浅谈射频识别技术及其在煤矿上的应用

　　基于国际上新兴的射频识别技术，开发新型煤矿安全管理系统，就可对煤矿入井人员进行实时跟踪监测和定位。如果发生灾变，还可立即从监控计算机上查询事故现场的人员位置分布情况、被困人员数量、遇险人员撤退线路等信息。同时，也可实现对井下设备运行进行跟踪监控，利用系统的日常考勤管理功能，对矿井人员进行考勤管理。
 
 　　1 射频识别技术
 
 　　射频识别技术即RFII)(Radio Frequency Identification)，是一项自动识别技术，它利用射频信号通过空间耦合(交变磁场或电磁场)实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的。RFID标签与传统的条形码、磁卡、IC卡相比，具有可擦写、非接触、信号穿透力强、安全保密性能高、数据存储容量大等优点。射频卡不怕油渍、灰尘污染，适于实现自动化且不易损坏，系统可识别高速运动物体并可同时识别多个射频卡。短距离的射频卡可以替代条码。
 
 　　电子标签按照供电方式可分为有源标签和无源标签两类。无源标签需从读写器发出的射频波束中获取能量，经过整流、存储后提供电子标签所需的工作电压。与有源标签相比，它具有成本低，无需维护、使用寿命长等特点。缺点是读写器要发射更大的射频功率，识别距离相对较近等。然而，目前的集成电路设计技术使所需工作电压进一步降低至1v甚至0．42 V，这使无源RFID系统可以达到20m以上的识别距离。在不同的无线电规则限制情况下可以满足大部分实际应用系统的需要。

　　2 射频识别系统组成及其工作原理

　　RFID系统(图1)由阅读器(Reader)与电子标签(TAG)也就是所谓的应答器及应用软件系统三个部份所组成，其工作原理是，阅读器发射特定频率的无线电波给应答器，用以驱动应答器电路将内部的数据送出，此时阅读器便依序接收解读数据，送给应用程序做相应的处理。在实际应用中，电子标签附着在待识别物体的表面，其中保存有约定格式的电子数据。读写器通过天线发送出一定频率的射频信号，当标签进人该磁场时产生感应电流，同时利用此能量发送出自身编码等信息，读写器读取信息并解码后传送至主机并进行相关处理，从而达到自动识别物体的目的。

　　图1 射频识别系统基本组成图

　　2．1 应答器组成及其工作原理

　　应答器也可称为电子标签(TAG)，是RFID系统的信息载体，目前应答器大多是由耦合原件(线圈、微带天线等)和微芯片组成无源单元(图2)。

　　(1)模拟射频接口模块：包括射频收发天线、负责将射频讯号转换成DC电源的电源产生电路、电能存储电路、信号调制和解调以及时钟发生电路。

　　(2)数字控制电路：负责对解调信号译码，以及回送数据的编码。

　　(3)内存：存放识别数据。

　　图2 应答器内部原理图

　　2．2 阅读器组成及其工作原理

　　阅读器根据使用不同可以是读或读／写装置，是RFID系统信息处理和处理中心。阅读器和应答器之间一般采用半双工通信方式进行信息交换，同时阅读器通过耦合给无源应答器提供能量和时序(图3)。

　　图3 阅读器组成原理

　　(1)射频信号耦合及收发模块：包括射频收发天线、信号调制、解调、射频载波产生等电路。

　　(2)微处理器：产生要送给Tag信号给调制电路，同时译码Tag回送的信号，并把所得的数据回传给应用程序，若是加密的系统还必需进行加解密操作。

　　(3)存储器：存储用户程序和数据，一般采用E2PROM。

　　(4)通信接口：用来和计算机联机，通常采用Rs232或RS485方式。

　　煤矿系统应用中，主控计算机一般设置在井上，可进一步通过与Ethemet或局域网的通信，与井上大型管理系统相连，从而实现对物体识别信息的采集、处理及

　　远程传送等管理功能。

　　2．3 应用软件系统

　　(1)阅读器的硬件驱动程序：收发应答器信息、控制阅读器操作及向主控机或大型监控网络系统传送实时数据。

　　(2)控制应用程序：运行于主控机上或大型监控网络的服务器上。控制卡片阅读机的运作，接收读卡所回传的数据，与相应数据库连接进行数据处理。

　　(3)数据库：储存所有相关的数据，供控制程序使用。

　　3 射频识别技术在煤矿中的应用

　　3．1 在煤矿安全监测中的应用

　　射频识别系统可以作为煤矿安全管理的子系统，用于井下人员及设备安全监测。在坑道、作业面的交又道口安装读卡器，入井人员按照要求佩戴安装应答器的腰带，或安装应答器的安全帽。应答器也可以安装在符合条件的井下移动设备上。系统可以通过读卡器识别的卡号信息，记录持卡人或者被监测设备的经过地点、时间、活动轨迹等实时信息，监督无关人员和非法人员进入坑道或作业面，还可自动生成考勤作业的统计与管理等方面的报表资料，提高管理效益。坑道一旦发生安全事故，监控中心对矿难现场被困人员进行搜寻和定位，在第一时间内可以知道被困人员的基本情况，便于开展救护工作。

　　3．2 在煤矿机车调度中的应用

　　目前RFID技术运用于机车定位跟踪系统的技术已比较成熟，采用可读写标签时可将有关信息下载至标签的空闲内存中。目前准确的了解每辆机车在任一时刻的位置就等于在任何时候都能够动态的调整机车的启程和到站时间，并且提高机车对不能预见情况的反应，从而实现煤矿机车智能集中调度。

　　3．3 在煤炭企业物资供应管理中的应用

　　煤炭企业的物资供应管理，是对煤炭企业原煤生产和产品运输过程中所需各种物资的采购、储备、使用等进行计划、组织和控制。通过在物资上安装电子标签，可以方便、快捷地跟踪物资信息，建立物资供应监控网络，实时监控企业的物资运输、仓储、装卸、加工、整理、配送、调度等，进行有效资源整合，从而实现企业物资信息化管理的零等待、零库存目标。

　　4 结束语

　　射频识别技术在国内外迅猛发展，RFID芯片价格也不断下降，各种RFID产品日趋成熟，在军事、零售业、汽车制造业、交通以及政府管理中得到广泛应用。在我国煤炭行业的应用才刚刚起步。RFID技术以其在数据存储、传递、通信方面的优势，对我国煤炭企业的信息化改造带来发展契机。