井下人员定位系统毕业设计.docx

摘 要随着无线射频识别技术的日益成熟和广泛应用，针对我国目前煤炭行业生产安全现状，将无线射频识别技术应用到井下进行人员跟踪定位，是解决煤矿安全问题的方法之一，也是矿山实现全面提升安全生产信息化管理水平，加强以灾害预防、搜救为主要目标的安全生产长效机制，是我国煤炭行业安全生产工作的必由之路。本文首先介绍了射频识别的概念，简述了射频识别的发展历程和工作原理。结合我国井下人员工作现状阐述了井下人员定位系统对于现实煤矿生产的重要意义及开发井下人员定位系统的紧迫性。其次介绍人员定位系统的组成及各部分的功能，系统的工作原理。说明了本人的工作：井下人员定位系统硬件电路设计(包括井下人员射频卡、井下射频识别阅读器、井下基站及其时间、存储模块等）。此外，对硬件电路使用的模块都做了介绍。然后简述了读写器和电子标签的安装位置。最后介绍了基于组态软件intouch的系统界面的简单设计。关键词：射频识别技术(rfid)；煤矿安全；读写器；电子标签abstractwith the mature more and using widely of the rfid technology，and according to the safety situation that exits in the coalfield，it will be one valid way to solve the colliery safety problem with applying rfid technology to the mine for peoples tracking and orientation，it is also the way to improve the supervisory level of safe production entirely，enhance the long system aiming at preventing disaster and searching and saving，it is the only way for producing safely.this text first introduces a radio frequency identification of concept，brieflysays a radio frequency identification of the development process and the work principle.then combining the condition of our country mine work presently，we expatiate the important meaning of mine personnel radio frequency identification orientation system and the urgency to design it .secondly,we introduce the structure of the mine personnel orientation system and function of every section，we introduce the main work of myself: mine personnel data to exchange the system hardware electric circuit system design (include radio frequency card，radio frequency to identify reader reading base and its time module、save module),work principle of system. in addition, introduce chip of hardware circuit. thirdly, we introduce installation location