，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，對于高速以太網(wǎng)該標準說明的實現(xiàn)方法有所擴展。

　　2.2.2 軟件設計

　　從礦井采集的機車信息，通過計算機軟件計算，實現(xiàn)了對機車的定位功能、機車作業(yè)管理功能和工作人員管理功能。

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

　　(2)機車作業(yè)管理。服務器通過分析機車進出采區(qū)煤倉的時間，統(tǒng)計每一臺機車某一班次運載次數(shù)，也可以按不同時段進行次數(shù)統(tǒng)計，并夠根據(jù)統(tǒng)計情況生成班報表、月報表和季報表。根據(jù)機車的維修記錄和檢修年限，判斷機車是否需要檢修。

　　(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、工作時間信息，各丁作人員所屬班組，工作時使用的機車，并自動生成考勤作業(yè)統(tǒng)計與報表。