6煤矿井下人员定位系统解析课件

第六章煤矿井下人员定位系统1/212022/12/29第六章煤矿井下人员定位系统一、本章教学目的掌握煤矿井下人员定位系统的装备意义、组成及工作原理、分类；了解射频识别技术的工作原理和读卡器、标签、天线等组成部分；了解煤矿井下人员定位系统的设计要求和常见的几种煤矿井下人员定位系统等等。二、本章主要内容第一节煤矿井下人员定位系统概述第二节煤矿井下无线通讯及射频识别技术第三节煤矿井下人员定位系统设计要求第四节常见的煤矿井下人员定位系统简介

重点与难点：

1、射频识别技术的工作原理；2、射频设别系统的设计第六章煤矿井下人员定位系统1/212022/12/26第六第六章煤矿井下人员定位系统2/212022/12/29第一节概述一、煤矿井下人员定位系统的装备必要性及意义1、必要性

有利于日常井下人员管理和矿井事故发生后的井下救援工作。

《国务院关于进一步加强企业安全生产工作的通知（国发[2010]23号）》要求煤矿和非煤矿山要安装：

监测监控系统井下人员定位系统紧急避险系统压风自救系统供水施救系统通信联络系统等技术装备要求于3年之内完成。逾期未安装的，依法暂扣安全生产许可证、生产许可证。第六章煤矿井下人员定位系统2/212022/12/26第一第六章煤矿井下人员定位系统3/212022/12/29一、煤矿井下人员定位系统的装备必要性及意义2、意义

该系统能够实现对矿井人员位置、携卡人员出入井时刻、重点区域出入时刻、限制区域出入时刻、工作时间、井下和重点区域人员数量、井下人员活动路线等监测、显示、打印、存储、查询、异常报警、路径跟踪、管理等功能。能够清楚掌握每个人员在煤矿井下的位置及活动轨迹，为事故抢险提供科学依据。第一节概述第六章煤矿井下人员定位系统3/212022/12/26一、第六章煤矿井下人员定位系统4/212022/12/29

煤矿井下人员位置监测系统在遏制超定员生产、事故应急救援、领导下井带班管理、特种作业人员管理、井下作业人员考勤等方面发挥着重要作用。（1）遏制超定员生产；（2）防止人员进入危险区域；（3）及时发现未按时升井人员；（4）加强特种作业人员管理；（5）加强干部带班管理；（6）煤矿井下作业人员考勤管理；（7）应急救援与事故调查技术支持（系统有2h备用电源、标识卡电池7D）；（8）持证上岗管理；（9）具有紧急呼叫功能的系统；（10）减少工作量、提高工作效率；（11）加强企业内部之间信息共享。

第一节概述第六章煤矿井下人员定位系统4/212022/12/26第六章煤矿井下人员定位系统5/212022/12/29二、煤矿井下人员定位系统组成及工作原理1、组成：煤矿井下人员位置监测系统一般由标识卡、位置监测分站、电源箱（可与分站一体化）、传输接口、主机（含显示器）、系统软件、服务器、打印机、大屏幕、UPS电源、远程终端、网络接口、电缆和接线盒等组成。

煤矿井下人员位置监测系统组成

煤矿井下人员位置监测系统示意图第六章煤矿井下人员定位系统5/212022/12/26二、第六章煤矿井下人员定位系统6/212022/12/29

2、煤矿井下人员定位系统工作原理分站发固定频率的电磁场标识卡共振被唤醒被激活信息代码调制到载波上经卡内天线发射出分站读卡器读卡模块内部集成了无线接收电路及发生基波信号的功率输出电路它将接受到标识卡发来的识别码信息在其内部经读卡模块的解调、带通滤波整形后由输出电路输出序列串行信号它将不断地通过发射天线发出载波信号（寻找信号）读卡器采用微处理器控制，通过转换模块实现与主控机之间的信息交流第一节概述第六章煤矿井下人员定位系统6/212022/12/26第六章煤矿井下人员定位系统7/212022/12/29三、煤矿井下人员定位系统分类及装备要求1、煤矿井下人员定位系统分类1）按工作原理分：场强式、射频标签式、其他。2）按信号传输方向分：单向、半双工、全双工。3）按标识卡结构分：与矿灯一体、与手机一体、与BP机一体、帽卡、胸卡、腰卡、其他。4）按系统结构分类：独立式、与煤矿安全监控系统一体、与煤矿井下移动通信系统一体、其他。5）按标识卡供电方式分：有源卡、无源卡。6）按标识卡的工作频率分：特高频（300MHz~3GHz）、超高频（3GHz~30GHz）、其他。7）按功能分：非连续监测式、连续监测式、其他。2、煤矿井下人员定位系统装备要求第一节概述第六章煤矿井下人员定位系统7/212022/12/26三、第六章煤矿井下人员定位系统8/212022/12/29三、煤矿井下人员定位系统分类及装备要求1、煤矿井下人员定位系统分类2、煤矿井下人员定位系统装备要求（1）各个人员出入井口、采掘工作面等重点区域出/入口、盲巷等限制区域等地点应设置分站，并能满足监测携卡人员出/入井、出/入采掘工作面等重点区域、出/入盲巷等限制区域的要求。（2）巷道分支处应设置分站，并能满足监测携卡人员出/入方向的要求。巷道分支的各个巷道应设置分站或天线，以便判别携卡人员的运动方向。（3）下井人员应携带标识卡。标识卡严禁擅自拆开。（4）工作不正常的标识卡严禁使用。性能完好的标识卡总数，至少比经常下井人员的总数多10%。不固定专人使用的标识卡，性能完好的标识卡总数至少比每班最多下井人数多10%。（5）矿调度室应设置显示设备，显示井下人员位置等。（6）各个人员出入井口应设置检测标识卡工作是否正常和唯一性检测的装置，并提示携卡人员本人及有关人员。第一节概述第六章煤矿井下人员定位系统8/212022/12/26三、第六章煤矿井下人员定位系统9/212022/12/29第二节矿井下无线通讯及射频识别技术一、煤矿井下无线通讯技术1、目前常用的无线通信方式1）蓝牙技术2）红外技术3）超宽频技术（UWB）4）Wi-Fi技术(无线保真)5）Zigbee技术(蜜蜂)

蓝牙技术是全球通用的小范围无线通信技术，是近距离便携式器件之间的红外线链路（IrDA）而提出的，是低成本、短距离无线个人网络传输应用。主要目标:提供一个全世界通行的无线传输环境，通过无线电波来实现所有移动设备之间的信息传输服务。优点：蓝牙技术应用红外线收发器连接虽然能免去电线或电缆的连接；缺点：距离只限于1~2m，而且必须在视线上直接对准，中间不能有任何阻挡，同时直限于在两个设备之间进行连接，不能同时连接更多的设备。第六章煤矿井下人员定位系统9/212022/12/26第二第六章煤矿井下人员定位系统10/212022/12/29第二节矿井下无线通讯及射频识别技术一、煤矿井下无线通讯技术1、目前常用的无线通信方式1）蓝牙技术2）红外技术3）超宽频技术（UWB）4）Wi-Fi技术(无线保真)5）Zigbee技术(蜜蜂)