of reader and electric tag. at last,we mainly introduce interface of system based on configure software of intouch.keywords： rfid; coalfield safe; reader electric tag目 录1 绪论11.1课题的提出及背景11.2国内外井下定位技术发展概述21.3本课题主要内容31.4本章小结42 射频识别技术52.1井下无线通信的现状52.2射频识别技术概述62.3射频识别系统的构成82.4射频识别卡分类112.5射频技术发展与标准132.6本章小结143 井下人员定位系统整体框架153.1系统设计原则及要求153.2系统功能与特点173.3定位系统组成193.3.1井上监控中心203.3.2通信网络223.3.3检测基站263.3.4读写器263.3.5电子标签283.3.6射频天线293.3.7本安电源313.3.8传输介质313.4系统的工作原理313.5本章小结324 系统的硬件设计334.1 读写器收发模块的设计334.1.1读写器的功能介绍364.1.2读写器安装位置404.2电子标签的设计与安装424.2.1电子标签的选型与设计424.2.3基于xra00的电子标签安装474.3基站介绍474.3.1时间模块设计484.3.2 pcf8563功能描述504.3.3存储模块的设计524.3.4存储器扩展电路设计544.3.5基站的安装554.4本安电源554.4.1电源输出564.4.2供电信号状态输出564.4.3主要结构特征及工作原理564.5本章小结585 基于intouch的界面设计595.1 intouch组态软件的特点595.2 intouch组态软件的基础知识605.2.1 intouch软件安装步骤简介605.2.2 intouch软件的组成605.3 人员定位系统的主界面设计605.4系统的分界面设计655.4.1人员分布界面655.4.2人员跟踪界面设计675.4.3实时监控的界面设计705.5系统安全性的设计715.6本章小结74总 结75致 谢76参考文献771 绪论1.1课题的提出及背景中国是煤炭生产大国，煤炭年产量已连续多年居世界第一位。按我国现有储量和现在的开采速度，仍然可以开采一百年以上。煤炭一直以来在我国的经济建设中占有重要的地位，约占我国能源消费的2/3。但我国的煤炭生产安全形势不容乐观，百万吨死亡率居高不下，给社会造成不安定因素，给国家造成巨大损失。究其原因一方面是生产管理不善，另一方面是不可预知的自然灾害。随着科技的进步，对自然灾害有了一定的预测，从近期的事故来看，主要问题是在管理上，煤矿生产管理急需规范化、现代化。井下人员定位系统在一定程度上可以满足这方面的需要，在平时该系统用于优化管理，当井下发生事故时，通过该系统能及时了解井下人员的分布情况，对实施救援起指导作用，以做出正确的救援决策。随着国家对煤矿安全生产工作的重视程度日益提高，现有煤矿安全生产监控、监测设备技术上的不足和缺陷也逐渐显现出来，已经影响到煤矿安全工作的正常开展。针对这些情况，陆续推出了针对不同用户和安全监管部门的煤矿安全解决方案，同时跟相关设备生产厂家开展深层次的合作，共同开发与之配套的监控软件平台，为煤矿以及其他行业的安全生产保驾护航。煤矿井下人员定位管理系统就是其中之一。所以建立一个井下人员定位系统，不仅可以提高煤矿的生产效率，更是关乎国本，尊重生命的明智之举。不仅能在事故发生后，提供及时的人员位置情况，更能快速有效的展开营救，在安全生产中也能明确的掌握井下人员分布情况，即能合理安排和调度工作，提高煤炭生产管理水平。1.2国内外井下定位技术发展概述国外研制矿井计算机监控系统始于20世纪60年代，我国起步较晚，约始于20世纪80年代后期。随着各项技术的进步，以及产品的性能/价格比进一步提高，使得监控系统在我国的应用逐步得到推广。