RFID在煤矿系统中的应用

成都理工大学硕士学位论文RFID在煤矿系统中的应用姓名：徐广伟申请学位级别：硕士专业：信号与信息处理指导教师：陈金鹰20100501摘要IRFID在煤矿系统中的应用作者简介：徐广伟男，1984年2月出生，2007年9月师从于成都理工大学陈金鹰教授，于2010年6月获工学硕士学位。摘要本文针对如何建立一套有效的煤矿人员定位与管理系统进行了深入研究，结合矿井实际情况和RFID技术优势设计了煤矿井下人员定位与管理系统，并完成了相应的硬件与软件设计。该煤矿井下人员定位与管理系统是集自动控制技术、RFID技术、网络通讯技术等多学科综合应用为一体的自动识别信息系统。该系统是通过对坑道远距离移动目标进行非接触式信息采集处理，实现了人在不同状况移动、静止下的自动识别，从而实现对目标的自动管理。本文主要从以下几个方面进行了研究。首先，对国内外RFID技术的发展和应用进行了前瞻性研究，结合煤矿的实际情况和所面临的问题，通过RFID技术、嵌入式技术和CAN通信技术，提出在井下关键部位安装RFID读卡器监测点，读卡器把监测到的标签数据通过CAN总线网络传到地面管理中心的系统方案。其次，系统由硬件设计、软件设计和有源标签设计等部分组成，硬件设计主要由控制模块，CAN通信模块，射频模块、电源模块、指示模块、显示模块和RS-232/RS-485串口通信模块等组成。其中控制模块采用的是PHILIPS公司的LPC2119ARM7芯片，该芯片具有SPI接口和集成了2路CAN控制器，SPI接口用来与射频部分通信，CAN控制器用来往上位机上传数据；射频模块采用的是使用Nordic公司的nRF24L012.45G射频芯片；串口通信模块有RS-232和RS-485两种串口通信，其中RS-232采用的是MAXIM公司的MAX3232ECAE，RS-485则采用的MAXIM公司的MAX13085ECSA；CAN通信模块采用防电隔离的收发芯片CTM8251；指示与显示模块的硬件设计主要采用了LED与液晶来进行设计，指示模块用LED灯来指示阅读器运行状态，电源状态，通信指示等，显示模块采用液晶来显示基本信息，包括煤矿名称、巷道名称、阅读器的分机号、读到标签的数据、实时时间等。软件设计同样有射频软件设计、指示与显示软件设计、CAN通信软件设计等等。该部分主要对射频软件设计和CAN通信软件设计进行了研究。射频软件设计部分主要介绍了射频芯片工作模式转换，接收射频数据的软件设计，发送射频数据的软件设计，还有与MCU通信的SPI接口程序的编写；CAN通信的软件设计主要研究了FULLCAN函数库，以及CAN通信中初始化程序设计，接收数据软件设计，发送数据软件设计和中断函数的程序编写。其中FULLCAN函数库有5个头文件和2个源文件组成。成都理工大学硕士学位论文II有源标签设计采用的是TI公司的MSP430系列超低功耗单片机和nRF24L01射频芯片进行设计。有源标签是主动式标签，相对无源标签，读写距离更远，漏读误读概率更低。最后系统进行了功能测试，经测试系统运行安全可靠，实现了功能要求，达到了设计目标。关键词：RFID煤矿定位AbstractIIITheApplicationofRFIDinCoalMineSystemIntroductionofAuthor：XuGuangwei，male，borninFebruaryof1984，inSeptember2007attheChengduUniversityofTechnologywherestudiedunderProfessorChenJinying,wasgrantedtheMasterofEngineeringinJune2010.AbstractThisarticlestudiesabouthowtocreateaneffectivepositioningandmanagementsystemforminepersonnelconductedin-depth,combinedwiththeactualsituationandRFIDtechnologyadvantages,designalocationandtheminepersonnelmanagementsystem,andcompletedtheappropriatehardwareandsoftwaredesign.Thisisanautomaticidentificationofinformationsystemwhichcombinedwithpositioningandautomaticcontroltechnology,RFIDtechnologyandnetworkcommunicationtechnologyandotherdisciplinesintooneintegratedapplication.Thesystemthroughthetunneldistancetargetacquisitionandprocessingofnon-contactinformation,toachieveamovementindifferentsituations,stillundertheautomaticidentification,inordertoachievethetargetofautomatedmanagement.Thisarticlestudiedfromthefollowingaspects.First,studieddomesticandforeigndevelopmentandapplicationofRFIDtechnology,combinedwiththeactualsituationofcoalminesandtheproblems,throughRFIDtechnology,embeddedtechnologyandCANcommunicationstechnology,madeakeypartintheundergroundinstallationofRFIDreadersmonitoringpoints,readertotagdatatomonitortheCANbusviathenetworkmanagementcentertothegroundsystemsolutions.Second,thesystemconsistsofhardwaredesign,softwaredesignandactivecomponentssuchaslabeldesign,hardwaredesignmainlybythecontrolmodule,CANcommunicationmodule,RFmodules,powermodules,directmodules,displaymodulesandRS-232/RS-485serialcommunicationmodulesandothercomponents.ControlmodulewhichisPhilip’sLPC2119ARM7chip,thechipwithSPIinterfaceandaCANcontrollerintegrated2-way,SPIinterfacesusedwiththeRFpartofthecommunication,CANcontrollerisusedtouploaddataup-bitmachine;RFmoduleusedofnRF24L012.45GRFchipwhichproducedbytheNordiccompany;SerialcommunicationmodulewithRS-232andRS-485twoserialcommunication,RS-232whichisusedinMAXIM’sMAX3232ECAE,RS-485isadoptedinMAXIM's成都理工大学硕士学位论文IVMAX13085ECSA;CANcommunicationmoduleusinganti-isolationofthetransceiverchipCTM8251;thehardwaredesignofInstructionsanddisplaymoduleusingLEDandLCD,InstructionmoduleswithLEDlightstoindicatereaderoperationstatus,powerstatus,communicationinstruction,usingliquidcrystaldisplaymoduletodisplaythebasicinformation,instructions,includingthenameofmine,roadwayname,extensionreader,readthelabeldata,realtime.DisplayModulethroughLCDdemonstratebasicinformation,includingtheminename,galleryname,extensionreader,readthelabeldata,realtimeandsoon.Softwaredesignconsistofaradiofrequencysoftwaredesign,instructionanddisplaysoftwaredesign,CANcommunicationsoftwaredesignandsoon.Inthispart,theRFcommunicationsoftwaredesignandCANcommunicationsoftwaredesignwerestudied.RFsoftwaredesignintroducestheradiofrequencychipmodeconversion,radiofrequencydatareceiversoftwaredesign,softwaredesigntosendRFdata,aswellascommunicationwiththeMCUSPIinterfaceprogramofpreparation;CANcommunicationsoftwaredesignoftheFULLCANmainlibrary,andinitializetheCANcommunicationproceduresdesignedtoreceivedatasoftwaredesign,softwaredesignandsenddatainterruptprogrammingfunctions.Ofwhichtherearefivetalllibraryfilesandtwosourcefiles.Activetags’DesignusesTI'sMSP430familyofultra-lowpowerMCUandnRF24L01RFchip.Activetagscomparewithpassivetags,readersfarther,lowertheprobabilityofleakagereadingmisreading.Finallythesystemoffunctionaltests,testedthesystemsafeandreliableoperation,implementedfunctionalrequirements,meetthedesignobjectives.Keywords：RFIDcoalmineLocation独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得成都理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全