红外技术是一种利用红外线进行点对点通信的技术。优点：是无须申请频率使用权，因而红外通信成本低廉；体积小，功耗低，连接方便，简单易用的特点；由于数据传输率较高，因而适于传输大容量的文件和多媒体数据；红外线发射角度较小，传输安全性高。不足：它是一种视距传输，两个相互通信的设备之间必须对准，中间不能被其他物体阻隔，因而该技术只能用于两台设备之间的连接。第六章煤矿井下人员定位系统10/212022/12/26第第六章煤矿井下人员定位系统11/212022/12/29第二节矿井下无线通讯及射频识别技术一、煤矿井下无线通讯技术1、目前常用的无线通信方式1）蓝牙技术2）红外技术3）超宽频技术(UWB）4）Wi-Fi技术(无线保真)5）Zigbee技术(蜜蜂)

超宽频技术（UltraWideBand，UWB）是一种独特的、很有前景的无线通信技术。优点：该技术在时域中以纳秒级的非正旋波窄脉冲信号为载波，因而在领域中具有扁平的很宽的频谱，标准的带宽为55Mb/s，通过调频避免与其他无线信号的冲突；由于结构简单，且成本低，在家用方面很有市场。缺点：可能会成为潜在的干扰源，同时由于功率限制，传输距离短，只有10m左右的距离。第六章煤矿井下人员定位系统11/212022/12/26第第六章煤矿井下人员定位系统12/212022/12/29第二节矿井下无线通讯及射频识别技术一、煤矿井下无线通讯技术1、目前常用的无线通信方式1）蓝牙技术2）红外技术3）超宽频技术(UWB）4）Wi-Fi技术(无线保真)5）Zigbee技术(蜜蜂)

无线保真:(Wi-Fi（wirelessfidelity，）即802.11b/g标准工作在2.4GHz的频带，采用CCK调制技术，传输速率最高分别可达到11Mbit/s和54Mbit/s。Wi-Fi是由AP（AccessPoint，无线访问节点）和无线网卡组成的无线网络。优点：速度快，可靠性高，在开放性区域，通讯距离可达305m，在封闭性区域，通讯距离为76m到122m，方便与现有的有线以太网络整合；可移动性、价格低廉。第六章煤矿井下人员定位系统12/212022/12/26第第六章煤矿井下人员定位系统13/212022/12/29第二节矿井下无线通讯及射频识别技术一、煤矿井下无线通讯技术1、目前常用的无线通信方式1）蓝牙技术2）红外技术3）超宽频技术(UWB）4）Wi-Fi技术(无线保真)5）Zigbee技术(蜜蜂)

基于IEEE802.15.4协议规定的ZigBee技术是一种新兴的无线通信技术：蜜蜂（bee）+“嗡嗡”（zig）优点：近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率（工作速率大约为20~250kb/s）、低成本（不到蓝牙的1/10）、安全（提供了三级安全模式）以及自动动态组网与自主路由。主要适合用于自动控制和远程控制领域，支持地理定位功能，它是一种介于无线标记技术和蓝牙技术之间的技术方案，可以嵌入许多其它的设备。第六章煤矿井下人员定位系统13/212022/12/26第第六章煤矿井下人员定位系统14/212022/12/292、影响煤矿井下定位的主要因素（1）多径传播（2）多址干扰（3）信号同步误差

第二节矿井下无线通讯及射频识别技术无线信号的多径传播现象会使得基于角度和时间的定位方法产生较大的误差，主要原因是多径传播会对测量代表收发双方实际距离和方位的直射路径（LOS）信号的角度和时延产生较大的干扰第六章煤矿井下人员定位系统14/212022/12/262第六章煤矿井下人员定位系统15/212022/12/292、影响煤矿井下定位的主要因素（1）多径传播（2）多址干扰（3）信号同步误差

第二节矿井下无线通讯及射频识别技术多址干扰是影响系统性能和容量的主要因素，当对定位信号进行测量时，多址干扰的存在仍然会对测量结果产生较大的干扰。但是目前大多数效果较好的多用户检测算法，当用户数量较多时，其运算量非常大，实现较为困难。在进行TOA估计(TOA估计通常是以检测首达路径DP(DirectPath)来获得传播时延)的过程中，信号时间延迟的估计精度与估计过程中参考信号和接收信号之间的同步程度有关，即检测到的信号峰值是否为真正的峰值点，特别是对于多径传播环境下，如何在相关波形中获取较好的相关峰值点很重要。当接收信号和参考信号的同步较差时，会展宽相关波形，同时会出现较为严重的旁瓣，这些对TOA估计的影响很大。因此，在设计人员定位系统之前必须对巷道内无线通讯环境进行分析。第六章煤矿井下人员定位系统15/212022/12/262第六章煤矿井下人员定位系统16/212022/12/293、煤矿井下无线通讯特点（1）衰减与频率的关系（2）衰减与曲率的关系（3）巷道半径对无线传输的影响（4）衰减与粗糙度、倾斜度的关系（5）接收点有用信号十分微弱（6）井下环境机电噪声干扰严重第二节矿井下无线通讯及射频识别技术第六章煤矿井下人员定位系统16/212022/12/263第六章煤矿井下人员定位系统17/212022/12/29名称甚低频低频中频高频甚高频超高频特高频极高频符号VLFLFMFHFVHFUHFSHFEHF频率3-30KHz30-300KHz0.3-3MHz3-30MHz30-300MHz0.3-3GHz3-30GHz30-300GHz波段超长波长波中波短波米波分米波厘米波毫米波波长1KKm-100Km10Km-1Km1Km-100m100m-10m10m-1m1m-0.1m10cm-1cm10mm-1mm传播特性空间波为主地波为主地波与天波天波与地波空间波空间波空间波空间波主要用途海岸潜艇通信；远距离通信；超远距离导航越洋通信；中距离通信；地下岩层通信；远距离导航船用通信；业余无线电通信；移动通信；中距离导航远距离短波通信；国际定点通信电离层散射；流星余迹通信；人造电离层通信；对空间飞行体通信；移动通信小容量微波中继通信；对流层散射通信；中容量微波通信大容量微波中继通信；数字通信；卫星通信；国际海事卫星通信再入大气层时的通信；波导通信中国无线电频率划分及主要用途

第二节矿井下无线通讯及射频识别技术第六章煤矿井下人员定位系统17/212022/12/26名第六章煤矿井下人员定位系统18/212022/12/29二、射频识别技术简介1、射频识别技术概念

