RFID技术在煤矿井下人员定位系统中的研究

高永峰 吴房胜 于进杰

（1.淮南矿业集团，安徽 淮南 232007；2.安徽工商职业学院，安徽 合肥 231131；3.中国人民解放军装甲兵学院，安徽 蚌埠 233000）

0 引言

井下人员定位系统，可对煤矿井下人员进行实时定位与跟踪，随时了解每个工作人员在井下的位置与活动路径。一旦发生突发情况，可立即从监控电脑上查询事故现场人员的遇险撤退线路、被困人员数量、位置分布情况等信息，为事故抢险提供科学依据，减少人员伤亡的发生。

1 系统总体结构

本文设计的井下人员定位系统，每位井下工作人员分发唯一的与之对应的RFID 电子标签卡，并要求工作人员必须随身佩带，电子标签卡随着工作人员的运动连续地发射电磁波信号。在井下入口、各个巷道、作业面的每个交叉巷道口等一些需要监控的重要位置安装一些读卡器检测站点。读卡器监测站点检测每个员工的身份码信息的电子标签，再将电子标签的标号，以及其读卡器编号一并经工业总线网络传输到地表的上位机上面。

上位机监控软件通过Visual Basic 6.0 软件进行开发，自动采集井下工作人员经过的时间、地点等信息，参照预先制作的读卡器安装位置图以及开采面地图就能够确定井下工作人员所处的位置。如果员工远离读卡器信号覆盖的区域时，读卡器讲不再检测到员工携带的电子标签信号，上位机如果没有收到该读卡器信号，则说明该工作人员已经远离该区域，暂时还没有走进其他读卡器的信号覆盖的区域内。

一段时间以后，一旦该井下工作人员出现在其他读卡器的信号覆盖的区域内，则可判定出该井下人员的活动路径，对煤矿的安全生产起到举足轻重的作用。系统的总体设计如图1 所示。

图1 系统总体设计图

2 硬件电路设计

本系统硬件电路中，标识卡的设计是比较重要的是，标识卡是载有唯一能被识别的信息的载体，卡片发给员工后，在地表监控主机的数据库内创建该卡片内的唯一信息，该信息与标识卡携带人员的身份是一一对应的关系。

本系统采用nRF2401 作为无线收发芯片，nRF2401 为单片射频的收发芯片，工作频率为2.4～2.5GHz，nRF2401 能应用在多种无线通信的场合，如无线双向数据传输装置、遥控玩具、遥控开锁、无线鼠标等，nRF2401 的电路图如图2 所示。

图2 nRF2401 的电路图

单片机主控模块主要负责控制数据的收发与监测，本系统利用宏晶公司生产的STC11F02E 进行设计。STC11F02E 单片机是STC 公司生产的单时钟/机器周期的单片机，指令代码全部兼容传统8051 单片机，速度比51 单片机快8-12 倍。该单片机内部集成高可靠复位电路，针对高速通信、智能控制、强抗干扰场合非常实用，STC11F02E 单片机电路如图3 所示。

图3 STC11F02E 单片机电路

3 地面监控系统

地面监控软件部分主要为应用层，应用层是物联网和用户的接口，它与行业需求相结合，实现井下人员监控的智能应用。系统的监控软件开发工具采用Visual Basic 6.0开发的，该软件是集信息处理与数据采集的一种综合管理系统，后台通过SQL Server 2005 数据库处理数据，运行平台适用于Microsoft Windows 2005 Server/XP/2003 等操作系统。上位机监控软件包括系统设置、考勤管理、统计分析、系统维护、实时定位、地图维护等六个部分。

该系统主要功能包括煤矿井下人员位置识别与跟踪、超员报警、超时报警、人员考勤、人员救援指挥、人员情况统计与限制区报警。读卡分站、识别卡均能够在有瓦斯、粉尘等易燃易爆性气体的煤矿矿井中运行，该系统的主要功能图如图4 所示。

图4 主要功能图

4 人员定位监测

通过监控软件的设计，在人员实时监控窗体中，有实时定位跟踪、下井人员显示、历史定位跟踪、井下人员分布、下井干部显示五个按钮，点击该五个按钮中的一个，即可进入相应窗体，其中人员实时监控中的实时定位跟踪窗体如图5 所示。

图5 实时定位跟踪窗体

5 总结

通过Visual Basic6.0 软件设计了本系统的上位机监控显示界面，并给出井下人员实时检测、报警处理、考勤报表、历史数据查询、人员管理中部分窗体的图形设计界面。完成了RFID 在煤矿生产中的应用，对我国煤矿的安全生产提供了及时可靠的信息查询、监控与定位等功能，以信息化手段增强了煤矿的安全生产效率。解决了一旦发生煤矿安全事故后，无法准确、快速的获取事故发生地点的精确位置，不能对被困人员实施有效的抢险救援任务的问题。