基于RFID/Wi—Fi技术的矿井机车监控与管理系统

提出基于RFID/Wi—Fi矿井机车监控管理系统的技术。射频识别技术具有通信速度高、抗干扰能力强、保密性强、远距离、高速移动物体识别等技术优势，能够适应复杂恶劣的地下作业环境。利用WIFI无线局域网进行数据传输，节省电缆，减少线路安装和维护工作量。管理中心数据库分析统计信息，实现机车和T人员的运行管理，提高地下机车运输管理效率。

1、煤矿机车管理系统原理

1.1RFID技术

RFlD无线射频识别是一种非接触式自动识别射频技术，通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，无需人工干预识别工作。RND该系统由阅读器、天线和标签组成。阅读器主要阅读电子标签信息；天线负责在标签和阅读器之间传输射频信号；标签由耦合元件和芯片组成RFID标签具有附着在物体标识目标对象上的唯一电子编码。RFID主要特点有：

(1)RFID该技术实现了标签的快速扫描和元屏障阅读。它的读写范围为3600，读写距离可达几十米，可识别高速运动物体的电子标签，并可在中间间隔玩忽职守。

(2)RFID标签携带电子信息，不仅提高了标签的抗污染性和抗破坏性，而且大大提高了R数据的记忆容量。此外，可写入芯片可以多次写入数据，并根据需要更改电子芯片中的信息。

矿井机车监控管理系统的应用鉴于矿井运输环境恶劣、障碍多的特点RFID远距离射频识别技术，准确、实时地记录机车和运输人员T信息，返回地面管理中心，使调度人员能够了解地下机车运输的动态。

1.2Wi—Fi技术

wi—Fi又称为802.1ib标准，使用2.4GHz最大传输速率为54bit/s，传输速率可根据信号强度调整为5.5bit/s、2bit/s及lbit/s。在2.4GHz及5GHz频段免许可。其主要特点是：速度快，_日r靠性高，在开放区域，通信距离可达305m，与现有的有线以太网集成方便，组嘲成本较低。网络系统主要包括无线网站，AP节点和网络服务器、网站和节点问题可以实现级联连接或建立局域网，网站可以实现Hub所有功能。

在矿井机车监控管理系统中WIH无线网络和TCP/IP以矿井T行业以太环网为整个系统的传输平台，以协议为基本架构，形成有线主干与特殊终端相结合的方式，覆盖矿井轨道区域。利用WIFI网络技术具有传输速率高、接入时间短、无线传输等技术优势RFID实时传输数据，快速建立连接，无链延迟。

2、系统原理

2.1系统实现

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

根据现场具体需要，在井下车场、各分支鉴定入口、煤仓、重要轨道段设置一定数量的阅读器。每辆机车上都有一辆车RFID标签，当标签进入时RFID)读写天线范围后，标签接收解读器发出的射频信号，通过感应电流获得的能量发送存储在芯片中的信息。RFID读写器读取信息后，通过Rs数据传输到485接口WIFI无线数据传输终端，数据通过无线局域}。4传输到工业以太网，通过主干网传输到管理中心服务器。这样，中央站主机的数据库可以通过分析收集的数据来判断矿山机车和操作人员的具体信息（如：谁、住在哪里、具体时间），并在管理中心的大屏幕或计算机显示屏上显示，并进行备份。管理者可以根据大屏幕或计算机上的分布示意查看一个区域，计算机会统计并显示该区域的人员情况。管理中心数据库管理系统自动牛成机车运输及人员操作统计表，实现机车及人员操作管理。

2.2系统设计

2.2.1硬件设计

硬件包括信息存储、采集和传输设备，是地下实时动态信息传输到管理中心监控和管理机车的基础。

（1）电子芯片。机车的基本信息存储在电子芯片中，包括机车的类型、编号、维护记录、名称、年龄、性别、团队、职位、有效期等。RFID电子标签安装在每辆机车上。由于电子芯片中的信息必须随机车辆和工作人员属性的变化而变化，因此可写入式芯片用于改变芯片中的数据。

(2)阅读器。安装地下车场、各分支巷道入口和重要路段RFIDL台阅读器同时安装在采区煤仓。对每个阅读器设置不同的设置ID在系统数据库中建立编号ID数据库与阅读器相匹配。各阅读器的读取距离需要根据矿区现场调试。阅读器的读取范式为10m为准。长距离不仅需要增加阅读器的功率，还可能导致多个阅读器同时读取电子芯片，导致定位不准确。

(3)通信模块。每个阅读器配备一个WIFI无线数据传输终端。通过无线将每个读者获得的人员信息和机车信息传输到井下以太环网。

无线传输网络为IEEE802.1lg2.物理层标准.4GHz无线频率。数据链路层MAC子层采用载波侦听多点接人/冲突避免(CSMA/CA)媒体访问控制(MAC)协议。

采用与有线连接的部分IEEE802.3标准，由于节点兼顾尤线和有线，需要支持802.3。802.3描述r物理层和数据链路层MAC子层的实现方法在各种物理媒体中以各种速度使用CSMA/CD访问模式扩展了高速以太网标准所述的实现方法。

2.2.2软件设计

通过计算机软件计算，从矿井中收集的机车信息实现了机车的定位功能、机车运行管理功能和人员管理功能。

(1)机车定位。阅读器收集通过机车电子标签的信息在某个时刻返回ID服务器查找和编号ID数据库与编号相匹配，确定阅读器的区段，确定机车的具体位置。同时，在数据库中，建市定位读头表，记录读头表ID建立巷道节点表；记录节点坐标值；建市路由表。记录读头到相邻读头的节点ID以及节点的坐标值，系统根据这些数据描述地下工作车辆的行动轨迹。

（2）机车运行管理。通过分析机车进出采区煤仓的时间，服务器可以统计每辆机车的运输次数，也可以根据不同的时间段进行统计，并根据统计生成班级报告、月度报告和季度报告。根据机车的维护记录和维护年限，判断机车是否需要维护。

（3）工作人员的操作管理。本部分工作由数据库管理系统自动完成，主要包括：登记工作面、工作时间信息、工作组、工作机车，自动生成考勤统计和报告。

3.数据库管理系统

矿井机车监控管理数据库MicmmftVisualstudio采用2005开发平台MicrosoftSQLServer以2000为基础的数据库管理系统NetFramework组件技术，提高开发效率，使系统易于维护和扩展。在系统功能分析的基础上，设置系统功能模块。采矿机车监控管理系统数据库设计为三层分布式结构。数据管理系统根据矿区机车管理的需要，设计了七个功能，使管理者能够监控地下机车的运行，做出决策，生成相关的运行统计表。

数据库的功能如下：

(1)显示机车上下井、进出采区煤仓的时间。

(2)实时查询一辆或多辆机车的地下实际位置。

(3)记录机车在任何地方的到/离时间和总滞留时间，并报警超时滞留机车。

(4)查询地下轨道占用情况，警告可能发生冲突的轨道区域。

(5)生成机车运载次数统计表。

(6)建屯机车使用维修数据库。

(7)生成员工出勤和工作量统计表。

4、结语

通过该系统，我们可以清楚地了解全矿各机车的运动轨迹，并统计机车的运输次数和工作人员的操作。利用WIN无线局域网进行数据传输，节省电缆，减少线路维护工作量。基于经济效益RFID/Wi—Fi矿井机车监控管理系统降低了施工、维护和管理成本，提高了地下运输管理效率。从社会效益的角度来看，该系统可以实时反映机车的地下位置，方便调度人员的监督和控制，提高地下运输的安全性。