井下安全定位的RFID模塊研究與設(shè)計
摘 要：提出一種解決RFID(Radio Frequency Identifioatlon)標(biāo)簽和閱讀器的低功耗和防；中撞方法。針對井下簧全定位綜合系統(tǒng)的底層需求，基于低成本和低功耗考慮，設(shè)計了閱讀器和標(biāo)簽的硬件電路，并在Code Vision AVR下，實現(xiàn)了閱讀器和標(biāo)簽的C代碼．軟件采用改進(jìn)的隨機防沖撞ALOHA算法，利用信道復(fù)用技術(shù)，在為沖撞標(biāo)簽預(yù)留的時隙到達(dá)時重發(fā)信息，零漏讀解決了RFID標(biāo)簽與閱讀器通信沖撞問題．實驗測試表明，該方法有效地解決了標(biāo)簽和閱讀器的沖撞問題，同時，硬件功耗較低，可應(yīng)用于井下安全定位和身份識。
關(guān)鍵詞：井下定位；RFID；防沖撞
近年來，在煤礦井下安全定位和身份識別上引起關(guān)注和應(yīng)用。如山西大同市應(yīng)建產(chǎn)量監(jiān)控系統(tǒng)的238座煤礦中，已有133座煤礦安裝了井下人員考勤定位系統(tǒng)；任橋等人做了基于硬件協(xié)議棧的網(wǎng)絡(luò)化射頻標(biāo)簽識別系統(tǒng)的研究…；舒琳完成了RFID跳頻系統(tǒng)的設(shè)計”；Shweta Jain等人實現(xiàn)了一種基于CSMA的MAC協(xié)議來解決密集RFID網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的沖撞問題”0。
RFID應(yīng)用仍有一些問題尚待改進(jìn)和解決，包括RFID的成本、電子標(biāo)簽零漏讀率、低功耗，以及RFID的標(biāo)準(zhǔn)化問題。本文基于井下安全定位考勤綜合系統(tǒng)，從硬件和軟件上研究了一種有源RFID標(biāo)簽以及對應(yīng)的閱讀器實現(xiàn)，并提出了一種解決電子標(biāo)簽零漏讀率問題的方法。
2系統(tǒng)原理
1)RFID構(gòu)成與原理RFID系統(tǒng)包括電子標(biāo)簽(Tag)、閱讀器(Interrogator)和數(shù)據(jù)傳輸與后臺管理系統(tǒng)三部分。
電子標(biāo)簽(射頻卡)內(nèi)部存有一定格式的數(shù)據(jù)，以此作為識別的標(biāo)識性信息，標(biāo)簽可以主動或被動地將內(nèi)部存儲的ID信息調(diào)制后通過天線發(fā)射出去。應(yīng)用中將電子標(biāo)簽附在待識別體上，作為識別的電子標(biāo)記。
閱讀器用來接收電子標(biāo)簽發(fā)出的信息，并在某些情況下向標(biāo)簽發(fā)送命令或?qū)懭胄畔ⅰ?BR> 數(shù)據(jù)交換與管理系統(tǒng)用于收集并處理從閱讀器讀到的標(biāo)簽數(shù)據(jù)，對收集的電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)作不同的處理和數(shù)據(jù)輸出。
根據(jù)標(biāo)簽的不同工作頻段，分為低頻標(biāo)簽(125～134 kHz／140～148 5 kHz)、高頻標(biāo)簽(13．56 MHz)、超高頻標(biāo)簽(433 MHz，868～928 MHz)和微波標(biāo)簽(2 4 GHz以上)一。
根據(jù)電子標(biāo)簽獲取能量的方式，將RFID標(biāo)簽分為無源(被動標(biāo)簽)和有源(主動標(biāo)簽)2種。無源標(biāo)簽識別距離較短，但成本較低。有源標(biāo)簽由電池供電，可以主動向附近的閱讀器發(fā)送數(shù)據(jù)，識別距離比無源RFID遠(yuǎn)，其應(yīng)用形式也更加多樣化。電池的壽命有限，必須在硬件和軟件設(shè)計中充分考
慮低功耗的實現(xiàn)。
2)系統(tǒng)構(gòu)成與功能 井下安全定位考勤綜合系統(tǒng)，如圖1所示。
系統(tǒng)主要由電子標(biāo)簽、閱讀器、。485網(wǎng)絡(luò)、中繼分站、服務(wù)器、客戶機組成。
其中，電子標(biāo)簽為井下人員攜帶，作為身份標(biāo)識。閱讀器分布在礦井人口以及井道各監(jiān)測點，通過485總線連接到分站。分站起中繼傳輸信息的作用，連接到Pc服務(wù)器，將接收到的電子簽信息及標(biāo)簽持有人相關(guān)信息保存到數(shù)據(jù)庫，供客戶端使用。客戶端連接到服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫，進(jìn)行數(shù)據(jù)的查詢處理以及相關(guān)操作。
整個系統(tǒng)具有服務(wù)器連接設(shè)置、硬件端口設(shè)
置、井下分站、閱讀器故障自診斷；標(biāo)簽號與工號維護(hù)、下井人員統(tǒng)計列表、超時下井人員列表、人員實時動態(tài)監(jiān)控、人員考勤統(tǒng)計報表、數(shù)據(jù)庫備份與還原等功能。
3基于成本和低功耗的硬件設(shè)計與實現(xiàn)
井下定位考勤系統(tǒng)的****層是RHD標(biāo)簽及其閱讀器模塊，其硬件的性能是整個系統(tǒng)的關(guān)鍵。
1)閱讀器與卡的設(shè)計選用ATmega88作為標(biāo)簽和閱讀器的控制芯片。它具有多種低功耗模式，可在1．8 V工作。內(nèi)置2倍cLK的硬件乘法器，保證程序和防沖撞算法的高效率執(zhí)行。選用
ccl020作為無線收發(fā)芯片。其發(fā)送數(shù)據(jù)率達(dá)153．6 khit，靈敏度一119 dBm，極低耗電量(接收：17 mA)，內(nèi)置位 |
