電子標(biāo)簽（RFID）礦業(yè)礦井及井下人員跟蹤管理系統(tǒng)

系統(tǒng)產(chǎn)品組成及其功能

　　該產(chǎn)品由軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)組成，其中軟件系統(tǒng)包括應(yīng)用軟件和嵌入式軟件兩部分組成，用于完成信息采集、識(shí)別、加工及其傳輸，由這兩部分軟件共同支撐著整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，并演繹出各種不同的應(yīng)用系統(tǒng)。硬件系統(tǒng)由發(fā)射天線、接收天線、天線調(diào)諧器、閱讀器和標(biāo)識(shí)卡組成，用于完成信息采集和識(shí)別，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)設(shè)的系統(tǒng)功能和信息化管理目標(biāo)。

其中硬件系統(tǒng)包括：

　　發(fā)射天線：用于發(fā)射無線電信號(hào)以激活電子標(biāo)簽標(biāo)識(shí)卡。

　　接收天線：接收電子標(biāo)簽標(biāo)識(shí)卡發(fā)出的無線電信號(hào)（可集成為同一天線，雙功能）。

　　閱讀器：閱讀器不斷將編碼電磁波信號(hào)經(jīng)發(fā)射天線發(fā)射出去，用來激活進(jìn)入該區(qū)域的電子標(biāo)簽標(biāo)識(shí)卡；同時(shí)把接收天線接收來的電子標(biāo)簽標(biāo)識(shí)卡的信號(hào),經(jīng)軟件解調(diào)、解碼后提取有效的數(shù)字信號(hào)通過系統(tǒng)傳輸?shù)降孛嬷行姆终尽?nbsp;

　　電子標(biāo)簽標(biāo)識(shí)卡：可采用有源、半有源、無源三種形式，可采用不同頻率，或?qū)煞N頻率的標(biāo)簽封裝在一起。由嵌入式處理器及其軟件、卡內(nèi)發(fā)射和接收天線、收發(fā)電路和高能電池組成，其工作在兩個(gè)頻點(diǎn)上，全雙工通信。作用：電子標(biāo)簽標(biāo)識(shí)卡平時(shí)處于睡眠狀態(tài)，當(dāng)進(jìn)入系統(tǒng)工作區(qū)后，被發(fā)射天線發(fā)出的無線電信號(hào)激活，發(fā)射出唯一的加密識(shí)別碼無線電信號(hào)?？▋?nèi)高能電池為標(biāo)識(shí)卡正常工作和發(fā)射315MHz的電磁波提供能量，卡內(nèi)電池一次性可使用100萬次以上(卡內(nèi)電池可更換)。

　　礦井專用處理傳輸分站：由處理傳輸主板及其軟件、隔爆電源及備用電池組成，其主要功能是完成對(duì)閱讀器人員識(shí)別編碼輸出信號(hào)的采集、處理、與地面計(jì)算機(jī)的雙向通訊及給閱讀器供電等。

　　數(shù)傳接口：主要由電源板、信號(hào)轉(zhuǎn)換板及安全柵組成，完成通訊信號(hào)的轉(zhuǎn)換和本安與非本安運(yùn)行環(huán)境的隔離。

　　人員定位管理軟件：實(shí)現(xiàn)對(duì)井下人員的跟蹤定位信息的采集、分析處理、實(shí)時(shí)顯示、數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)、報(bào)表打印等功能。

電子標(biāo)簽（rfid）系統(tǒng)集成簡(jiǎn)單應(yīng)用模型和硬件設(shè)備：

RFID管理產(chǎn)品或人員數(shù)據(jù)的基本原理
1.4工作原理
　　系統(tǒng)產(chǎn)品中的閱讀器將加密數(shù)據(jù)載波信號(hào)經(jīng)發(fā)射天線向外發(fā)送；隨身攜帶的電子標(biāo)簽標(biāo)識(shí)卡進(jìn)入發(fā)射天線工作區(qū)域后被激活（未進(jìn)入發(fā)射天線工作區(qū)域標(biāo)識(shí)卡不工作），同時(shí)將加密的載有目標(biāo)識(shí)別碼的信息經(jīng)發(fā)射模塊發(fā)射出去；接收天線接收到標(biāo)識(shí)卡發(fā)來的載波信號(hào)，經(jīng)閱讀器接收處理后，提取出目標(biāo)識(shí)別碼送至專用井下處理傳輸分站，完成預(yù)設(shè)的系統(tǒng)功能，從而實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的自動(dòng)化管理。