1）射频的定义射频:就是射频电流，高频交流变化电磁波的简称，<1000次/s的交流电称为低频电流，>10000次/s的称为高频电流，而射频就是这样一种高频电流。电磁波:交变电流通过导体，导体周围会形成交变的电磁场，被称为电磁波。在电磁波频率低于100kHz时，电磁波会被地表吸收，不会形成有效的传输，但电磁波频率高于100kHz时，电磁波可以在空气中传播，并经大气层外缘的电离层反射，形成远距离传输能力，把远距离传输能力的高频电流称为射频。第二节矿井下无线通讯及射频识别技术第六章煤矿井下人员定位系统18/212022/12/26二第六章煤矿井下人员定位系统19/212022/12/29二、射频识别技术简介1、射频识别技术概念1）射频的定义2）射频识别技术射频识别技术是自动识别技术(90/20)，利用无线射频方式进行非接触通信，以达到自动识别目标对象的目的并获得相关数据的自动传输识别技术。识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣的环境。第二节矿井下无线通讯及射频识别技术最早用于通讯控制、高速公路、桥梁的自动收费以及安全领域。以前，由于成本过高，影响了其向更广的领域拓展。现在，随着大规模集成电路制造工艺的不断提高，芯片集成度越来越高，功能越来越强，元器件封装不断减小，使得射频识别系统的成本大大降低，体积也大大减小，真正进入到实用化阶段，一种成熟的自动识别技术。第六章煤矿井下人员定位系统19/212022/12/26二第六章煤矿井下人员定位系统20/212022/12/29二、射频识别技术简介2、射频识别系统原理及特点

1）射频识别系统组成和工作原理：信号发射机、接收机、天线

2）射频识别技术的基本工作原理

3）射频识别技术特点第二节矿井下无线通讯及射频识别技术在射频识别系统工作过程中，始终以能量作为基础，通过一定的时序方式来实现数据交换。在射频识别系统工作的信道中存在有三种事件模型，即以能量提供为基础的事件模型，以时序方式实现数据交换的事件模型，以数据交换为目的的事件模型.用来存储需要识别传输的信息第六章煤矿井下人员定位系统20/212022/12/26二第六章煤矿井下人员定位系统21/212022/12/29二、射频识别技术简介2、射频识别系统原理及特点

1）射频识别系统组成和工作原理：信号发射机、接收机、天线

2）射频识别技术的基本工作原理

3）射频识别技术特点第二节矿井下无线通讯及射频识别技术（1）读卡器将无线电载波信号经过发射天线向外发射。（2）当标签进入发射天线的工作区域后，如果接收到读卡器发出的特殊射频信号，就能凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息（即Passive

Tag，无源标签或被动标签），或者主动发送某一频率的信号（即Active

Tag，有源标签或主动标签）。（3）系统的接收天线接收标签发出的载波信号，经天线的调节器传输给读卡器。读卡器读取信息并解码后，送至后台的计算机控制器。（4）计算机控制器根据逻辑运算判断该标签的合法性，针对不同的设定做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）执行机构按照计算机的指令动作。

第六章煤矿井下人员定位系统21/212022/12/26二第六章煤矿井下人员定位系统22/212022/12/29二、射频识别技术简介2、射频识别系统原理及特点

1）射频识别系统组成和工作原理：信号发射机、接收机、天线

2）射频识别技术的基本工作原理

3）射频识别技术特点第二节矿井下无线通讯及射频识别技术（1）读取方便快捷：数据的读取无需光源。有效识别距离可达到30m以上，（2）识别速度快：标签一进入磁场，解读器就可以即时读取其中的信息，同时处理多个标签，实现批量识别。（3）数据容量大：最多也只能存储2725个数字；（4）使用寿命长，应用范围广：使其可以应用于粉尘、油污等高污染环境和放射性环境，（5）标签数据可动态更改：利用编程器可以向写入数据，（6）更好的安全性：不仅可以嵌入或附着在不同形状、类型的产品上，而且可以为标签数据的读写设置密码保护，从而具有更高的安全性。（7）动态实时通信：标签以与每秒50~100次的频率与解读器进行通信，所以只要RFID标签所附着的物体出现在解读器的有效识别范围内，就可以对其位置进行动态的追踪和监控。第六章煤矿井下人员定位系统22/212022/12/26二第六章煤矿井下人员定位系统23/212022/12/29三、射频识别系统的设计1、读卡器----天线、射频模块、读写模块

1）读卡器的基本功能

2）读卡器的分类

3）读卡器的工作方式读卡器的基本构成

第二节矿井下无线通讯及射频识别技术发射和接收射频载波信号的设备

可接收和发射射频载波接收射频模块传输的信号，解码后获得标签内信息，可将要定稿标签的信息编码后传递给射频模块，完成写标签操作只在耦合方式、通信流程、数据传输方式，特别在频率范围等方面有所差别，但在功能原理以及构造设计上基本类似第六章煤矿井下人员定位系统23/212022/12/26三第六章煤矿井下人员定位系统24/212022/12/29三、射频识别系统的设计1、读卡器----天线、射频模块、读写模块

1）读卡器的基本功能

2）读卡器分类

3）读卡器工作方式第二节矿井下无线通讯及射频识别技术（1）工业读卡器----对于在安装或生产设备中的应用，具备标准的现场总线接口，以便更容易集成到现有设备中，主要应用于矿井、自动化生产等领域。（2）固定式读卡器----将射频控制器和高频接口封装在一个固定的外壳中构成，可将天线和射频模块封装在一个外壳单元中，这时构成了集成式读卡器或一体化读卡器。（3）OEM读卡器----装在一个屏蔽的白铁皮外壳中或以无外壳的插件板的方式向用户供货，（4）便携式读卡器----由读卡器模块、天线和掌上电脑集成，一般带有LCD显示屏，并且带有键盘面板以便于操作或输入数据。第六章煤矿井下人员定位系统24/212022/12/26三第六章煤矿井下人员定位系统25/212022/12/29三、射频识别系统的设计1、读卡器----天线、射频模块、读写模块

1）读卡器的基本功能

2）读卡器的分类

3）读卡器的工作方式第二节矿井下无线通讯及射频识别技术TTF（TagTalksFirst，标签先发言），RTF（ReaderTalksFirst，读卡器先发言）这是读卡器的防冲突协议方式。TTF(标)和RTF(读)协议相比，TTF方式的标签具有识别速度快等特点，适用于需要高速应用的场合；它在噪声环境中更稳健，在处理标签数量动态变化的场合也更为实用。第六章煤矿井下人员定位系统25/212022/12/26三第六章煤矿井下人员定位系统26/212022/12/29三、射频识别系统的设计1、读卡器2、标签(又叫电子标签或智能标签，持久性、大容量）

1）标签的基本组成

2）标签的分类

3）标签的封装标签的基本构成

第二节矿井下无线通讯及射频识别技术时钟把所有电路功能时序化，以使存储器中的数据在精确的时间内被传送到读卡器数据读出时，编码发生器把存储器中的数据编码，调制器接收由编码器编码后的信息，通过天线电路将此信息发射或反射到读卡器。数据写入时，由控制器控制将天线收到的信号解码后写入存储器第六章煤矿井下人员定位系统26/212022/12/26三第六章煤矿井下人员定位系统27/212022/12/29三、射频识别系统的设计1、读卡器2、标签(又叫电子标签或智能标签，持久性、大容量）

