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RFID技术在井下风门自动开门系统中的应用
作者：胡少轩
来源：RFID世界网
日期：2011-10-27 11:19:25
摘要：煤矿井下通风至关重要，它关系到矿工的人身安全 煤矿安全生产 风门是煤矿井下控制通风的主要设备之一，风门及时、方便开关尤为重要。针对该问题，提出了以RFID无线射频技术为基础的煤矿井下风门自动开门系统，该系统不仅能当矿工或车辆到达风门时，风门能自动开关，还可实时显示、查询矿工及车辆进出风门的时间和地点。
引言
煤矿井下通风是是关系到安全生产的重要环节。风门是煤矿井下控制通风的主要设备之一，起到对整个矿井通风系统风量的调节与稳流的作用，它的好坏直接关系到煤矿井下通风问题，关系到井下矿工的生命安全。目前在井下运输巷道使用的风门多为碰撞式风门，人行巷道使用的风门多为人工推开式风门。从现场来看。这种方式易造成风门损坏，风门开关不方便、安全系数小，还可能产生漏风现象，造成通风系统紊乱，使工作面风流短路、供风不足，不能及时稀释各种有毒有害气体和粉尘的浓度，将酿成不堪设想的后果。
从以上可以看出，风门的安装位置、大小、形状固然重要，但风门的开与关是否方便、及时、可靠更为重要 当矿工拿着工具与材料通过风门时，车辆通过风门时，如果风门能自动打开并及时关闭，那对提高工作效率、减轻工人劳动强度。保证安全生产，是非常重要的。因此，一种能自动识别人员与车辆的到来，并自动开闭风门的开门系统是尤为重要 本文就是根据这种需要，设计了一种基于RFID射频技术的煤矿井下风门自动开门系统。
1 RFID技术
RFID技术是无线射频识别技术的英文简称，是一种非接触式自动识别技术，它是由读写器、电子标签两部分组成。读写器由接口模块、控制模块、读写模块及天线组成。电子标签由收发模块、控制模块、存储器、天线等组成，电子标签又分为自带电源的有源电子标签和由读写器提供电源的无源电子标签。
根据RFID发射频率不同，RFID发射频率可分为低频、高频、超高频、微波等4种频段。低频发射频段为125 135 kHz。读取距离为1．2 m：高频发射距离为13，56 kHz，读取距离为1．2 m；超高频发射频段为868～915 kHz，读取距离为4 m：微波发射距离为2．45～5．8 GHz，读取距离为15 m。
2 系统组成及硬件设计
风门在井下巷道每个安装点一般是成对安装，在功能上又分为行人风门和车辆风门 在过去一般是用人工推门或用车辆碰门把风门打开，这样开门既不方便，又有安全隐患，还易把风门损坏。为此，提出了井下风门自动开门系统，该系统主要由读写器、电子标签、控制计算机组成。读写器安装在风门旁边，电子标签安装在矿工安全帽上或车辆车体上，控制计算机安装在井下控制室内。
(1)读写器读写器安装在风门旁边，与风门开门系统相连接。风门上读写器不断地将加密数据载波信号经发射天线向外发送，用来激活进入该区域的无源电子标签。当电子标签进入阅读器的读出范围之内时，电子标签便从阅读器发出的射频能量中提取其工作所需的电源。并把矿工或车辆的信息发回给读写器 同时读写器再把接收来的矿工或车辆的信息通过总线传给监控计算机。
(2)电子标签 电子标签安装在矿工安全帽上或车辆车体上，电子标签带有车辆或矿工的身份信息，电子标签为无源标签，它的能量从读写器中获得。电子标签接收读写器能量后可向读写器发送信息，也可接收读写器的信息。其发射频率为13．56 MHz。
(3)监控计算机 监控计算机由总线、传输适配器、计算机等组成。总线连接各读写器与传输适配器，传输适配器为数据传输接口，带有RS232／RS485接口，计算机起着控制读写器及电子标签的作用 各读写器通过电缆总线组网与传输适配器连接，传输适配器与监控计算机连接。计算机通过对读写器传送来的信号进行分析，识别出车辆或矿工通过电子标签发出的信息，计算机再发令通知读写器去打开风门或关闭风门。
3 工作原理