为了加快实现煤炭工业现代化管理的步伐，我国先后从美国、英国、德国、法国、加拿大引进了数十套监控系统，如美国的scada系统、英国的minos系统、德国的tf200系统、法国的ctt63/40/m系统、加拿大森透里昂系统。这些系统在我国煤炭行业中发挥了作用，也为我国研制矿用监控系统提供了很好的借鉴。随着技术的发展，这些系统已不能很好的满足需求，另外它们的价格昂贵，上位软件维护极不方便。而且上述系统均是综合型监测系统，侧重于安全参数的检测和控制。同时，这些系统还存在如下的问题:(l)性能/价格比过低，系统价格过高，一般矿井难以承受:(2)监控主机的系统软件在文档处理上有些不符合中国国情；(3)由于使用的是国外技术，技术服务支持有时很会存在困难；(4)近年来技术进步较快，部分技术已经不具备先进性。这就迫切需要我国建立一套适合国情的人员定位系统。自从我国引入上述系统后，相继出现了仿制国外的系统如kj4系统等，以及我国自研的系统，如kjz、kj22。焦作工学院研制的kj93矿井安全生产监控系统等。这些系统主要也是侧重于安全参数的检测。井下人员定位系统是对整个监控系统的进一步完善。目前国外己有类似产品。像国外的英国雪普工业电气集团，美国安菲斯科技发展有限公司与澳大利亚矿山技术公司的ms系统。但是这些系统功能都还不尽完善，造价太高，性能还不够可靠。近期国内有煤矿迫于煤矿安全生产的需要，准备斥巨资引进国外的的系统。国内的系统也只是处于研发阶段，未见有应用的纪录。国内如北京京天威交大威克科技发展公司，煤炭科学研究总院常州自动化研究所的kj69型。我们在广泛调研的基础上，提出了该系统的设计方案，其功能满足现代化矿井的安全监控要求，对煤炭的安全生产必将起到重大的推动作用。1.3本课题主要内容本课题主要研究井下人员定位系统在矿井中的应用。本系统采用射频识别技术。每个井下人员携带一个标示卡即标签，每一标签有唯一的id与相关人员对应，读写器安装在不同的地方有不同的地址。当井下人员经过读写器时的读写区域时，他们随身携带的标签将向读写器发送id信息，读写器收到地址信息后，向上位计算机传输收到的人员id，上位机通过处理来判断井下人员的位置情况。井下人员标签和读写器构成了井下硬件网络，上位机的软件则由操作界面和数据库系统构成。本设计的内容主要是；(l)射频识别技术概要(2)射频设别系统的结构及原理(3)井下人员定位系统的组成及原理(4)井下人员定位系统硬件的设计、安装(5)基于组态软件intouch的系统界面设计1.4本章小结本章主要讲述了当前中国煤炭生产面临的问题，尤其是井下生产的安全对整个煤炭系统有着重要的意义，建立一套有效地井下人员定位系统是非常迫切的。对国内外井下人员定位的发展现状进行了简单介绍，以及本文所要完成的内容。2 射频识别技术2.1井下无线通信的现状井下无线通信是一个世界性的难题，尽管多年来世界许多国家也研究了一些许多井下通讯设备，但是效果并不太理想。因为井下的无线通信相对地面的无线通信环境要复杂得多。90年代中期，随着科学技术的高速发展，尤其是通信技术的发展，井下无线通信进入了实用阶段。但是地下的通信很复杂，着实难以进行理论研究，故大多是以实验为主进行研究。实验表明，在中短波频段，井下隧道对信号的衰减最大，传输距离最近。在超短波频段，通信的距离随着频率的升高而增大。这种单调的反比是由于隧道对超高频的电波呈导波作用引起因而传输距离改善，传输距离增大。在微波段，随着频率的升高衰减很小。上述实验表明，隧道可以认为是微波的波导型通道，所以要实现井下通信必须采用较高的频率。目前井下的通信方式有以下几种：（1） 低频引导通信低频引导通信是工作在几百kb的低频段，利用同轴电缆引导传输。在每几百米的电缆上安装一个辐射器，使信号向巷道内辐射，进而实现井下的无线通信，电缆传输信号损耗小，传输距离大，系统简单，造价简单。但是井下环境恶劣存在各种干扰信号，使低频信号不稳定，数据误码率高，数据可信度低。（2）短波泄漏通信短波泄漏通信是使用泄漏同轴电缆引导信号传输，同轴泄漏电缆比普通同轴电缆损耗大得多，为了实现远距离传输，频率通常选在20-150mhz之间。未来弥补能量的损耗，通常在每隔几百米的地方安装双向中继器。