1、射頻技術在煤礦人員定位系統上的應用高宇(長春工業大學機電學院,吉林長春130012摘要:介紹了一種基于MSP430系列單片機和無線收發芯片nRF2401/nRF2402組成的可移動RFID 無線射頻技術在煤礦人員定位系統上的應用。主要針對射頻識別系統進行軟硬件設計,射頻識別系統包括標識卡和讀卡分站,標識卡內存數據以調幅的形式發射給讀卡分站,讀卡分站將數據接收并還原傳輸到地面電腦進行了設計。關鍵詞:RFID ;無線;射頻;MSP430;nRF2401中圖分類號:TD76文獻標識碼:B文章編號:1003496X (201012006403煤礦井下人員跟蹤定位管理系統是集計算機軟硬件、信息采集處理、

2、無線數據傳輸、網絡數據通訊、自動控制等技術多學科綜合應用為一體的自動識別信息技術產品。RFID 無線射頻技術是通過對煤礦井下巷道內遠距離移動目標進行非接觸式信息采集處理,實現對人、車、物在不同狀態下的自動識別從而實現目標的自動化管理。1系統組成及功能11系統組成系統主要由地面設備和井下設備2部分組成。地面設備包括計算機、打印機、信息傳輸接口和線路避雷器等;井下由讀卡分站、標識卡、電纜組成。信息傳輸接口的作用是既與計算機通訊,還和讀卡分站通訊。線路避雷器的作用是防止地面通訊線路被雷擊后,損壞系統設備。井下讀卡分站的作用是,接收攜卡人員的信號,并傳到地面。標識卡具有唯一編號,每人各攜帶1個。系統組

3、成框圖如圖1 。圖1系統組成框圖12系統主要功能(1實時井下人員動態顯示功能。查詢人員姓名,實時查詢某區域人員數量;記錄有關人員考勤,可以督促和落實重要巡查人員是否按時、到點的進行實地查看,或進行各項數據的檢測和處理。(2豐富的地圖功能。具有放大、縮小、移動、標尺測距、視野控制、中心移動、土層控制、地圖打印等功能。(3禁區報警功能。對于指定的禁區,如果有人員進入,實時聲音報警,并顯示進入禁區的人員。(4人員軌跡查詢。可查找某個人在某個時間段內所經歷的路徑,并在圖中畫出線路軌跡。(5豐富的人員下井考勤能力。可對出入井人員進行統計,實現下井人員考勤記錄,建立人員出入井的各種信息報表(如:下井時間報

4、表、出勤月報表、加班報表、缺勤報表等等。(6災后急救信息。一旦發生各類事故,煤礦下工作人員按下報警案件使系統進入緊急報警狀態。進入緊急報警狀態后,讀卡分站蜂鳴器響,上位機上顯示出事故地點的人員數量等信息,大大提高搶險效率和救護效果。(7射頻標識卡的雙向通信。一旦煤礦工作人員被困井下后,上位機可通過讀卡分站與標識卡進行通信,使標識卡能夠具有接受信號的功能,以便于營救被困人員。(8標識卡采用跳頻點或者固定頻點頻率實現可靠的全/半雙工通信。2無線標識卡無線標識卡由單片機(MSP430F1101A 和無線·46·煤礦安全(Total 434技術經驗發送芯片(nRF2402構成,它是

5、1種有源射頻標識卡,采用本安電路設計,最大特點是多個標識卡可在較大的范圍內同時被識別。無線識別卡使用的是由挪威NORDIC 公司出品的nRF2402芯片,功耗非常低,以5dBm 的功率發射時,工作電流只有105mA ,接收時工作電流只有18mA 。無線標識卡原理框圖如圖2 。圖2無線標識卡原理框圖根據nRF2401/2402的Datasheet ,其發射功率為0dBm ,接收靈敏度在數據傳輸率為250kbps 時為90dBm ,在1Mbps 時為80dBm 。傳輸率為250kbps 和1Mbps 時的通信距離可按下式計算:Los =3244+20lg d +20lg f(1式(1即為自由空間下

6、電波傳播的損耗公式。式中,Los 為傳輸損耗,dB ;d 為傳輸距離,km ;f 為工作頻率,MHz 。發射功率0dBm ,接收靈敏度80dBm ,Los =80dBm ,將Los =80dBm 和f =2400MHz 代入式(1,計算通信距離d =01km =100m 。考慮各種干擾,可以得出室內傳輸距離在30 40m 。3讀卡分站無線讀卡分站由單片機(MSP430F133、無線接收器(nRF2401、時鐘芯片(PCF8563、數據存儲器(24C256構成。它是一種射頻電子標識卡的識別設備。讀卡分站電路原理框圖如圖3 。圖3讀卡分站電路原理框圖無線讀卡分站電路以24GHz 射頻電路和高性能C

