基于RFID和Wi-Fi技术的矿井机车管理系统

1 煤矿机车管理系统原理

1.1 RFID技术

RFlD无线射频识别是一种非接触式的自动识别射频技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预。RND系统主要南阅读器、天线和标签组成。其中阅读器主要读取电子标签信息;天线负责在标签和阅读器间传递射频信号;标签是由耦合元件及芯片组成，每个RFID标签具有唯一的电子编码，附着在物体标识目标对象。RFID的主要特点有：

(1)RFID技术实现了对标签的快速扫描和元屏障阅读。

它的读写范围以达到3600，读写距离可以达到几十米，可识别高速运动物体电子标签，并且在中间隔有物体的情况下也能对其进行渎取。

(2)RFID标签承载的是电子式信息，不仅提高了标签的抗污染和抗破坏的能力，还大大增加r数据的记忆容量，并且可写入式芯片可多次写入数据，可根据需要改变电子芯片中的信息。

针对矿井运输井下环境恶劣、障碍多的特点，矿井机车监控与管理系统运用RND的远距离射频识别技术，准确实时记录机车和运输工作人员T作信息，返回到地面管理中心，使调度人员能了解井下机车运输的动态。

1.2 Wi—Fi技术

wi—Fi(Wirelessviaii忉又称为802.1ib标准，使用2.4GHz直接序列扩频，最大传输速率为54bit/s，并可根据信号强弱把传输速率调整为5.5bit/s、2bit/s及lbit/s。在2.4GHz及5GHz频段上免许可。其主要特性为：速度快，_日r靠性高，在开放性区域，通讯距离可达305m，方便与现有的有线以太网络整合，组嘲的成本更低。组网系统主要包括无线站点、AP节点及网络服务器，站点和节点问可以实现级联连接或组建局域网，站点可以实现Hub的所有功能。

在矿井机车监控与管理系统中，以WIH无线网络和TCP/IP协议为基本架构，以矿井T业以太环网为整个系统的传输平台，形成有线主干与尢线终端相结合的方式，覆盖矿井轨道区域。利用WIFI网络技术所具有的传输速率高、接入时间短、无线传输等技术优点，能够为车辆RFID数据提供实时传输，快速建立连接，无建链时延。

2 系统原理

2.1 系统实现

系统由车载/RFID标签、阅读器、wIn网络模块、工业以太网和管理数据库系统组成，如图1所示。

图1 矿井机车监控与管理系统原理图

在井下车场、各分支鉴道入口和煤仓以及重要轨道区段处根据现场具体需要设置一定数量的阅读器。每辆机车上装有一个车载RFID标签，当标签进入RFII)读写天线的范围后，标签接收解读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中存储的信息。RFID读写器读取信息后，通过Rs485接口将数据传至WIFI无线数据传输终端，数据通过无线局域}。4传至T业以太网，经主干网传到管理中心服务器。这样中心站主机的数据库通过分析采集的数据就可判断出矿井机车和作业人员具体信息(如：是谁，住哪个位置，具体时间)，同时可把它显示在管理中心的大屏幕或电脑显示屏上，并做好备份。管理者可以根据大屏幕上或电脑上的分布示意周查看某一区域，计算机会把这一区域的人员情况统计并显示出来。管理中心数据库管理系统自动牛成机车的运输和工作人员的作业统计表，实现对机车和人员的作业管理。

2.2 系统设计

2.2.1 硬件设计

硬件包括信息储存、采集和传输设备，是实现井下的实时动态信息传输到管理中心对机车进行监控与管理的基础。

(1)电子芯片。电子芯片中储存机车的基本信息，包括机车类型、编号、维修记录，还有与之对应机车丁作人员的姓名、年龄、性别、所属班组、职务、有效期等。将RFID电子标签安装在各台机车上。由于电子芯片中信息须随机车和工作人员属性的变化而改变，设计时采用可写入式芯片，便于芯片中数据的改变。

(2)阅读器。井下车场、各分支巷道入口以及重要路段处安装RFID阅读器，同时在采区煤仓装有l台阅读器。对每个阅读器设置不同的ID编号，在系统数据库中建立一个ID编号与阅读器匹配的数据库。安装完成后，需要根据矿区现场调试各个阅读器的读取距离。阅读器的读取范同以10m为准。距离过长不仅需要增加阅读器的功率，也可能造成多个阅读器同时读取一个电子芯片的情况，使定位失准。

(3)通信模块。每台阅读器配有一个WIFI无线数据传输终端。将每一个阅读器获取的工作人员信息和机车信息通过无线传输至井下以太环网。

无线传输网络为IEEE802.1lg标准，在物理层采用2.4GHz的无线频率。在数据链路层的MAC子层，使用“载波侦听多点接人/冲突避免(CSMA/CA)”媒体访问控制(MAC)协议。

与有线连接部分采用了IEEE802.3标准，因为节点是尤线和有线兼顾，所以需要支持802.3。802.3描述r