由于短波在井下的传输条件最差，损耗最大，因此受到的干扰也最小，通信的可靠性最高。但是需要中继器，系统造价昂贵。（3）微波频段通信微波是一种频率极高，波长极端(通常1mm-1m）电磁波。在微波段，由于频率极高，电波的绕射能力比较弱，所以信号的传输主要是电波在视线距内的传播，也称视距传播。这种传播具有传输稳定，受外界干扰小的特点。但是在传播过程中也难免会受到环境与地形的影响，被反射折射散射和吸收的影响，故会产生传输衰落与失真。考虑到井下复杂的地理环境，所以方案采用射频识别技术，下面将介绍此技术在井下的原理与应用。2.2 射频识别技术概述射频识别技术简称rfid，是英文“radio frequency identification”的缩写，中文称为无线射频身份识别技术，是一种无接触自动识别技术，它的基本原理是利用射频信号及其空间藕合、传输特性，实现对静止或移动的待识别物品的自动机器识别。由于大规模集成电路技术的日益成熟，使得射频识别系统的体积大大减小，从而进入了实用化阶段。与早期或同期的接触式识别技术不同，系统的电子标签与读写器之间无需接触就可完成识别与数据交换，因而它可在更广泛的场合中使用。它主要的核心部件是电子标签，通过相距几厘米到几米距离内读写器发射的无线电波，可以读取电子标签内储存的信息，识别电子标签代表的人，物体和器具的身份。由于rfid标签的储存容量可以是2的96次方以上，它彻底抛弃了条形码的种种限制，使世界上的每一种商品都可以拥有独一无二的电子标签。况且，贴上这种电子标签的商品，从它在工厂的流水线上开始，到被摆上商场的货架，再到消费者购买结帐，甚至到标签最后被回收的整个过程都能够被追踪管理。射频识别技术具有很多突出点的优点：rfid技术不需要人工干预，不需要直接接触、不需要光学可视即可完成信息输入和处理，可工作于各种恶劣环境，可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便，实现了无源和免接触操作，应用便利，无机械磨损，寿命长，机具无直接对最终用户开放的物理接口，能更好地保证机具的安全性；数据安全方面除标签的密码保护外，数据部分可用一些算法实现安全管理，如des、rsa、dsa、md5等，读写器与标签之间也可相互认证，实现安全通讯和存储；总体成本一直处于下降之中，越来越接近接触式ic卡的成本，甚至更低，为其大量应用奠定了基础。如果rfid技术能与电子供应链紧密联系，那么它很有可能在几年之内取代条形码扫描技术。射频识别技术以其独特的优势，逐渐地被广泛应用于生产、物流、交通、运输、医疗、防伪、跟踪、设备和资产管理等需要收集和处理数据的应用领域。随着大规模集成电路技术的进步以及生产规模的不断扩大，射频识别产品的成本将不断降低，其应用将越来越广泛。射频识别技术在国外发展非常迅速，射频识别产品种类繁多。在北美、欧洲、大洋洲、亚太地区及非洲南部，射频识别技术被广泛应用于工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理等众多领域，如汽车、火车等交通监控，高速公路自动收费系统，停车场管理系统，物品管理，流水线生产自动化，安全出入检查，仓存管理，动物管理，车辆防盗等。而在中国由于射频识别技术起步较晚，应用的领域不是很广。目前，射频标签主要应用于公共交通、地铁、校园、社会保障等方面。上海、深圳、北京等地陆续采用了射频公交卡。其中我国射频标签应用最大的项目是第二代公民身份证。总之，射频识别技术在未来的发展中结合其他高新技术，如gps、生物识别等技术，由单一识别向多功能识别方向发展的同时，将结合现代通讯技术及计算机技术，实现跨地区、跨行业应用。2.3射频识别系统的构成射频识别系统通常由电子标签、读写器、计算机通讯网络三部分组成，如图21所示。射频读写器读写模块射频模块天线存储器控制模块射频模块天线射频标签计算机图21 射频识别系统的结构框图(1) 电子标签电子标签（又叫射频标签、射频卡）存储着需要被识别物品的相关信息，通常被放置在需要识别的物品上，它所存储的信息通常可被射频读写器通过非接触的方式读/写获取。