1）标签的基本组成

2）标签的分类

3）标签的封装第二节矿井下无线通讯及射频识别技术（1）按供电方式----可分为有源标签和无源标签。（2）按工作方式----分为主动式和被动式标签。（3）按读写方式----分为只读型和读写型标签。。（4）按工作频率----可分为低频、中高频、超高频、微波标签。低频为30~300kHz；中高频3~30MHz；超高频与微波段称为微波射频标签为433.92MHz、862（902）928MHz、1.45GHz、5.8GHz。（5）按作用距离----分为密耦合、近耦合、疏耦合及远距离标签。密耦合标签作用距离小于1cm；近耦合标签大约15cm；疏耦合标签大约1m；远距离标签从1m~10m，甚至更远。第六章煤矿井下人员定位系统27/212022/12/26三第六章煤矿井下人员定位系统28/212022/12/29三、射频识别系统的设计1、读卡器2、标签(又叫电子标签或智能标签，持久性、大容量）

1）标签的基本组成

2）标签的分类

3）标签的封装第二节矿井下无线通讯及射频识别技术（1）封装材质----主要有纸标签、塑料标签和玻璃标签。纸标签被制作为带有自粘功能的纸标签的形式，用来粘贴在被识别的物品上，塑料标签采用特定的工艺将芯片和天线用特定的塑料材质封装成不同的标签，塑料材质包括PVC和PSP，玻璃标签一般将芯片和天线用一种特殊的固定物质植入到一定大小的玻璃窗口中，封装成玻璃标签。（2）封装形式----信用卡和半信用卡标签：线形标签：常见的线形标签有物流和车辆用线形标签；盘形标签：是将标签放置在丙烯腈、丁二烯、苯乙烯喷铸的外壳里，直径从几毫米到10cm，适用的温度范围较大；自粘标签：通过丝网印刷或蚀刻技术将标签安放在只有0.1mm厚的塑料膜上，第六章煤矿井下人员定位系统28/212022/12/26三第六章煤矿井下人员定位系统29/212022/12/29三、射频识别系统的设计1、读卡器2、标签3、天线1）选择天线的主要参数2）读卡器天线（1）电感式系统的天线（2）微波系统的天线3）标签天线第二节矿井下无线通讯及射频识别技术（1）天线的工作频率范围（频带宽度）（2）天线的增益----指在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的信号的功率密度之比，（3）天线的极化----电场的方向就是天线极化方向，线极化和圆极化（4）天线的波瓣宽度，辐射强度最大的瓣称为主瓣，其余的瓣称为副瓣或旁瓣，（5）天线的输入阻抗Zin，天线输入端信号电压与信号电流之比，具有电阻分量和电抗分量。（6）有效长度----在保持实际天线最大辐射方向上的场强值不变的条件下，天线上电流分布为均匀分布时天线的等效长度3dB的两点间的夹角定义为波瓣宽度第六章煤矿井下人员定位系统29/212022/12/26三第六章煤矿井下人员定位系统30/212022/12/29三、射频识别系统的设计1、读卡器2、标签3、天线1）选择天线的主要参数2）读卡器天线（1）电感式系统的天线（2）微波系统的天线3）标签天线第二节矿井下无线通讯及射频识别技术①电感式系统选择原则。一是天线线圈的电流大；二是功率匹配，三是足够的带宽，②电感式系统的连接方法。一是利用电流匹配来进行连接，135kHz以下频率范围内的典型的低成本读卡器，二是通过同轴电缆馈接，超过1MHz以上的频率或是135kHz频率范围内较长的导线长度，③品质因数的影晌。较高的品质因数值会使天线线圈中的电流强度大些。与之相反，天线的传输带宽刚好与品质因数值成反比例变化。选择的品质因数过高会导致带宽缩小从而明显地减弱应答器接收到的调制边带。电感读卡器天线的品质因数可通过线圈电阻与线圈电阻的欧姆损耗和/或串联电阻的比值计算出来。品质因数取决于所需的带宽和由此采用的调制方法，第六章煤矿井下人员定位系统30/212022/12/26三第六章煤矿井下人员定位系统31/212022/12/29三、射频识别系统的设计1、读卡器2、标签3、天线1）选择天线的主要参数2）读卡器天线（1）电感式系统的天线（2）微波系统的天线3）标签天线第二节矿井下无线通讯及射频识别技术微波系统所使用的天线类型是基于带状线技术的天线，即平面天线。特点是建造高度较低并且结构坚固，能方便地使用光刻技术制造出来，有很高的可复制性，辐射器的基本元件是直角微带导线组成的。为了得到不同的定向和极化效应，可以用不同的方式把辐射器元件组合在一起。第六章煤矿井下人员定位系统31/212022/12/26三第六章煤矿井下人员定位系统32/212022/12/29三、射频识别系统的设计1、读卡器2、标签(又叫电子标签或智能标签，持久性、大容量）3、天线1）选择天线的主要参数2）读卡器天线（1）电感式系统的天线（2）微波系统的天线3）标签天线第二节矿井下无线通讯及射频识别技术（1）标签天线应具有的性能一是体积足够小；二是有全向或半球覆盖的方向性；三是给标签提供能量；四是天线的极化能与读卡器查询信号相匹配；五是价格便宜。第六章煤矿井下人员定位系统32/212022/12/26三第六章煤矿井下人员定位系统33/212022/12/29三、射频识别系统的设计1、读卡器2、标签3、天线1）选择天线的主要参数2）读卡器天线（1）电感式系统的天线（2）微波系统的天线3）标签天线第二节矿井下无线通讯及射频识别技术（2）标签天线的形式天线模式类型自由空间带宽（%）尺寸（波长）阻抗（Ω）双偶极子全向10~150.550~80折叠偶极子全向15~200.5×0.05100~300印制偶极子方向性10~150.5×0.5×0.150~100微带面方向性2~30.5×0.530~100对数螺旋方向性1000.3×0.25（高×底直径）50~100第六章煤矿井下人员定位系统33/212022/12/26三第六章煤矿井下人员定位系统34/212022/12/29三、射频识别系统的设计4、防冲突方法

1）冲突产生的原因:读卡器一次只能与一个标签沟通，因而会有冲突：（1）读卡器与读卡器之间的干扰（2）多读卡器到标签间的干扰

2）防冲突的方法

3）校验方式读卡器与读卡器间多读卡器到标签间第二节矿井下无线通讯及射频识别技术当一个读卡器发射较强的信号与射频标签反射回的微弱信号相干扰时，就引起了读卡器与读卡器之间的干扰两个读卡器阅读范围重叠。从读卡器R1和R2发射的信号可能在射频标签T1处产生干扰第六章煤矿井下人员定位系统34/212022/12/26三第六章煤矿井下人员定位系统35/212022/12/29三、射频识别系统的设计4、防冲突方法

1）冲突产生的原因:（1）读卡器与读卡器之间的干扰（2）多读卡器到标签间的干扰

2）防冲突的方法

3）校验方式第二节矿井下无线通讯及射频识别技术（1）分址多任务：利用空间分割的方式来避免信号的冲突，多用以处理读卡器的信号碰撞。就是依据读卡器与天线的有效距离将空间进行划分，避免标签被重复读取的可能性（2）分频多任务：利用信号传输所使用的频道进行区分来避免信号碰撞的一种方法。读卡器可使用相同的频率（如13.56MHz）发送信号与命令至标签，但有多个标签需同时回复时，可采用不同的副载波频率，将一定的频率范围（如13.57MHz~13.59MHz）切分为更细的频道以分配给不同的标签进行数据传输。（3）分时多任务：防信号碰撞中最常使用，原理是利用时间的差异，将可使用的通信时序分配给不同的标签进行数据传输，排定先后顺序后依序与读卡器进行沟通，第六章煤矿井下人员定位系统35/212022/12/26三第六章煤矿井下人员定位系统36/212022/12/29三、射频识别系统的设计4、防冲突方法