1.5主要技術(shù)性能指標(biāo)

分站電源：660V/380V/220V/127V
功 率：＜5W
發(fā)射頻率：132.3KHz或915MHz      
接收頻率：132.3KHz或915MHz
數(shù)據(jù)接口：差分同步二相碼 
      工作溫度：-35℃—+80℃
電子標(biāo)簽標(biāo)識(shí)卡-35℃～+80℃。
      識(shí)別區(qū)域：≮9m(1m-10m可調(diào))
隔爆箱尺寸：350×350×106（KDW12）

1.6 系統(tǒng)產(chǎn)品的技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

　　(1)可采用雙頻點(diǎn)長(zhǎng)波（132.3KHz）和短波頻率（915MHz）的方案，實(shí)現(xiàn)可靠的全雙工無線數(shù)據(jù)通信。
　　(2)電子標(biāo)簽讀寫設(shè)備和電子標(biāo)簽標(biāo)識(shí)卡可采用兩套完全獨(dú)立的發(fā)射與接收部件，其核心技術(shù)均由嵌入式微處理器和嵌入式軟件組成，這兩部分共同支撐著整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，并演繹出各種不同的應(yīng)用系統(tǒng)。
　　(3)系統(tǒng)產(chǎn)品能方便實(shí)現(xiàn)識(shí)別范圍的調(diào)整，識(shí)別距離不小于9米（識(shí)別范圍1-10m可調(diào)）。
　　(4)具有高能的電子標(biāo)簽標(biāo)識(shí)卡采用高級(jí)嵌入式微處理器，在嵌入式軟件的控制下，實(shí)現(xiàn)睡眠、喚醒、解碼、編碼、通信及信息碰撞處理等功能。
　　(5)電子標(biāo)簽標(biāo)識(shí)卡可采用無源和有源超低能耗設(shè)計(jì)，兩節(jié)7#電池或3V鋁電池可使用2-3年（電池可更換）。
　　(6)產(chǎn)品能可靠識(shí)別靜態(tài)或≦100KM/h的高速移動(dòng)目標(biāo)，對(duì)移動(dòng)目標(biāo)的識(shí)別速度可進(jìn)行設(shè)置（從高速大范圍的識(shí)別區(qū)域到低速小范圍的識(shí)別區(qū)域均可設(shè)定）。
　　(7)瞬間可同時(shí)識(shí)別6-600張電子標(biāo)簽標(biāo)識(shí)卡。 
　　(8)識(shí)別區(qū)域無方向性、無盲區(qū)、無對(duì)人體傷害的電磁污染。

1.7系統(tǒng)產(chǎn)品主要特點(diǎn)

