基于rfid的井下人员定位系统研究.doc

-53-本科毕业设计(论文)题目：基于RFID的井下人员定位系统研究课题类型：设计√实验研究□论文□开题时间：2011年3月15日·2011年3月18日摘要安全生产、保障矿工的生命安全是煤炭行业永恒的主题，研制新型的煤矿井下人员定位系统是保证井下工作人员安全、实现快速救援的重要手段。现有的矿井安全监测监控系统是灾前预警系统，监测对象主要是环境安全参数、生产过程及生产工艺监测，不能实现井下工作人员的定位。矿井下员工的具体位置与分布情况等重要数据不能及时传到井上监制中心，这些都是矿难事故频发而营救效率十分低下的症结所在。因此，建立一套完善的煤矿井下人员定位系统具有重大现实意义。论文首先分析了目前我国矿井生产中的安全管理现状，根据矿井特殊的生产环境结合射频识别技术原理提出了系统的功能要求、技术参数和整体结构，确定了本设计的总体方案:然后重点论述了系统中数据采集站与标签的硬件设计，给出了系统的管理软件和应用程序的流程图;最后讨论了系统的调试及抗干扰措施。另外，论文还对频识别技术的工作原理、防冲突策略以及其在井下人员定位系统中的可靠应用展开深入的研究，并与其他多项自动识别技术(如条码、磁卡、IC卡)进行了对比分析。RFID技术具有无接触、距离远、同时可识别多个电子标签、抗恶劣环境工作能力强等特点，符合矿井下工作环境的要求。针对人员定位系统通信网络的选择上，论文对现有工业现场常见技术，包括RS-485总线、工业以太网、CAN现场总线、基金会现场总线(FF，FUNDATIONFIELDBUS)和PROFIBUS现场总线进行了对比，认为CAN现场总线在性能、协议、抗干扰以及成本上都具有一定的优势。根据该系统实时性、可靠性等要求，并且数据量较小的特点，提出应用CAN总线技术构建人员定位系统的数据传输网络。在以上基础上，论文提出了一套基于RFID与CAN总线技术的煤矿井人员定位系统解决方案，对方案的系统构架、设计框图、硬件原理以及软件实现进行了详尽的描述。最终并完成了监控节点硬件、电子标签软件、监控节点软件等设计。本文主要完成井下网络部分的硬件设计，主要包括井下主要传输途径的选择，井下监测分站的硬件设计，井下网络与地面网络的通信接口的设计，经实验测试证明，本系统完全可以应用到煤矿满足井下人员跟踪定位的要求。这套系统的创新在于综合应用了射频识别技术、计算机通信以及CAN总线技术等多项先进的技术，来实现对矿井的自动监控与定位。而且系统可扩展性强，使用灵活。例如根据实际需要对处理器中的程序做不同的修改;也可以添加更多的功能模块对系统做不同的扩充，实现语音、短信等功能。可以说在该系统的基础上设计其它RFID系统完全没有问题。例如高速公路收费的车载RFID系统，电子门锁防盗装置等需要信息识别的场合。关键词：RFID阅读器电子标签CAN总线防冲突目录摘要-2-引言-5-第一章绪论-6-1.1课题的提出-6-1.2选题的意义-7-1.3国内外研究现状-8-1.3.1国外研究现状-8-1.3.2国内研究现状-8-1.4发展趋势-9-1.5存在的主要问题-10-1.6目前研究热点-11-1.7论文的研究任务和工作-12-1.8论文的结构安排-13-第二章总体方案设计-14-2.1确定总体结构方案-14-2.2工作流程-14-2.3主要研究任务-16-第三章RFID技术研究-17-3．1概述-17-3.3RFID系统的组成-19-3．4阅读器-19-3.5电子标签-20-3.5.1技术标准-20-3.5.2标签成本-21-3.5.3有源与无源标签的选取-21-3.5.4工作频率的选择-22-3.5．5电子标签的选型-23-3.6RFID天线研究-24-3.7防冲突技术研究-24-3.8安全与隐私问题-26-第四章井下部分设计-27-4.1电子标签的设计-27-4.1.1电子标签基本参数的确定-27-4.1.2标签的硬件设计-28-4.1.3电子标签软件设计-34-4.1.4电子标签软件程序调试-35-4.2阅读器的设计-35-4.2.1阅读器的硬件设计-36-4.2.2阅读器的软件设计-36-第五章井上部分设计-38-5.1管理系统软件的设计-38-5.2通信协议-39-第六章系统的抗干扰-41-6.1干扰源-41-6.1.1应用系统自身干扰源-41-6.1.2电磁干扰源-41-6.1.3供电系统干扰源-41-6.2抗干扰的硬件措施-41-6.2.1电磁干扰的抑制措施-42-6.2.2过程通道干扰的抑制-42-6.2.3印制电路板的抗干扰-42-6.3抗干扰的软件措施-43-6.3.1插入空操作指令-43-6.4“看门狗”技术-43-结论与展望-45-6.1总结-45-6.2展望-45-致谢-47-参考文献-48-附录-49-引言我国矿井地质情况复杂，危险性事故频频