1）冲突产生的原因:（1）读卡器与读卡器之间的干扰（2）多读卡器到标签间的干扰

2）防冲突的方法

3）校验方式第二节矿井下无线通讯及射频识别技术为了防止数据在传输的过程中，因干扰而产生误码，通讯协议中均对传输数据校验。LRC:读卡器和标签之间的信号无线传输可采用LRC（纵向冗余校验）检验方式，避免读卡器从空中拾取错误的信号；CRC:读卡器与分站之间采用CRC（循环冗余校验）校验，保证传输数据的有效性。

第六章煤矿井下人员定位系统36/212022/12/26三第六章煤矿井下人员定位系统37/212022/12/29第三节煤矿井下人员定位系统设计要求一、系统设计条件1）一般条件：符合规定(MT209、MT/T1004、1005、1007、1008、AQ6201、AQ1048)

；入井防雷；标识卡对人身无害。2）环境条件：3）供电电源：条件机房、调度室的设备煤矿井下的设备环境温度15℃~30℃0℃~40℃相对湿度40%~70%≤95%（25℃）大气压力80kPa~106kPa80kPa~106kPa环境条件GB/T2887规定的尘埃、照明、噪声、电磁场干扰和接地条件有爆炸性气体混合物，但无显著振动和冲击、无破坏绝缘的腐蚀性气体。温度变化率小于10℃/h，且不得结露第六章煤矿井下人员定位系统37/212022/12/26第第六章煤矿井下人员定位系统38/212022/12/29第三节煤矿井下人员定位系统设计要求一、系统设计条件1）一般条件：符合规定(MT209、MT/T1004、1005、1007、1008、AQ6201、AQ1048)

；入井防雷；标识卡对人身无害。2）环境条件：3）供电电源：项目地面设备交流电源井下设备交流电源额定电压380V/220V，允许偏差－10%~＋10%127V/380V/660V/1140V，允许偏差：－20%（－25%）~＋10%谐波≤5%≤10%频率50Hz，允许偏差±5%50Hz，允许偏差±5%第六章煤矿井下人员定位系统38/212022/12/26第第六章煤矿井下人员定位系统39/212022/12/29二、系统要达到的主要功能1、监测功能2、管理功能3、存储和查询功能4、显示及打印功能5、人机对话及自诊断功能6、其他功能第三节煤矿井下人员定位系统设计要求（1）应具有携卡人员出/入井时刻、出/入重点区域时刻、出/入限制区域时刻等监测功能。（2）应具有识别携卡人员出/入巷道分支方向等功能。（3）应能对乘坐电机车等各种运输工具的携卡人员进行准确识别。（4）应能识别多个同时进入识别区域的标识卡。（5）应具有标识卡工作是否正常和每位下井人员携带1张卡唯一性检测功能。第六章煤矿井下人员定位系统39/212022/12/26二第六章煤矿井下人员定位系统40/212022/12/29二、系统要达到的主要功能1、监测功能2、管理功能3、存储和查询功能4、显示及打印功能5、人机对话及自诊断功能6、其他功能第三节煤矿井下人员定位系统设计要求（1）应具有携卡人员下井总数及人员、出/入井时刻、下井工作时间，并具有超时人员总数及人员、超员人员总数及人员报警、等显示、打印、查询等功能。（2）应具有携卡人员出/入重点区域总数及人员、出/入重点区域时刻、工作时间；并具有超时人员总数及人员、超员人员总数及人员报警等显示、打印、查询功能。（3）应具有携卡人员出/入限制区域总数及人员、出/入限制区域时刻、滞留时间等显示、打印、查询、报警等功能。（4）应具有特种作业人员等下井、进入重点区域总数及人员、出/入时刻、工作时间显示、打印、查询等功能。（5）系统应具有携卡人员下井活动路线显示、打印、查询、异常报警等功能。（6）应具有携卡人员卡号、姓名、身份证号、年龄、职务或工种、所在区队班组、主要工作地点、每月下井次数、下井时间、每天下井情况等显示、打印、查询等功能。（7）系统应具有按部门、地域、时间、分站、人员等分类查询、显示、打印等功能。第六章煤矿井下人员定位系统40/212022/12/26二第六章煤矿井下人员定位系统41/212022/12/29二、系统要达到的主要功能1、监测功能2、管理功能3、存储和查询功能

4、显示及打印功能5、人机对话及自诊断功能6、其他功能第三节煤矿井下人员定位系统设计要求（1）应具有存储功能，包括：出/入井时刻；出/入重点区域时刻；出/入限制区域时刻；进入分站识别区域时刻；出/入巷道分支时刻及方向；超员总数、起止时刻及人员；超时人员总数、起止时刻及人员；工作异常人员总数、起止时刻及人员；卡号、姓名、身份证号、年龄、职务或工种、所在区队班组、主要工作地点等。（2）应具有查询功能，按人员查询；按时间查询；按地域查询；按识别区查询；按超时报警查询；按超员报警查询；按限制区域报警查询；按工作异常报警查询；按人员分类查询；按部门查询；按工种查询等。（3）应具有防止修改实时数据和历史数据等存储内容（参数设置及页面编辑除外）功能。（4）系统应具有数据备份功能。（5）分站应具有数据存储功能。当系统通信中断时，分站存储标识卡卡号和时刻；系统通信正常时，上传至中心站。第六章煤矿井下人员定位系统41/212022/12/26二第六章煤矿井下人员定位系统42/212022/12/29二、系统要达到的主要功能1、监测功能2、管理功能3、存储和查询功能

4、显示及打印功能5、人机对话及自诊断功能6、其他功能第三节煤矿井下人员定位系统设计要求（1）应具有汉字显示和提示功能。（2）应具有列表显示功能。包括：下井人员总数及人员、重点区域人员总数及人员、超时报警人员总数及人员，超员报警总数及人员，限制区域报警人员总数及人员、特种作业人员工作异常报警总数及人员等。（3）应具有模拟动画显示功能。包括：巷道布置模拟图、人员位置及姓名、超时报警、超员报警、进入限制区域报警、特种作业人员工作异常报警等。应具有漫游、总图加局部放大、分页显示等方式。（4）应具有系统设备布置图显示功能。包括：分站、电源箱、传输接口和电缆等设备的设备名称、相对位置和运行状态等。（5）应具有汉字报表、初始化参数召唤打印功能（定时打印功能可选）。包括：下井人员总数及人员、重点区域人员总数及人员、超时报警人员总数及人员，超员报警总数及人员，限制区域报警人员总数及人员、特种作业人员工作异常报警总数及人员、领导干部每月下井总数及时间统计等。第六章煤矿井下人员定位系统42/212022/12/26二第六章煤矿井下人员定位系统43/212022/12/29二、系统要达到的主要功能1、监测功能2、管理功能3、存储和查询功能