　　(1)識(shí)別距離不小于9米識(shí)別區(qū)域，1-10米可以調(diào)整。
　　(2)感應(yīng)無“盲區(qū)”。本產(chǎn)品采用了先進(jìn)的信號(hào)處理技術(shù)，其最大的優(yōu)點(diǎn)是：載波頻帶窄，低頻長(zhǎng)波信號(hào)的穿透能力強(qiáng)（可穿透墻壁、路面、衣物、人等），感應(yīng)靈敏，性能穩(wěn)定可靠，產(chǎn)品的信號(hào)穿透力強(qiáng)，目標(biāo)識(shí)別無方向性，無識(shí)別死角，電子標(biāo)簽標(biāo)識(shí)卡可存放非金屬屏蔽的任一地方。
　　(3)對(duì)人體無傷害。本系統(tǒng)可采用的發(fā)射頻率為132.3KHz或915MHz，接收頻率為315MHz或915MHz，在公共安全頻率之內(nèi)的小功率信號(hào)工作，無對(duì)人體傷害的電磁污染。
　　(4)可靠識(shí)別移動(dòng)目標(biāo)，可同時(shí)識(shí)別6-600個(gè)目標(biāo)。本產(chǎn)品對(duì)≦100KM/h的高速移動(dòng)目標(biāo)能可靠識(shí)別，能同時(shí)識(shí)別6-600個(gè)目標(biāo)，以滿足不同應(yīng)用領(lǐng)域的使用要求。
　　(5)良好的安全性和抗干擾性。本產(chǎn)品已通過嚴(yán)格的電磁兼容、干擾、騷擾等方面的性能測(cè)試。
　　(6)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。本產(chǎn)品可以自由調(diào)整信號(hào)的覆蓋范圍以滿足每個(gè)具體應(yīng)用的特殊要求，控制范圍在1-10米之間可以任意調(diào)節(jié)，包括從高速大范圍的讀卡區(qū)域到低速小范圍的讀卡區(qū)域，對(duì)安裝環(huán)境的要求低。
　　(7)高保密性。本產(chǎn)品每張電子標(biāo)簽標(biāo)識(shí)卡有一個(gè)唯一的識(shí)別代碼，這個(gè)代碼不可能被重新編碼或修改。在工作過程中，電子標(biāo)簽標(biāo)識(shí)卡發(fā)出的是一種唯一的復(fù)合編碼的識(shí)別號(hào)，經(jīng)過解碼的復(fù)合信號(hào)必須含有正確的卡號(hào)加密信息，從而達(dá)到高度保密。
　　(8)通信簡(jiǎn)單快捷。電子標(biāo)簽標(biāo)識(shí)卡被信號(hào)激活后只發(fā)射自身唯一的卡號(hào)，不需要復(fù)雜的讀寫、反復(fù)的校驗(yàn)等繁瑣程序，通信操作簡(jiǎn)單、快捷，便于系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)連接。
　　(9)集成度高、兼容性好。本產(chǎn)品提供標(biāo)準(zhǔn)的接插件，閱讀分站可以直接掛接在煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)中。
　　(10)便于安裝和維護(hù)。本產(chǎn)品是擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的研發(fā)產(chǎn)品，系統(tǒng)產(chǎn)品（含模塊）已全部在國(guó)內(nèi)生產(chǎn)，不需要大量的維護(hù)，安裝費(fèi)及維護(hù)費(fèi)用低，售后服務(wù)快捷方便。

二、 煤礦井下人員監(jiān)測(cè)及跟蹤管理系統(tǒng)

2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

1)   實(shí)現(xiàn)煤礦井下作業(yè)人員進(jìn)出的有效識(shí)別和監(jiān)測(cè)監(jiān)控，使管理系統(tǒng)充分體現(xiàn)“人性化、信息化和高度自動(dòng)化”，實(shí)現(xiàn)數(shù)字礦山的目標(biāo)。
2)   為煤礦管理人員提供人員進(jìn)出限制、考勤作業(yè)、監(jiān)測(cè)監(jiān)控等多方面的管理信息，一旦發(fā)生安全事故，通過該系統(tǒng)立刻可以知道該作業(yè)面工作人員及其數(shù)量，保證搶險(xiǎn)救災(zāi)和安全救護(hù)工作的高效運(yùn)作。
3)   系統(tǒng)設(shè)計(jì)的安全性、可擴(kuò)容性、易維護(hù)性和易操作性。
2.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)依據(jù)                                                                            
1)   GB3836.1/ GB3836.2/ GB3836.4 
2)   MT209-1990《煤礦通信、檢測(cè)、控制用電工電子產(chǎn)品通用技術(shù)要求》
3)   Q/SJC 001-2001《煤礦井下人員監(jiān)測(cè)及跟蹤管理系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)》