标签由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上表示目标对象，电子标签是射频识别系统真正的数据载体。一般情况下，电子标签由标签天线和标签专用芯片组成。根据电子标签供电方式不同，电子标签可以分为有源电子标签和无源电子标签。有源电子标签内装有电池，为芯片提供电源。根据电池供电情况的不同又可分为有源和半有源。半有源射频标签内的电池仅对标签内要求供电维护数据的电路或者标签芯片工作所需电压的辅助支持。标签未进入工作状态前，一直处于休眠状态，相当于无源标签，标签内部能量损耗很小。因而电池可以维持很长时间，达几年之久。当标签进入阅读器的工作区域时，受到阅读器发出的射频信号的激励，从而进入工作状态。标签和阅读器之间的信息交换的能量支持以阅读器的射频能量为主（发射调制方式），标签内部的电池主要作用是弥补标签所处位置的射频磁场不足，标签内部的能量并不能转换为射频能量。无源的射频标签内有偶和元件，通过耦合外电磁场来产生电流供系统工作。(2) 读写器读写器是可以利用射频技术读/写电子标签信息的设备。读写器读出的标签信息可以通过计算机以及网络系统进行管理和信息传输。典型的读写器包含有高频模块（发送器和接收器），控制单元以及阅读器天线。此外许多阅读器还有附加的接口（rs232、rs485、以太网接口等），以便将所获得的数据传向应用系统或从应用系统接收命令。读写器的基本组成如图22所示。图22读写器的基本结构 (3) 计算机通讯网络在射频识别系统中，计算机通讯网络通常用于对数据进行管理，完成通讯传输功能。读写器可以通过标准接口与计算机通讯网络连接，以便实现通讯和数据传输功能。射频识别系统的基本工作流程如下：(1) 读写器将无线电载波信号经过发射天线向外发射；(2) 当电子标签进入发射天线的工作区域时，电子标签被激活，将自身信息的代码经天线发射出去；(3) 系统的接收天线接收电子标签发出的载波信号，经天线的调节器传输给读写器。读写器对接收到的信号进行解调解码，送往后台的电脑控制器；(4) 电脑控制器根据逻辑运算判断该标签的合法性，针对不同的设定作出相应的处理和控制，发出指令信号控制执行机构的动作；(5) 执行机构按照电脑的指令动作；(6) 通过计算机通信网络将各个监控点连接起来，构成总控信息平台，可以根据不同的的软件来完成要实现的功能。2.4 射频识别卡分类(1)根据系统的工作频率通常把读写器发送信号时使用的频率称作射频识别系统的工作频率可分为：低频系统一般工作在100500hz；中频系统工作在左右1015mhz左右；射频系统则工作在850950mhz，以及2.4ghz、5.8ghz的微波频段。(2)根据能否给射频卡写入数据可读写卡（rw），如电话卡、信用卡等。一次写入多次读出卡(worm)，是用户可以一次性写入的卡，写入后数据不能改变，worm比rm便宜。只读卡（ro），存有一个唯一的号码，不能改写，这样提供了安全性，ro卡最便宜。(3)根据电源供电方式射频卡也可分为有源与无源射频卡,有源射频卡使用卡内电流的能量、允许卡的操作距离较远，适合动态的井下工作人员定位，是煤矿井下工作人员定位系统发展的方向，但是它的寿命有限，且价格较高；无源电磁感应式射频卡不含电池，利用读写器辐射的电磁场能量作为自己的能量，它的重量轻、体积小，寿命可以非常长、很便宜，但由于卡面限制，天线尺寸有限，射频信号不强，因此其工作距离不远一般（10cm），通信速率也低（106），且需要读写器的发射功率大。(4)根据调制方式的不同还可分为主动式和被动式主动式是指其上行信号的载波来自于射频卡本身的微波本振源。主动式射频卡中一定有电池提供能量，主动式的射频卡用自身的射频能量主动地发送数据给读写器，主要用于有障碍物的应用中，距离较远（可达30米）；被动式是指其上行信号的载波来自于读写器。被动式射频卡使用调制散射方式发射数据，它必须利用阅读器读写器的载波调制自己的信号，适宜在人员定位、门禁或交通的应用中使用。