4、显示及打印功能5、人机对话及自诊断功能6、其他功能第三节煤矿井下人员定位系统设计要求（1）应具有人机对话功能，以便于系统生成、参数修改、功能调用、图形编辑等。（2）应具有操作权限管理功能，对参数设置等必须使用密码操作，并具有操作记录。（3）在任何显示模式下，均可直接进入所选的列表显示、模拟图显示、打印、参数设置、页面编辑、查询等方式。（4）系统应具有自诊断功能。当系统中分站、传输接口等设备发生故障时，报警并记录故障时间和故障设备，以供查询及打印。第六章煤矿井下人员定位系统43/212022/12/26二第六章煤矿井下人员定位系统44/212022/12/29二、系统要达到的主要功能1、监测功能2、管理功能3、存储和查询功能

4、显示及打印功能5、人机对话及自诊断功能6、其他功能第三节煤矿井下人员定位系统设计要求（1）系统主机应具有双机切换功能，及备用电源。（2）系统应具有网络接口、将有关信息上传至各级主管部门。（3）系统应具有软件自监视及容错功能。（4）系统应具有实时多任务功能，对参数传输、处理、存储和显示等能周期循环运行而不中断。第六章煤矿井下人员定位系统44/212022/12/26二第六章煤矿井下人员定位系统45/212022/12/29三、系统要达到的主要技术指标1）最大位移速度：≥5m/s；2）并发识别数量：≥80；3）漏读率：≤10-4；4）最大传输距离：标识卡与分站≥10m分站至传输接口≥10km；5）最大监控容量：分站8、16、32、64、128，标识卡≥8000；6）最大巡检周期：≤30s；7）误码率：≤10-8；8）存储时间：≥1a，主机故障时，丢失信息≤5min，分站数据≥2h；9）画面响应时间：调出幅画面85%的响应时间≤2s，其余≤5s；10）双机切换时间：从工作主机故障到备用主机正常工作≤5min;11）标识卡电池寿命：电池不可更换的标识卡寿命≥2年，可更换的≥6个月12）标识卡电池工作时间：每次充电应能保证标识卡连续工作时间≥7d13）备用电源工作时间：在电网停电后，备用电源≥2h；14）远程本安供电距离：≥2km。第三节煤矿井下人员定位系统设计要求第六章煤矿井下人员定位系统45/212022/12/26三第六章煤矿井下人员定位系统46/212022/12/29第四节常见的煤矿井下人员定位系统简介一、KJ251煤矿井下人员定位系统1、系统的工作原理2、系统主要功能特点3、系统主要技术指标KJ251人员定位管理系统界面

人员随身携带的标识卡进入读卡器工作区域被激活后，将人员编码加密信息发射出去；读卡器接收到标识卡发来的无线信号，经分站接收处理后，提取出人员编码相关信息，经数据传输接口送至地面监控计算机，完成矿井人员自动跟踪定位管理和考勤。分站工作原理

第六章煤矿井下人员定位系统46/212022/12/26第第六章煤矿井下人员定位系统47/212022/12/29第四节常见的煤矿井下人员定位系统简介一、KJ251煤矿井下人员定位系统1、系统的工作原理2、系统主要功能特点3、系统主要技术指标（1）实时跟踪监测，位置自动显示（2）可实时跟踪查询、活动轨迹及分布情况（3）1张卡唯一性检测功能

（4）核心技术均由嵌入式微处理器和嵌入式软件组成。（5）实现睡眠、唤醒、解码、编码、通信及信息碰撞处理等功能。（6）标识卡超低能耗设计，可使用3年以上。（7）识别距离0~200m可调，能可靠识别静态或≤100km/h的高速移动目标。（8）单台目标读卡器可瞬间同时识别200个以上。（9）识别区域无方向性、无盲区，对人体没有伤害。（10）分站仍能独立工作，（11）可进行记录、显示、查询、编辑、人工录入、网络通信等。（12）中心站及网络终端可以联网运行，（13）门禁功能。。（14）报警功能。第六章煤矿井下人员定位系统47/212022/12/26第第六章煤矿井下人员定位系统48/212022/12/29第四节常见的煤矿井下人员定位系统简介一、KJ251煤矿井下人员定位系统1、系统的工作原理2、系统主要功能特点3、系统主要技术指标（1）读卡器有效接收范围（可调）：（0-200）m；（2）无线接收频率：2.4GHz；（3）允许被测目标最大移动速度：100Km/h；（4）通讯方式：RS485/DPSK；（5）系统容量：可达64台。KJ251-F8分站可连接1-8个动态目标读卡器；（6）通讯距离：分站到中心站不小于25Km；分站到读卡器距离不小于3Km；（7）传输速率：2400bps；（8）监测人员总数：65535个；（9）交流输入电源：127V/220V/380V/660V；分站备用电池：2小时；防爆型式：矿用隔爆兼本质安全型；（10）读卡器。9VDC-24VDC；电流：≤90mA；识别数：识别200张不同卡号。（11）标识卡。电压：3VDC；电流：≤10uA；寿命：三年以上；第六章煤矿井下人员定位系统48/212022/12/26第第六章煤矿井下人员定位系统49/212022/12/29第四节常见的煤矿井下人员定位系统简介一、KJ251煤矿井下人员定位系统二、KJ101N煤矿井下人员定位系统

第六章煤矿井下人员定位系统49/212022/12/26第第六章煤矿井下人员定位系统50/212022/12/29第四节常见的煤矿井下人员定位系统简介一、KJ251煤矿井下人员定位系统二、KJ101N煤矿井下人员定位系统

三、KT23煤矿井下人员定位系统四、KJ-241煤矿井下人员定位系统

第六章煤矿井下人员定位系统50/212022/12/26第第六章煤矿井下人员定位系统51/212022/12/29习题1、简述煤矿井下人员定位系统的装备意义。2、简述煤矿井下人员定位系统组成及工作原理。3、简述煤矿井下人员定位系统分类及装备要求。4、煤矿井下无线通讯的主要特点有哪些？5、简述射频识别系统RFID原理。6、简述射频识别系统RFID读卡器及标签的分类。7、简述选择射频识别系统RFID天线的主要参数有哪些？8、简述煤矿井下人员定位系统设计的主要要求。第六章煤矿井下人员定位系统51/212022/12/26习第六章煤矿井下人员定位系统52/212022/12/29第六章煤矿井下人员定位系统一、本章教学目的掌握煤矿井下人员定位系统的装备意义、组成及工作原理、分类；了解射频识别技术的工作原理和读卡器、标签、天线等组成部分；了解煤矿井下人员定位系统的设计要求和常见的几种煤矿井下人员定位系统等等。二、本章主要内容第一节煤矿井下人员定位系统概述第二节煤矿井下无线通讯及射频识别技术第三节煤矿井下人员定位系统设计要求第四节常见的煤矿井下人员定位系统简介