2.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

1)   高度自動(dòng)化。系統(tǒng)能自動(dòng)檢測(cè)井下坑道人員經(jīng)過該監(jiān)測(cè)點(diǎn)的時(shí)間、地點(diǎn)信息，并自動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)人員的考勤作業(yè)、統(tǒng)計(jì)及監(jiān)測(cè)管理。
2)   先進(jìn)的通信系統(tǒng)。安裝在煤礦井下各通道的無線信息采集設(shè)備，實(shí)時(shí)將采集到的信息傳送到井下專用處理傳輸分站，并通過井下現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)時(shí)向地面的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器傳送相關(guān)人員通過的數(shù)據(jù)，整個(gè)過程無需人為干預(yù)。
3)   完備的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與信息查詢軟件。系統(tǒng)軟件具備專用數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，包括工人通過坑道的信息采集和統(tǒng)計(jì)分析系統(tǒng)，考勤作業(yè)的統(tǒng)計(jì)與管理分析系統(tǒng)，顯示并打印各種統(tǒng)計(jì)報(bào)表資料，為高層管理人員的查詢與管理提供全方位的服務(wù)。
4)   系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、可靠性設(shè)計(jì)。系統(tǒng)產(chǎn)品采用坑道壁掛式設(shè)計(jì)，保證系統(tǒng)在惡劣的環(huán)境下能連續(xù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，并提供斷電后2小時(shí)的供電電源。
5)   完善的異常情況（包括無卡非法進(jìn)入、無效卡、失效卡、黑名單卡進(jìn)入）報(bào)警呼叫系統(tǒng)配置。

2.4系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

    本系統(tǒng)遵循“統(tǒng)一發(fā)卡、統(tǒng)一裝備、統(tǒng)一管理”的原則，按準(zhǔn)許上崗人員和班組實(shí)行“一人一卡”制，該電子標(biāo)簽標(biāo)識(shí)卡可視為“上崗證”或“坑道準(zhǔn)入證”。具體方案：

1)   煤礦生產(chǎn)單位在井下坑道、作業(yè)面的交叉道口安裝讀寫器。
2)   煤礦生產(chǎn)單位向下井工作人員頒發(fā)并裝備電子標(biāo)簽標(biāo)識(shí)卡（標(biāo)識(shí)卡要求隨身攜帶在腰帶上或貼在礦燈帽內(nèi)）。
3)   系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)記錄該電子標(biāo)簽標(biāo)識(shí)卡所對(duì)應(yīng)人員的基本信息，包括姓名、年齡、性別、所屬班組、所屬工種、職務(wù)、本人照片、有效期等基本信息。
4)   生產(chǎn)單位對(duì)該電子標(biāo)簽標(biāo)識(shí)卡進(jìn)行授權(quán)后即生效。授權(quán)范圍包括：該員工可以準(zhǔn)入的坑道或作業(yè)面。為防止無關(guān)人員和非法人員進(jìn)入坑道或作業(yè)面，系統(tǒng)設(shè)置該卡準(zhǔn)入坑道或作業(yè)面的時(shí)效管理模塊及卡的失效、報(bào)失等。
5)   進(jìn)入坑道的工作人員必須隨身攜帶電子標(biāo)簽標(biāo)識(shí)卡，當(dāng)持卡人員經(jīng)過設(shè)置識(shí)別系統(tǒng)的地點(diǎn)時(shí)被系統(tǒng)識(shí)別，系統(tǒng)將讀取該卡號(hào)信息，通過系統(tǒng)傳輸網(wǎng)絡(luò)，將持卡人通過的地點(diǎn)、時(shí)間等資料傳輸?shù)降孛姹O(jiān)控中心進(jìn)行數(shù)據(jù)管理；如果采集的卡號(hào)無效、無卡或進(jìn)入限制通道，系統(tǒng)將自動(dòng)報(bào)警，監(jiān)控中心值班人員接到報(bào)警信號(hào)，立即執(zhí)行相關(guān)安全工作管理程序。
6)   坑道一旦發(fā)生安全事故，監(jiān)控中心在第一時(shí)間內(nèi)可以知道被困人員的基本情況，便于事故救助工作的開展。
7)   系統(tǒng)可自動(dòng)生成考勤作業(yè)的統(tǒng)計(jì)與管理等方面的報(bào)表資料，提高管理效益。

