非接觸式智能IC卡在井下人員定位系統(tǒng)中的應用

文章出處：http:// 作者：陳曉紀等   人氣： 發(fā)表時間：2011年09月22日

0 引言

    近年來，國內(nèi)礦井事故時有發(fā)生，如何加強安全生產(chǎn)和安全監(jiān)督工作力度，當發(fā)生事故后如何提高救援和搜救工作效率，成為社會關心的熱點問題。結合煤炭工業(yè)的實際需要，設計出智能IC卡，將尖端的遠距離射頻識別技術、網(wǎng)絡通訊技術和自動控制技術有機結合，解決了煤礦井下設備安全運行、網(wǎng)絡數(shù)據(jù)通信、數(shù)據(jù)的遠距離傳輸、信號轉換和信息處理等方面的技術難題，為煤礦井下人員監(jiān)測、控制和 跟蹤管理、搶險救災、安全救護的高效運作以及生產(chǎn)統(tǒng)計、管理等方面提供了有效的科技支撐，有力地推動了煤礦企業(yè)的發(fā)展，實現(xiàn)了對煤礦安全生產(chǎn)的全面監(jiān)控，真正滿足數(shù)字礦山的要求。

1 設備配置 

    非接觸式智能IC卡與讀寫器間的通訊是借助“空間媒介”電磁波進行，不存在機械運動機構和電觸點，操作便利快捷，可靠性高，壽命長，抗干擾性強。 

    非接觸式智能Ic卡包含了兩部分：RF射頻接口電路和數(shù)字電路部分。

(1)RF射頻接口電路 

    在RF射頻接口電路中，主要包括有波形轉換模塊。它可將卡片讀寫器上的l3．56 MHz無線電調(diào)制頻率接收，一方面送調(diào)制，解調(diào)模塊，另一方面進行波形轉換，將正弦波轉換為方波，然后對其整流濾波，由電壓調(diào)節(jié)模塊對電壓進行進一步地處理，包括穩(wěn)壓等，最終輸出供給卡片上的各電路。 

    POR模塊主要是對卡片上的各個電路進行POWER—ON—RESET(上電復位)，使各電路同步啟動工作。

(2)數(shù)字電路 

卡片上的等效電路如圖1所示。 
 

La．天線線圈與IC微晶片的接觸點    Lb．天線線圈與IC微晶片的接觸點    圖1 等效電路

卡片的自由振蕩頻率

天線線圈的電感


2 井下定位系統(tǒng)設計原則 

    (1)實現(xiàn)煤礦井下作業(yè)人員進出的有效識別和監(jiān)測監(jiān)控，使管理系統(tǒng)充分體現(xiàn)“人性化、信息化和高度自動化”，實現(xiàn)數(shù)字礦山的目標。 
    (2)為煤礦管理人員提供人員進出限制、考勤作業(yè)和監(jiān)測監(jiān)控等多方面的管理信息，一旦發(fā)生煤礦安全事故，通過該系統(tǒng)立刻可以知道該作業(yè)面工作人員及其數(shù)量，保證搶險救災和安全救護等搜救工作的高效運作。 
    (3)系統(tǒng)設計的安全性、可擴容性、易維護性和易操作性。

3 井下定位功能設計 

3．1 數(shù)據(jù)自動采集 

    礦井目標包括人員、車輛以及一些移動的設備等。沿巷道走向，每隔一定距離布置一個分站，另外可以在礦井巷道的進出口、交叉道口、工作面、重要峒室、危險場合(如盲巷等)、地面主要出入口等位置安裝監(jiān)測分站。當攜帶有射頻卡的人員、車輛、設備進入監(jiān)測分站檢測范圍時，監(jiān)測分站可以將相關人員的身份、車輛車號、設備編號等信息讀出并傳送回控制中心。數(shù)據(jù)采集方式如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)自動采集

3．2 實時定位跟蹤 

    非接觸式智能Ic卡上可以加裝高亮度報警燈進行實時定位跟蹤。當卡接收到分站發(fā)出的呼叫信號后，報警燈閃爍提示相關人員。在需要緊急撤離、尋找失蹤人員時，人員無線尋呼系統(tǒng)將發(fā)揮重要作用。可以單獨呼叫一個人、成組呼叫、呼叫某個區(qū)域的人員、多個區(qū)域或全礦區(qū)呼叫。呼叫信息由計算機控制，通過指定的監(jiān)測分站發(fā)出。呼叫信息有一般呼叫、緊急呼叫、緊急撤離呼叫等多種類型，通過報警燈的不同顏色來區(qū)別。

3．3 綜合信息管理 

    通過對下井工作人員的人井、升井時間、在井下各區(qū)域停留工作時間的記錄與統(tǒng)計，為企業(yè)提供考勤管理基礎信息。跟蹤安全監(jiān)測人員在井下的運動軌跡，記錄各區(qū)域及各監(jiān)測點的停留時間，從而保證安全監(jiān)測工作的執(zhí)行。

    當?shù)V井發(fā)生緊急事件時，可以及時對丟失人員進行統(tǒng)計，查詢事故現(xiàn)場附近的人員及相關人員的定位信息，快速確定人員的準確位置，以便及時有效地開展搜救工作。發(fā)生緊急情況時通過緊急告警信號呼叫相關人員緊急撤離危險區(qū)域，為指揮人員提供井下各區(qū)域人員的實時分布信息，幫助指揮人員制定應急方案。當通訊不能恢復時，利用手持識別設備在井下尋找失蹤人員。

    通過計算機網(wǎng)絡可實現(xiàn)礦井目標定位安全管理信息的數(shù)據(jù)共享，為礦井各部門及上下級各層領導及時提供實時監(jiān)測信息與歷史信息，為指揮決策提供重要依據(jù)。

4 結語 

    本系統(tǒng)成功應用于阜新礦業(yè)集團，為煤礦井下人員監(jiān)測、控制和跟蹤管理、搶險救災、安全救護的高效運作等方面提供了有效的技術支撐，也可應用于城市公共交通、電子護照、校園一卡通等方面。

作者簡介：陳曉紀(1983一)，遼寧昌圖人，碩士研究生，主要從事網(wǎng)絡與信息系統(tǒng)的研究．
遼寧工程技術大學    葉景樓     遼寧工學院   陳曉紀  任永昌  葉景樓  王麗艷  姚遠

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