重点与难点：

1、射频识别技术的工作原理；2、射频设别系统的设计第六章煤矿井下人员定位系统1/212022/12/26第六第六章煤矿井下人员定位系统53/212022/12/29第一节概述一、煤矿井下人员定位系统的装备必要性及意义1、必要性

有利于日常井下人员管理和矿井事故发生后的井下救援工作。

《国务院关于进一步加强企业安全生产工作的通知（国发[2010]23号）》要求煤矿和非煤矿山要安装：

监测监控系统井下人员定位系统紧急避险系统压风自救系统供水施救系统通信联络系统等技术装备要求于3年之内完成。逾期未安装的，依法暂扣安全生产许可证、生产许可证。第六章煤矿井下人员定位系统2/212022/12/26第一第六章煤矿井下人员定位系统54/212022/12/29一、煤矿井下人员定位系统的装备必要性及意义2、意义

该系统能够实现对矿井人员位置、携卡人员出入井时刻、重点区域出入时刻、限制区域出入时刻、工作时间、井下和重点区域人员数量、井下人员活动路线等监测、显示、打印、存储、查询、异常报警、路径跟踪、管理等功能。能够清楚掌握每个人员在煤矿井下的位置及活动轨迹，为事故抢险提供科学依据。第一节概述第六章煤矿井下人员定位系统3/212022/12/26一、第六章煤矿井下人员定位系统55/212022/12/29

煤矿井下人员位置监测系统在遏制超定员生产、事故应急救援、领导下井带班管理、特种作业人员管理、井下作业人员考勤等方面发挥着重要作用。（1）遏制超定员生产；（2）防止人员进入危险区域；（3）及时发现未按时升井人员；（4）加强特种作业人员管理；（5）加强干部带班管理；（6）煤矿井下作业人员考勤管理；（7）应急救援与事故调查技术支持（系统有2h备用电源、标识卡电池7D）；（8）持证上岗管理；（9）具有紧急呼叫功能的系统；（10）减少工作量、提高工作效率；（11）加强企业内部之间信息共享。

第一节概述第六章煤矿井下人员定位系统4/212022/12/26第六章煤矿井下人员定位系统56/212022/12/29二、煤矿井下人员定位系统组成及工作原理1、组成：煤矿井下人员位置监测系统一般由标识卡、位置监测分站、电源箱（可与分站一体化）、传输接口、主机（含显示器）、系统软件、服务器、打印机、大屏幕、UPS电源、远程终端、网络接口、电缆和接线盒等组成。

煤矿井下人员位置监测系统组成

煤矿井下人员位置监测系统示意图第六章煤矿井下人员定位系统5/212022/12/26二、第六章煤矿井下人员定位系统57/212022/12/29

2、煤矿井下人员定位系统工作原理分站发固定频率的电磁场标识卡共振被唤醒被激活信息代码调制到载波上经卡内天线发射出分站读卡器读卡模块内部集成了无线接收电路及发生基波信号的功率输出电路它将接受到标识卡发来的识别码信息在其内部经读卡模块的解调、带通滤波整形后由输出电路输出序列串行信号它将不断地通过发射天线发出载波信号（寻找信号）读卡器采用微处理器控制，通过转换模块实现与主控机之间的信息交流第一节概述第六章煤矿井下人员定位系统6/212022/12/26第六章煤矿井下人员定位系统58/212022/12/29三、煤矿井下人员定位系统分类及装备要求1、煤矿井下人员定位系统分类1）按工作原理分：场强式、射频标签式、其他。2）按信号传输方向分：单向、半双工、全双工。3）按标识卡结构分：与矿灯一体、与手机一体、与BP机一体、帽卡、胸卡、腰卡、其他。4）按系统结构分类：独立式、与煤矿安全监控系统一体、与煤矿井下移动通信系统一体、其他。5）按标识卡供电方式分：有源卡、无源卡。6）按标识卡的工作频率分：特高频（300MHz~3GHz）、超高频（3GHz~30GHz）、其他。7）按功能分：非连续监测式、连续监测式、其他。2、煤矿井下人员定位系统装备要求第一节概述第六章煤矿井下人员定位系统7/212022/12/26三、第六章煤矿井下人员定位系统59/212022/12/29三、煤矿井下人员定位系统分类及装备要求1、煤矿井下人员定位系统分类2、煤矿井下人员定位系统装备要求（1）各个人员出入井口、采掘工作面等重点区域出/入口、盲巷等限制区域等地点应设置分站，并能满足监测携卡人员出/入井、出/入采掘工作面等重点区域、出/入盲巷等限制区域的要求。（2）巷道分支处应设置分站，并能满足监测携卡人员出/入方向的要求。巷道分支的各个巷道应设置分站或天线，以便判别携卡人员的运动方向。（3）下井人员应携带标识卡。标识卡严禁擅自拆开。（4）工作不正常的标识卡严禁使用。性能完好的标识卡总数，至少比经常下井人员的总数多10%。不固定专人使用的标识卡，性能完好的标识卡总数至少比每班最多下井人数多10%。（5）矿调度室应设置显示设备，显示井下人员位置等。（6）各个人员出入井口应设置检测标识卡工作是否正常和唯一性检测的装置，并提示携卡人员本人及有关人员。第一节概述第六章煤矿井下人员定位系统8/212022/12/26三、第六章煤矿井下人员定位系统60/212022/12/29第二节矿井下无线通讯及射频识别技术一、煤矿井下无线通讯技术1、目前常用的无线通信方式1）蓝牙技术2）红外技术3）超宽频技术（UWB）4）Wi-Fi技术(无线保真)5）Zigbee技术(蜜蜂)

蓝牙技术是全球通用的小范围无线通信技术，是近距离便携式器件之间的红外线链路（IrDA）而提出的，是低成本、短距离无线个人网络传输应用。主要目标:提供一个全世界通行的无线传输环境，通过无线电波来实现所有移动设备之间的信息传输服务。优点：蓝牙技术应用红外线收发器连接虽然能免去电线或电缆的连接；缺点：距离只限于1~2m，而且必须在视线上直接对准，中间不能有任何阻挡，同时直限于在两个设备之间进行连接，不能同时连接更多的设备。第六章煤矿井下人员定位系统9/212022/12/26第二第六章煤矿井下人员定位系统61/212022/12/29第二节矿井下无线通讯及射频识别技术一、煤矿井下无线通讯技术1、目前常用的无线通信方式1）蓝牙技术2）红外技术3）超宽频技术（UWB）4）Wi-Fi技术(无线保真)5）Zigbee技术(蜜蜂)

红外技术是一种利用红外线进行点对点通信的技术。优点：是无须申请频率使用权，因而红外通信成本低廉；体积小，功耗低，连接方便，简单易用的特点；由于数据传输率较高，因而适于传输大容量的文件和多媒体数据；红外线发射角度较小，传输安全性高。不足：它是一种视距传输，两个相互通信的设备之间必须对准，中间不能被其他物体阻隔，因而该技术只能用于两台设备之间的连接。第六章煤矿井下人员定位系统10/212022/12/26第第六章煤矿井下人员定位系统62/212022/12/29第二节矿井下无线通讯及射频识别技术一、煤矿井下无线通讯技术1、目前常用的无线通信方式1）蓝牙技术2）红外技术3）超宽频技术(UWB）4）Wi-Fi技术(无线保真)5）Zigbee技术(蜜蜂)

