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基于RFID的井下人员跟踪定位系统研究

作者:王璐 秦汝祥  
评论: 更新日期:2011年02月10日

 [摘要]  介绍了射频识别技术的主要特点和工作原理,采用射频识别系统能够对井下人员进行识别,利用计算机网络进行数据采集、传送。该系统一方面实现了井下人员的考勤,另一方面能够对事故中人员定位 ,实现快速救援。
[关键词]  RFID;射频识别卡;读卡器;定位

引言

    矿井危险性事故时有发生,井下地形复杂给人员撤离和事故抢救带来极大困难。若能及早确定井下人员所处的位置,会给营救工作带来极大方便、节省时间,将人员损失减少到最小。
    现有的识别技术,无论是IC卡、手纹识别技术还是红外线编码识别技术只能实现简单的人员考勤,无法很好解决对多个移动的物体和人员进行快速识别和跟踪。采用目前国际上正在发展中的自动识别技术,对井下人员、设备进行跟踪定位在一定程度上能够保障人员生命安全、减少国家财产的损失。

1  射频识别技术及主要特点

    射频识别技术(RFID,即Radio Frequency I—dentification)是从八十年代起走向成熟的一项自动识别技术。它利用射频方式进行非接触双向通信,实现人们对各类物体或设备(人员、物品)在不同状态(移动或静止)下的识别和数据交换。与同期或早期的接触式识别技术不同,RFID系统的射频识别卡和读卡器之间不用接触就可完成识别。它具有以下特点:
    (1)操作方便,工作距离长,可以实现对移动目标的识别;
    (2)无硬件接触,避免了因机械接触而产生的各种故障,使用寿命长;
    (3)射频识别卡无外露金属触点,整个卡片完全密封,具有良好的防水、防尘、防污损、防磁、防静电性能,适合恶劣环境条件(如温、湿变化大,灰尘多,难以保持卡面清洁的井下环境)下工作;
    (4)对无线传输的数据都经过随机序列的加密,并有完善、保密的通信协议。卡内序列号是唯一的,制造商在卡出厂前已将此序号固化,安全性高;
    (5)卡内具有防碰撞机制,可实现同时对多个移动目标进行识别;
    (6)信号的穿透能力强(可穿透墙壁、路面、衣物、人等),数据传输量小,抗干扰能力强,感应灵敏,易于维护和操作。   

2  射频识别系统的硬件组成和工作原理

    典型的射频识别系统主要包括两个部分:射频识别卡和读卡器。
2.1  射频识别卡的硬件组成及其工作原理
    射频识别卡的部分是由一个电感线圈和一个电容并联后接人集成芯片,其工作原理如图1所示。

                        图1

    当卡片置于读卡器发出固定频率的电磁场附近时,由于卡片内的LC谐振电路频率与读卡器发射的电磁波的频率相同,在电磁波的激励下,使电容C1产生电荷。在电容Cl的另一端接有一个单向导通的电子泵,将电容Cl内的电荷送到电容C2储存。当所积累的电荷达到一定程度时,电子开关自动打开,为其它电路提供工作电压。当卡片获得了能量并产生上电复位后,原本处于“休眠状态”的卡片被激活并将含有自身种类识别码标志、制造商标志等信息代码调制到载波上经卡内天线发射出去。

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