RFID在煤矿系统中的应用

论文摘要

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LPC2119 ARM7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nRF24L01 2.45G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。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。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 第2章 RFID 在煤矿系统中的应用概述
• 2.1 RFID 在煤矿系统中的设计原理
• 2.2 RFID 系统原理
• 2.2.1 RFID 简介
• 2.2.2 RFID 的工作原理
• 2.2.3 RFID 技术的优点
• 2.2.4 RFID 技术标准
• 2.2.5 RFID 系统数据的传输
• 2.3 CAN 通信技术
• 2.3.1 CAN 总线的产生与发展
• 2.3.2 CAN 总线特点
• 2.3.3 CAN 总线技术介绍
• 第3章 RFID 读卡器硬件设计
• 3.1 读卡器的设计原理
• 3.2 控制模块
• 3.2.1 芯片特性
• 3.2.2 芯片结构框图
• 3.2.3 结构概述
• 3.3 电源模块设计
• 3.4 CAN 通信模块设计
• 3.5 射频模块设计
• 3.5.1 芯片特性
• 3.5.2 结构框图
• 3.6 RS232/RS485 通信模块设计
• 3.7 显示模块与指示模块设计
• 第4章 标签的设计
• 第5章 RFID 读卡器软件设计
• 5.1 射频程序模块
• 5.1.1 运行模式
• TM模式'>5.1.2 增强型 ShockBurst^TM模式
• 5.1.3 SPI 通信程序设计
• 5.2 CAN 通信软件模块
• 5.2.1 FullCAN 库函数
• 5.2.2 基本功能函数库
• 第6章 读卡器功能调试
• 总结
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间主要成果