被动式射频卡根据工作需求可带电池也可不带电池，由于被动式省去了昂贵的微波本振源，因而降低了射频卡的成本，有利于煤矿井下人员定位系统的推广应用，而得到越来越多的重视。(5)根据射频识别系统的基本工作方式可分为双工系统和时序系统。在双工系统中，电子标签的应答响应信号与读写器的发射信号同时存在；在时序系统中读写器的电磁场周期性地接通，在这些间隔中电子标签向读写器发送信号并被识别出来。2.5 射频技术发展与标准frid技术是一种直接继承了雷达的概念并由此发展起来的具有革命性的自动识别技术。最初的射频识别技术被应用于军事领域，主要用于敌我双方的飞机识别。到了70年代美国通过losalmos科学实验室将frid技术转移到民间用于畜牧业。到了80 年代美国与欧洲的几家公司开始着手生产frid卷标。如今，在工业、商业、农业、军事、日常生活领域显示着巨大的潜力和应用空间。随着全球frid产品的大规模生产，制定一套frid的统一标准得到了广泛认同。目前常用的国际标准主要有用于对动物识别的iso11784和iso11785，用于非接触智能卡的iso10536(close coupled cards)、iso15693(vicinity cards)、iso1443(proximity cards)，用于集装箱识别的等。目前国际上制定标准的组织比较著名的有三个：iso，以美国为首的epc global以及日本的ubiquitous id center，而这三个组织对rfid的技术应用规范都有各自的目标和发展规划。本系统采用iso18000标准，此标准是目前较新的标准，原因是它可用于商品的供应链，其中的部分标准也正在形成之中。iso1800-6基本上是整合了一些现有rfid厂商的减速器规格和ean-ucc所提出的标签架构要求而订出的规范。2.6 本章小结本章主要讲述了射频技术，和射频识别系统的应用及其原理，以及射频技术的发展、国际标准。可知此技术是二十一世纪最有前途的技术之一。其可自动识别目标象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。目前煤矿的许多井下人员定位系统是基于射频识别技术，它可对井下人员、设备进行跟踪定位，在一程度上保障人员生命安全、减少国家财产的损失。 3 井下人员定位系统整体框架长期以来，煤炭行业的安全设备严重缺乏，安全管理手段极其落后。建立煤矿安全生产的长效机制，是我围煤矿安全生产工作的必由之路。因此，采用先进的煤矿安全设备与手段己成为煤炭行业迫在眉睫的任务。目前以射频识别技术为基础的矿用人员定定位管理系统为保障矿山安全生产、提高管理效率提供了有效的手段。下面是本系统的设计思路。本系统的射频标签的选择是这样考虑的：由于无源标签的读写距离短，并且在系统中要保持较高的读写效率，因此选取有源射频标签较为合适。在系统读写器频率选择上，考虑到频率越高，信号的衰减性越小，读写距离越大，但是信号的绕射能力就越弱，考虑到系统自身的特点，我们只需少量的数据通信，以及矿井隧道的宽度后，我们采用915mhz的通信频率。在系统中每个标签中唯一的身份码来确认人员的身份。读写器则安装在不同的地点，每个读写器也只有唯一的地址，当携带标签的井下人员经过读写器时，读写器将对人员身份的号码进行读取，然后读写器将自己的地址数据和人员身份的地址信息进行封装，痛过有线网络传输给 井上监控中心的上位机。读写器与标签的共同使用便可以确定井下人员的位置。上位机将数据写入数据库，可以方便的对数据进行管理，系统界面可以实时的显示每个人的位置情况，也可以查询某个人，或某个巷道的人员情况，并可以录入人员的详细情况。系统具有矿上的人员管理功能。3.1系统设计原则及要求原则： (1)实现下井作业人员进出的有效识别，实现井下人员分布的可视化，并且使系统管理充分人性化、信息化和高度自动化。 (2)为高级管理人员提供考勤作业、人员进出限制等多方面的信息查询。(3)一旦发生安全事故，通过该系统立刻可以知道坑道作业面工作人员的数量，保证抢险救灾和安全救护工作的高效运作。(4)系统设计的安全性、可扩容性、易维护性和易操作性。 