射频技术在煤矿人员定位系统上的应用高宇(长春工业大学机电学院,吉林长春130012摘要:介绍了一种基于MSP430系列单片机和无线收发芯片nRF2401/nRF2402组成的可移动RFID无线射频技术在煤矿人员定位系统上的应用。主要针对射频识别系统进行软硬件设计,射频识别系统包括标识卡和读卡分站,标识卡内存数据以调幅的形式发射给读卡分站,读卡分站将数据接收并还原传输到地面电脑进行了设计。关键词:RFID;无线;射频;MSP430;nRF2401中图分类号:TD76文献标识码:B文章编号:1003－496X(201012－0064－03煤矿井下人员跟踪定位管理系统是集计算机软硬件、信息采集处理、无线数据传输、网络数据通讯、自动控制等技术多学科综合应用为一体的自动识别信息技术产品。RFID无线射频技术是通过对煤矿井下巷道内远距离移动目标进行非接触式信息采集处理,实现对人、车、物在不同状态下的自动识别从而实现目标的自动化管理。1系统组成及功能1．1系统组成系统主要由地面设备和井下设备2部分组成。地面设备包括计算机、打印机、信息传输接口和线路避雷器等;井下由读卡分站、标识卡、电缆组成。信息传输接口的作用是既与计算机通讯,还和读卡分站通讯。线路避雷器的作用是防止地面通讯线路被雷击后,损坏系统设备。井下读卡分站的作用是,接收携卡人员的信号,并传到地面。标识卡具有唯一编号,每人各携带1个。系统组成框图如图1。图1系统组成框图1．2系统主要功能(1实时井下人员动态显示功能。查询人员姓名,实时查询某区域人员数量;记录有关人员考勤,可以督促和落实重要巡查人员是否按时、到点的进行实地查看,或进行各项数据的检测和处理。(2丰富的地图功能。具有放大、缩小、移动、标尺测距、视野控制、中心移动、土层控制、地图打印等功能。(3禁区报警功能。对于指定的禁区,如果有人员进入,实时声音报警,并显示进入禁区的人员。(4人员轨迹查询。可查找某个人在某个时间段内所经历的路径,并在图中画出线路轨迹。(5丰富的人员下井考勤能力。可对出入井人员进行统计,实现下井人员考勤记录,建立人员出入井的各种信息报表(如:下井时间报表、出勤月报表、加班报表、缺勤报表等等。(6灾后急救信息。一旦发生各类事故,煤矿下工作人员按下报警案件使系统进入紧急报警状态。进入紧急报警状态后,读卡分站蜂鸣器响,上位机上显示出事故地点的人员数量等信息,大大提高抢险效率和救护效果。(7射频标识卡的双向通信。一旦煤矿工作人员被困井下后,上位机可通过读卡分站与标识卡进行通信,使标识卡能够具有接受信号的功能,以便于营救被困人员。(8标识卡采用跳频点或者固定频点频率实现可靠的全/半双工通信。2无线标识卡无线标识卡由单片机(MSP430F1101A和无线·46·煤矿安全(Total434技术经验发送芯片(nRF2402构成,它是1种有源射频标识卡,采用本安电路设计,最大特点是多个标识卡可在较大的范围内同时被识别。无线识别卡使用的是由挪威NORDIC公司出品的nRF2402芯片,功耗非常低,以－5dBm的功率发射时,工作电流只有10．5mA,接收时工作电流只有18mA。无线标识卡原理框图如图2。图2无线标识卡原理框图根据nRF2401/2402的Datasheet,其发射功率为0dBm,接收灵敏度在数据传输率为250kbps时为－90dBm,在1Mbps时为－80dBm。传输率为250kbps和1Mbps时的通信距离可按下式计算:〔Los〕=32．44+20lgd+20lgf(1式(1即为自由空间下电波传播的损耗公式。式中,〔Los〕为传输损耗,dB;d为传输距离,km;f为工作频率,MHz。发射功率0dBm,接收灵敏度－80dBm,〔Los〕=80dBm,将〔Los〕=80dBm和f=2400MHz代入式(1,计算通信距离d=0．1km=100m。考虑各种干扰,可以得出室内传输距离在3040m。3读卡分站无线读卡分站由单片机(MSP430F133、无线接收器(nRF2401、时钟芯片(PCF8563、数据存储器(24C256构成。它是一种射频电子标识卡的识别设备。读卡分站电路原理框图如图3。图3读卡分站电路原理框图无线读卡分站电路以2．4GHz射频电路和高性能CPU为核心,2．4GHz射频电路集成了蓝牙物理层和高级数据链协议,CPU采用TI系列功能强大的16位超低功耗单片机,无线读卡分站电路自动识别无线标识卡的ID号并产生中断,CPU读取ID后,使用实时芯片(PCF8563读取系统时间,通过I2C总线数据传送协议...
