RFID技術在煤礦井下人員定位系統中的研究

高永峰 吳房勝 于進杰

（1.淮南礦業集團，安徽 淮南 232007；2.安徽工商職業學院，安徽 合肥 231131；3.中國人民解放軍裝甲兵學院，安徽 蚌埠 233000）

0 引言

井下人員定位系統，可對煤礦井下人員進行實時定位與跟蹤，隨時了解每個工作人員在井下的位置與活動路徑。一旦發生突發情況，可立即從監控電腦上查詢事故現場人員的遇險撤退線路、被困人員數量、位置分布情況等信息，為事故搶險提供科學依據，減少人員傷亡的發生。

1 系統總體結構

本文設計的井下人員定位系統，每位井下工作人員分發唯一的與之對應的RFID 電子標簽卡，并要求工作人員必須隨身佩帶，電子標簽卡隨著工作人員的運動連續地發射電磁波信號。在井下入口、各個巷道、作業面的每個交叉巷道口等一些需要監控的重要位置安裝一些讀卡器檢測站點。讀卡器監測站點檢測每個員工的身份碼信息的電子標簽，再將電子標簽的標號，以及其讀卡器編號一并經工業總線網絡傳輸到地表的上位機上面。

上位機監控軟件通過Visual Basic 6.0 軟件進行開發，自動采集井下工作人員經過的時間、地點等信息，參照預先制作的讀卡器安裝位置圖以及開采面地圖就能夠確定井下工作人員所處的位置。如果員工遠離讀卡器信號覆蓋的區域時，讀卡器講不再檢測到員工攜帶的電子標簽信號，上位機如果沒有收到該讀卡器信號，則說明該工作人員已經遠離該區域，暫時還沒有走進其他讀卡器的信號覆蓋的區域內。

一段時間以后，一旦該井下工作人員出現在其他讀卡器的信號覆蓋的區域內，則可判定出該井下人員的活動路徑，對煤礦的安全生產起到舉足輕重的作用。系統的總體設計如圖1 所示。

圖1 系統總體設計圖

2 硬件電路設計

本系統硬件電路中，標識卡的設計是比較重要的是，標識卡是載有唯一能被識別的信息的載體，卡片發給員工后，在地表監控主機的數據庫內創建該卡片內的唯一信息，該信息與標識卡攜帶人員的身份是一一對應的關系。

本系統采用nRF2401 作為無線收發芯片，nRF2401 為單片射頻的收發芯片，工作頻率為2.4～2.5GHz，nRF2401 能應用在多種無線通信的場合，如無線雙向數據傳輸裝置、遙控玩具、遙控開鎖、無線鼠標等，nRF2401 的電路圖如圖2 所示。

圖2 nRF2401 的電路圖

單片機主控模塊主要負責控制數據的收發與監測，本系統利用宏晶公司生產的STC11F02E 進行設計。STC11F02E 單片機是STC 公司生產的單時鐘/機器周期的單片機，指令代碼全部兼容傳統8051 單片機，速度比51 單片機快8-12 倍。該單片機內部集成高可靠復位電路，針對高速通信、智能控制、強抗干擾場合非常實用，STC11F02E 單片機電路如圖3 所示。

圖3 STC11F02E 單片機電路

3 地面監控系統

地面監控軟件部分主要為應用層，應用層是物聯網和用戶的接口，它與行業需求相結合，實現井下人員監控的智能應用。系統的監控軟件開發工具采用Visual Basic 6.0開發的，該軟件是集信息處理與數據采集的一種綜合管理系統，后臺通過SQL Server 2005 數據庫處理數據，運行平臺適用于Microsoft Windows 2005 Server/XP/2003 等操作系統。上位機監控軟件包括系統設置、考勤管理、統計分析、系統維護、實時定位、地圖維護等六個部分。

該系統主要功能包括煤礦井下人員位置識別與跟蹤、超員報警、超時報警、人員考勤、人員救援指揮、人員情況統計與限制區報警。讀卡分站、識別卡均能夠在有瓦斯、粉塵等易燃易爆性氣體的煤礦礦井中運行，該系統的主要功能圖如圖4 所示。

圖4 主要功能圖

4 人員定位監測

通過監控軟件的設計，在人員實時監控窗體中，有實時定位跟蹤、下井人員顯示、歷史定位跟蹤、井下人員分布、下井干部顯示五個按鈕，點擊該五個按鈕中的一個，即可進入相應窗體，其中人員實時監控中的實時定位跟蹤窗體如圖5 所示。

圖5 實時定位跟蹤窗體

5 總結

通過Visual Basic6.0 軟件設計了本系統的上位機監控顯示界面，并給出井下人員實時檢測、報警處理、考勤報表、歷史數據查詢、人員管理中部分窗體的圖形設計界面。完成了RFID 在煤礦生產中的應用，對我國煤礦的安全生產提供了及時可靠的信息查詢、監控與定位等功能，以信息化手段增強了煤礦的安全生產效率。解決了一旦發生煤礦安全事故后，無法準確、快速的獲取事故發生地點的精確位置，不能對被困人員實施有效的搶險救援任務的問題。