要求 ：rfid技术在国内外发展很快，各种rfid产品也趋于成熟，己被广泛应用于工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理等众多领域。然而该技术在煤炭行业中的应用还很少，利用射频识别技术的无线方式通信，非接触同时识别多个移动目标，无需外露电触点，电子标签的芯片按不同的应用要求封装的特点，以及计算机网络在数据存储、传递、计算、统计等方面的优势，开发新型煤矿安全管理系统，可对煤矿入井人员进行实时跟踪监测和定位。如果发生灾变，还可立即从监控计算机上查询事故现场人员位置分布情况、被困人员数量、遇险人员撤退线路等信息，可快速指导矿井突发性事故的救护工作。也可利用系统的日常考勤管理功能，对矿井人员进行考勤管理。本文设计的煤矿井下人员定位系统采用广播发射式射频识别系统，系统中监控节点采用有源工作方式。根据rfid的工作原理，监控节点上的rf功相当于读写器，移动目标上的rf功相当于电子标签。完善的煤矿安全管理系统应综合考虑到员工安全、生产、通风、机电等各系统的需求，涵盖矿井安全生产的各个方面，在各个系统之间实现信息的资源共享，使得不同系统、不同部门及各级领导都可以在系统规定的运行管理机制下，对各系统的相关资料进行收集、分析和处理，同时根据历史的和现有的资料，对矿井的整体安全性进行预测，实现煤矿安全管理由事后管理到事前管理的跨越。3.2系统功能与特点将读写器安装在井下一些重要的恫室、危险场合(如盲巷)等需要监控的地方，分布区域的大小可视井下具体环境而定。电子标签内嵌在井下工人的矿灯、安全帽和腰带等任何随身必备物品中，无需附加携带装备。在井下，员工只要穿过感应区域，读写器就将接收到的数据经传输电缆传送到地面中心站，处理后保存到数据库服务器中。可实现的功能包括:(l)考勤管理功能通过操作平台专用管理软件对下井人员进行下井次数、井下停留时间等信息分类统计，便于考核，实现工作人员的考勤统计管理功能和有关报表的打印。(2)安全保障功能系统根据数据库中储存下来的历史数据信息，可迅速知道井下人员及重要设备的分布情况，一旦出现矿井灾难，可对现场被困人员进行定位和搜寻，便于有效救护。(3)生产调度功能通过调用数据库中的数据，可以查询井下人员分布情况并根据需要迅速进行人员调配，实现井下有限资源的优化配置，达到事半功倍的效果。(4)信息联网功能作为整个煤矿的信息网的一部分，可以提供功能完善的数据库，随时调用该煤矿在一段时间内相关人员以及设备的统计数据，以利于科学研究和对人员设备等进行管理。(5)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，显示进入禁区的人员人员轨迹查询。 系统具有以下特点:(1)信号的穿透能力强，数据传输量小，抗干扰能力强，感应灵敏，易于维护和操作。(2)使用can总线型网络拓扑结构煤矿开采是不断进行的，如果采用的网络结构不能合理的增加节点数目，会给系统的使用造成不便。在本设计中，总线型网络只需增加一段电缆和固定监控节点就可增加一个节点，这使得井下人员定位系统可以随着煤矿的开采而不断的扩充。(3)系统有较高的可靠性射频识别系统的读写距离是一个十分关键的参数，目前长距离射频识别系统的价格还很贵，所以为避免过长距离导致的数据传输不稳定、不完整。(4)系统有较高的识别率系统采用了先进的防冲突通讯技术，有效地解决了多标签同时识别的问题。当有多个射频标签同时进入读写器检测区域时，读写器可将各标签信息依次读出。(5)抗干扰能力强系统工作在860-930mhz开放频段。有多个工作频率可供使用，可以有效避免与其他设备的相互干扰。别处，高频信号在巷道内衰减较小，非常适合井下应用。(6)无硬件接触，阅读距离远避免了因机械接触而产生的各种故障，电子标签的芯片按不同的应用要求封装，适合恶劣环境条件(如温、湿变化大，灰尘多，难以保持卡面清洁的井下环境)下工作。并且调频或微波读写器识别距离可达010米。(7) 超低功耗电子标签在不更换电池的情况下可正常工作2年以上。3.3定位系统组成定位系统主要由井上网络与井下网络两部分设备组成，如图31所示。