超宽频技术（UltraWideBand，UWB）是一种独特的、很有前景的无线通信技术。优点：该技术在时域中以纳秒级的非正旋波窄脉冲信号为载波，因而在领域中具有扁平的很宽的频谱，标准的带宽为55Mb/s，通过调频避免与其他无线信号的冲突；由于结构简单，且成本低，在家用方面很有市场。缺点：可能会成为潜在的干扰源，同时由于功率限制，传输距离短，只有10m左右的距离。第六章煤矿井下人员定位系统11/212022/12/26第第六章煤矿井下人员定位系统63/212022/12/29第二节矿井下无线通讯及射频识别技术一、煤矿井下无线通讯技术1、目前常用的无线通信方式1）蓝牙技术2）红外技术3）超宽频技术(UWB）4）Wi-Fi技术(无线保真)5）Zigbee技术(蜜蜂)

无线保真:(Wi-Fi（wirelessfidelity，）即802.11b/g标准工作在2.4GHz的频带，采用CCK调制技术，传输速率最高分别可达到11Mbit/s和54Mbit/s。Wi-Fi是由AP（AccessPoint，无线访问节点）和无线网卡组成的无线网络。优点：速度快，可靠性高，在开放性区域，通讯距离可达305m，在封闭性区域，通讯距离为76m到122m，方便与现有的有线以太网络整合；可移动性、价格低廉。第六章煤矿井下人员定位系统12/212022/12/26第第六章煤矿井下人员定位系统64/212022/12/29第二节矿井下无线通讯及射频识别技术一、煤矿井下无线通讯技术1、目前常用的无线通信方式1）蓝牙技术2）红外技术3）超宽频技术(UWB）4）Wi-Fi技术(无线保真)5）Zigbee技术(蜜蜂)

基于IEEE802.15.4协议规定的ZigBee技术是一种新兴的无线通信技术：蜜蜂（bee）+“嗡嗡”（zig）优点：近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率（工作速率大约为20~250kb/s）、低成本（不到蓝牙的1/10）、安全（提供了三级安全模式）以及自动动态组网与自主路由。主要适合用于自动控制和远程控制领域，支持地理定位功能，它是一种介于无线标记技术和蓝牙技术之间的技术方案，可以嵌入许多其它的设备。第六章煤矿井下人员定位系统13/212022/12/26第第六章煤矿井下人员定位系统65/212022/12/292、影响煤矿井下定位的主要因素（1）多径传播（2）多址干扰（3）信号同步误差

第二节矿井下无线通讯及射频识别技术无线信号的多径传播现象会使得基于角度和时间的定位方法产生较大的误差，主要原因是多径传播会对测量代表收发双方实际距离和方位的直射路径（LOS）信号的角度和时延产生较大的干扰第六章煤矿井下人员定位系统14/212022/12/262第六章煤矿井下人员定位系统66/212022/12/292、影响煤矿井下定位的主要因素（1）多径传播（2）多址干扰（3）信号同步误差

第二节矿井下无线通讯及射频识别技术多址干扰是影响系统性能和容量的主要因素，当对定位信号进行测量时，多址干扰的存在仍然会对测量结果产生较大的干扰。但是目前大多数效果较好的多用户检测算法，当用户数量较多时，其运算量非常大，实现较为困难。在进行TOA估计(TOA估计通常是以检测首达路径DP(DirectPath)来获得传播时延)的过程中，信号时间延迟的估计精度与估计过程中参考信号和接收信号之间的同步程度有关，即检测到的信号峰值是否为真正的峰值点，特别是对于多径传播环境下，如何在相关波形中获取较好的相关峰值点很重要。当接收信号和参考信号的同步较差时，会展宽相关波形，同时会出现较为严重的旁瓣，这些对TOA估计的影响很大。因此，在设计人员定位系统之前必须对巷道内无线通讯环境进行分析。第六章煤矿井下人员定位系统15/212022/12/262第六章煤矿井下人员定位系统67/212022/12/293、煤矿井下无线通讯特点（1）衰减与频率的关系（2）衰减与曲率的关系（3）巷道半径对无线传输的影响（4）衰减与粗糙度、倾斜度的关系（5）接收点有用信号十分微弱（6）井下环境机电噪声干扰严重第二节矿井下无线通讯及射频识别技术第六章煤矿井下人员定位系统16/212022/12/263第六章煤矿井下人员定位系统68/212022/12/29名称甚低频低频中频高频甚高频超高频特高频极高频符号VLFLFMFHFVHFUHFSHFEHF频率3-30KHz30-300KHz0.3-3MHz3-30MHz30-300MHz0.3-3GHz3-30GHz30-300GHz波段超长波长波中波短波米波分米波厘米波毫米波波长1KKm-100Km10Km-1Km1Km-100m100m-10m10m-1m1m-0.1m10cm-1cm10mm-1mm传播特性空间波为主地波为主地波与天波天波与地波空间波空间波空间波空间波主要用途海岸潜艇通信；远距离通信；超远距离导航越洋通信；中距离通信；地下岩层通信；远距离导航船用通信；业余无线电通信；移动通信；中距离导航远距离短波通信；国际定点通信电离层散射；流星余迹通信；人造电离层通信；对空间飞行体通信；移动通信小容量微波中继通信；对流层散射通信；中容量微波通信大容量微波中继通信；数字通信；卫星通信；国际海事卫星通信再入大气层时的通信；波导通信中国无线电频率划分及主要用途

第二节矿井下无线通讯及射频识别技术第六章煤矿井下人员定位系统17/212022/12/26名第六章煤矿井下人员定位系统69/212022/12/29二、射频识别技术简介1、射频识别技术概念

1）射频的定义射频:就是射频电流，高频交流变化电磁波的简称，<1000次/s的交流电称为低频电流，>10000次/s的称为高频电流，而射频就是这样一种高频电流。电磁波:交变电流通过导体，导体周围会形成交变的电磁场，被称为电磁波。在电磁波频率低于100kHz时，电磁波会被地表吸收，不会形成有效的传输，但电磁波频率高于100kHz时，电磁波可以在空气中传播，并经大气层外缘的电离层反射，形成远距离传输能力，把远距离传输能力的高频电流称为射频。第二节矿井下无线通讯及射频识别技术第六章煤矿井下人员定位系统18/212022/12/26二第六章煤矿井下人员定位系统70/212022/12/29二、射频识别技术简介1、射频识别技术概念1）射频的定义2）射频识别技术射频识别技术是自动识别技术(90/20)，利用无线射频方式进行非接触通信，以达到自动识别目标对象的目的并获得相关数据的自动传输识别技术。识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣的环境。第二节矿井下无线通讯及射频识别技术最早用于通讯控制、高速公路、桥梁的自动收费以及安全领域。以前，由于成本过高，影响了其向更广的领域拓展。现在，随着大规模集成电路制造工艺的不断提高，芯片集成度越来越高，功能越来越强，元器件封装不断减小，使得射频识别系统的成本大大降低，体积也大大减小，真正进入到实用化阶段，