7、PU 為核心,24GHz 射頻電路集成了藍牙物理層和高級數據鏈協議,CPU 采用TI 系列功能強大的16位超低功耗單片機,無線讀卡分站電路自動識別無線標識卡的ID 號并產生中斷,CPU 讀取ID 后,使用實時芯片(PCF8563讀取系統時間,通過I2C 總線數據傳送協議,傳給數據存儲器24C256實現永久記憶和上傳上位機顯示。4讀卡分站的軟件設計系統在軟件設計上采用模塊化設計,具體可分為如下子模塊:初始化模塊、系統設置模塊、自檢模塊、數據壓縮、發送模塊、接收模塊等。讀卡分站上電后,單片機程序首先從單片機內部集成的EEPROM 中讀取系統設置的信息。地址為0的字節S (System Byte 記

8、錄了整個系統的狀態。主板帶有JTAG 接口,可通過并口下載電纜將最新的程序寫入系統進行升級。對每1臺讀卡分站的nRF2401芯片設置“地址”,當標識卡nRF2402發送的數據包中的地址與讀卡分站nRF2401中設置的地址一致時,數據才被接收。井下人員攜帶的標識卡每隔400ms 主動發射24GHz GFSK 射頻信號,讀卡分站接收并傳到地面主機。圖4讀卡分站程序流程圖 。圖4讀卡分站程序流程圖·56·技術經驗煤礦安全(201012復合頂板開切眼高強度錨桿支護技術李承軍1,2,朱守頌1,姜光1(1中國礦業大學礦業工程學院,江蘇徐州221008;2安徽恒源煤電股份有限公司恒源煤礦

9、,安徽淮北235162摘要:為了解決恒源煤礦6119工作面開切眼跨度大、復合頂板下沿空掘巷支護問題,在保證上覆圍巖整體結構穩定的基礎上,采用高強度錨桿加強對頂板圍巖及沿空煤柱的控制,確定了合理的支護參數。實驗結果表明,通過高強度錨桿有效保證了頂板圍巖與煤柱的穩定,頂板離層不大,支護效果好。關鍵詞:開切眼;復合頂板;沿空掘巷;高強錨桿中圖分類號:TD353+6文獻標識碼:B文章編號:1003496X(2010120066030引言錨桿支護的主動、及時支護與棚式支架被動支護相比,顯著的提高了巷道支護效果,其中,錨桿支護在工作面開切眼中的應用,加快了工作面設備的安裝速度,簡化了工作面端頭的支護工藝,

10、為工作面的順利回采提供了保障12。恒源煤礦由于前期巷道布置原因,6119工作面開切眼為沿空巷道,頂板壓力顯現比較明顯,且煤層頂底板巖層發育一定程度的離層裂隙,進一步增加了頂板管理的難度。因此選擇合理的支護形式及參數,對減少礦壓對頂板造成的危害,實現工作面的安全回采起到了重要的作用34。1工程概況6119工作面位于600m水平,傾斜長1160 m,走向寬142m,該工作面開切眼與6516工作面采空區相鄰,屬大跨度沿空掘巷施工,巷道布置如圖1。開切眼所處的6煤層為結構簡單、穩定的中厚煤層,煤層傾角平均約7,平均煤厚281m,在煤層上05 10m的泥巖中,發育一層或數層煤線形成的復合頂板,極易發生離

11、層。頂底板情況見表1。根據煤層賦存條件,開切眼斷面設計為斜矩形斷面,掘進斷面寬度64m,高幫30m,低幫24 m,走向長度142m,采用機掘二次成巷的掘進方式檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶。5結語煤礦事故比較頻繁,因此從國家到地方各級領導都十分重視煤礦的安全生產和下井人員的管理。但如何迅速尋找災后井下被困人員也是一個亟待解決的問題,RFID射頻技術很好地解決了人員定位問題,通過該技術能及時、準確的將井下各個區域人員及設備的動態情況反映到地面計算機系統,使管理人員能夠隨時掌握井下人員、設備的分布狀況和每個礦工的運動軌跡,以便于進行更加合理的調度管理。當事故發生時,救援人員也可根據煤礦人員管理系統所提供的數據、圖形,迅速了解有關人員的位置情況,及時采取相應的救援措施,提高應急救援工作的效率。因此該技術在煤礦人員管理系統中必將起到重要作用。參考文獻:1秦龍MSP430單片機應用系統開發典型實例M北京:中國電力出版社,2005:971032寧煥生,張彥RFID產品研發及生產關鍵技術M北