井上网络设备主要由监控中心(包括服务器)及共享网络终端等组成:井下网络设备井监控基站、通信网络组成。以can总线作为主传输途径，开发相应的煤矿井下人员监控基站，配合天线、读写器、电子标签、传输介质等与监控中心挂接，从而实现井下作业人员的定位和安全管理。图3-1定位系统组成3.3.1井上监控中心井上监控中心的监控主机是整个系统的关键部位，负责对整个系统进行管理。监控主机通过can网络适配器与系统监控节点（基站）通信，同时由基站通过rs-485总线与其他远程系统监控节点（读写器）或现有的矿井监控系统进行连接，实现信息共享。具体来说，监控主机具有以下功能:(1)组态功能监控主机可以设定整个系统的规模，并且对每个系统监控节点的属性进行配置。(2)数据采集监控主机通过can总线与系统各监控节点进行通信，由系统监控节点上传其采集到的实时位置信息以及历史位置信息，以实现对煤矿井生产现场的工作人员定位。(3)运行轨迹显示监控主机将人员位置在界面上进行显示，同时通过曲线来模拟矿井现场的员工运行轨迹。(4)数据存储监控主机能够按一定的格式保存有限时间段内的历史数据。(5)报表打印(6)通信除了与系统监控节点通信之外，监控主机可以通过局域网与工厂网络系统进行数据交换，实现矿井现场的远程浏览。因此，监控主机的工作稳定与否直接关系到整个系统功能的实现。另外，由于矿井所处的生产环境恶劣，到处充满着，对于监控主机的抗干扰能力要求较高，所以，本系统选用稳定性能好、工作可靠、配置高的工业控制计算机(工控机)作为监控主机，这是因为:首先，工控机比较适用于工业生产现场，操作系统与pc机相同，容易操作，方便工作人员尽快上手。而且，从工业控制到自动化再到行业的应用，只要客户有需求，厂商就可针对不同的行业进行定制的开发。其次，由于生产工艺、技术的不断提高，工控机的稳定性能也在不断提高，每个月只会“死”一次机，且价格适中。第三，工控机具有在粉尘、烟雾、高低温、潮湿、震动、腐蚀的快速诊断和可维护性。第四，工控机的主板上预留有多条各种类型的扩展槽，为定位系统以后的功能扩展提供了条件，并且可以方便地利用局域网通信，使本监控系统与企业相关的生产管理部门联网，以便于统一调度和管理。总之，选用工控机作为系统的监控主机，既具有良好的抗干扰能力，又具有一定的通用性和可扩展性。3.3.2通信网络(l)通信网络在人员定位系统中，选择什么样的通信网络对整个系统起着举足轻重的作用对整个定位系统而言，数据通信的实时性是系统正常工作的前提，系统稳定可是系统工作的基础。所以，必须选择一个合适的通信网络以使整个系统的工作协调起来。目前现场总线的种类非常多，且各具特色。经过充分的论证，本系统决定选用can总线与rs-485总线组成的混合组网作为系统的通信网络。主要是从以下几个方面来考虑的:首先，can总线具有实时性强和可靠性高的特点。can是由iso定义的一种多主方式的串行通讯总线，它的基本设计规范要求有高的位速率，高抗电磁干扰性，而且能够检测出产生的任何错误。一个由can总线构成的单一网络中，理论上可以挂接无数个节点。实际应用中，节点数目受网络硬件的电气特性所限制。例如，当使用philips p82c250作为can收发器时，同一网络中允许挂接110个节点。can可提供高达1mbit/s的数据传输速率，这使实时控制变得非常容易。当信号传输距离达到10km时，can总线仍可提供高达5kbps的数据传输速率。另外，硬件的错误检定特性也增强了can的抗电磁干扰能力。can控制器工作于多主方式，网络中的各节点都可根据总线访问优先权(取决于报文标识符)采用无损结构的逐位仲裁的方式竞争向总线发送数据，且can协议废除了站地址编码，而代之以对通信数据进行编码，这可使不同的节点同时接收到相同的数据，这些特点使得can总线构成的网络各节点之间的数据通信实时性强，容易构成冗余结构。并且can协议采用crc检验并可提供相应的错误处理功能，保证了数据通信的可靠性，提高系统的可靠性和系统的灵活性。其次，can总线通过can控制器接口芯片82c250的两个输出端canesh和can-l与物理总线相连，而cannes端的状态只