2.5系統(tǒng)的基本構(gòu)成及組件的功能

2.5.1井下采集傳輸設(shè)備

    井下采集傳輸設(shè)備由動(dòng)態(tài)目標(biāo)識(shí)別分站（讀寫器）構(gòu)成的人員信息采集設(shè)備和人員信息處理軟件組成。其中：
   1）井下人員信息采集設(shè)備主要是采集人員通過的時(shí)間、地點(diǎn)信息，由動(dòng)態(tài)目標(biāo)識(shí)別分站、礦用阻燃雙絞線通信電纜、礦用阻燃電源電纜組成，其組成見下面框圖：
隔爆兼本安型動(dòng)態(tài)目標(biāo)識(shí)別器
礦用阻燃雙絞線通信電纜
礦用阻燃電源電纜
接收天線
發(fā)射天線

 　2）煤礦井下人員信息處理傳輸專用分站由隔爆兼本安型電源(接入660V/380V/220V/127V電壓之一種) ，備用電池箱（UPS）和本安型動(dòng)態(tài)目標(biāo)識(shí)別分站組成。動(dòng)態(tài)目標(biāo)識(shí)別分站讀取人員信息，同時(shí)將重碼的信息進(jìn)行判定和過濾，接受地面中心站輪循訪問并向地面中心站傳送所采集到的人員編碼信息；傳輸距離不小于20KM。備用電池箱（UPS）是停電后提供2小時(shí)的供電電源。其組成見下面框圖：

隔爆電源
人員信息傳輸處理板
不間斷電源
井下人員信息處理傳輸分站設(shè)備
礦用阻燃電源電纜
礦用阻燃雙絞線通信電纜

2.5.2地面人員監(jiān)測(cè)管理部分（井上設(shè)備）

　　地面人員監(jiān)測(cè)管理部分由KCT3數(shù)據(jù)通信接口、HUB、監(jiān)控主機(jī)(含監(jiān)控管理軟件）、UPS電源、打印機(jī)、網(wǎng)絡(luò)終端等組成。其中通信接口是將井下的差分同步二相碼信號(hào)轉(zhuǎn)換為監(jiān)控計(jì)算機(jī)RS232串口信號(hào)；HUB用于地面設(shè)備網(wǎng)絡(luò)連接；監(jiān)控計(jì)算機(jī)（含人員監(jiān)測(cè)管理軟件）及數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的自動(dòng)化管理目標(biāo)，在計(jì)算機(jī)屏幕上直觀動(dòng)態(tài)顯示井下人員的分布情況，使管理層一目了然；UPS電源主要為了在交流電源停電后繼續(xù)維持系統(tǒng)設(shè)備正常運(yùn)行；打印機(jī)主要用來打印機(jī)人員監(jiān)測(cè)管理報(bào)表；網(wǎng)絡(luò)終端主要是人員監(jiān)測(cè)信息的網(wǎng)上共享。

其組成見下面框圖：

2.9系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)
2.9.1地面監(jiān)控軟件
系統(tǒng)容量：按64臺(tái)分站設(shè)計(jì)
通訊方式：差分同步二相碼
傳輸波特率：2400bps
通訊距離：<=20Km
巡檢周期：小于26S
處理內(nèi)容：煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控、人員跟蹤定位管理
網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)：以太網(wǎng)
操作系統(tǒng)：WIN98/XP/2000
數(shù)據(jù)庫(kù)：SQL SERVER
2.9.2數(shù)傳接口
電源電壓：井下660V/127 VAC/50Hz ；地面220VAC/50Hz
通訊方式：差分同步二相碼
傳輸波特率：2400bps
通訊距離：<=20Km
與計(jì)算機(jī)通訊：RS232
隔離電壓: ≤1500V
防爆型式：礦用本質(zhì)安全型
2.9.3人員跟蹤定位分站
輸入電壓：21VDC
發(fā)射頻率：132.3KHz或915MHz
接收頻率：315MHz或915MHz
識(shí)別區(qū)域：≮9m(1m-10m可調(diào))
同時(shí)識(shí)別目標(biāo)個(gè)數(shù)：6-600個(gè)
輸入端口：4個(gè)（模擬量和開關(guān)量傳感器可任意互換）
通訊方式：差分同步二相碼
傳輸波特率：2400bps
通訊距離：<=20Km
傳感器輸入信號(hào)：模擬量200-1000Hz；開關(guān)量1/5mA
傳感器距分站距離：2Km
斷電輸出：8路無源觸點(diǎn)
備用電源：可連續(xù)工作2小時(shí)
防爆型式：本安型