首先在井下各个风门旁边安装带有读写器的风门自动开门系统，并且将读写器通过总线电缆、传输适配器与监控计算机联网，将需要通过风门的矿工与车辆上安装电子标签，电子标签内带有各种信息，这样便组成了一个完整的自动开门系统。当带有电子标签的矿工或车辆通过装有自动开门系统的风门时，电子标签就会自动从风门自动开门系统中的读写器获取能量，并把自己的信息传给开门系统的读写器 读写器把接受到的矿工或车辆的信息通过总线立即上传到监控计算机上，计算机通过验证，认为该信息符合开门要求，计算机便把开门的信息通过总线传给自动开门系统中的读写器，读写器接受到该信息后，立刻通知自动开门系统，自动开门系统便把风门打开，直至开门信号消失，风门便被关闭。如果矿工或车辆所携带的电子标签信息无效，风门便不能被打开，同时该信息也会被传输到井下控制计算机上，并通知人工处理。
4 软件设计
本系统软件编程语言使用汇编语言编程，数据库采用SQL数据库。该软件系统具有如下功能：
(1)风门开闭检测 实时监测风门开闭情况，遇有问题，及时报警并通知有关人员检修：
(2)实时监控人员及车辆进出情况及时了解人员及车辆进出风门的情况，便于生产调度：
(3)人员及车辆进出查询可对风门开关次数、时间，人员及车辆进出时间和地点进行查询。
4．1 子系统划分
(1)日常管理子系统
日常管理子系统为管理人员提供风门开闭、人员通过风门、车辆通过风门等即时信息。
(2)信息管理子系统
信息管理子系统为管理人员提供风门、人员、车辆等信息数据的设置
(3)查询子系统
查询子系统为管理人员提供风门历史开关时间及次数，通过风门的车辆及人员信息查询功能
(4)系统设置子系统
系统设置子系统提供了初期设置、密码设置、数据备份、数据恢复等功能
4．2 子系统结构
(1)日常管理子系统
①风门 提供风门开闭的即时信息：
②人员 提供人员通过风门时的即时信息：
③ 车辆提供车辆通过风门时的即时信息
(2)信息管理子系统
① 风门基本信息对风门基本信息进行添加、修改和删除：
②人员基本信息 对人员基本信息进行添加、修改和删除：
③车辆基本信息 对车辆基本信息进行添加、修改和删除
(3)查询子系统
①风门查询 对风门通过人员与车辆的历史情况进行查询：
②人员查询对人员通过风门的历史J晴况查询：
③车辆查询对车辆通过风门的历史情况查询
(4)系统设置子系统
①初期设置 主要实现清空系统全部或部分数据：
②密码设置对管理员密码的修改、保存；
③数据备份 将所有用到的数据全部保存备份到硬盘上：
④数据恢复对数据进行恢复通过以上分析，得到本系统的系统结构总图如图1所示。
系统流程主要有初始化、等待、是否有电子标签信号、读卡、卡是否有效、开门、卡信息是否存在、关门等功能。系统开始后，首先进行初始化，而后进入等待电子标签信号状态。当系统读写器检测到有电子标签信号后，便开始读卡，确认卡有效后，进行开门任务。当系统读写器读到电子标签信号消失后， 便执行关门动作；如信号没有消失，则风门开着 至此，开门系统完成了一次开关门流程，其流程图见图2。
煤矿井下风门是控制通风的主要设备之一，它的好坏直接关系到煤矿井下通风问题，关系到煤矿安全生产， 矿工的生命安全。本论文主要是针对煤矿井下风门自动开门系统而设计的，应用RFID射频识别技术对需要通过风门的矿工或车辆自动识别、自动开门，它的设计不但能解决风门自动开门问题，还能了解矿工与车辆进出风门的情况。
煤矿井下通风是是关系到安全生产的重要环节。风门是煤矿井下控制通风的主要设备之一，起到对整个矿井通风系统风量的调节与稳流的作用，它的好坏直接关系到煤矿井下通风问题，关系到井下矿工的生命安全。目前在井下运输巷道使用的风门多为碰撞式风门，人行巷道使用的风门多为人工推开式风门。从现场来看。这种方式易造成风门损坏，风门开关不方便、安全系数小，还可能产生漏风现象，造成通风系统紊乱，使工作面风流短路、供风不足，不能及时稀释各种有毒有害气体和粉尘的浓度，将酿成不堪设想的后果。
从以上可以看出，风门的安装位置、大小、形状固然重要，但风门的开与关是否方便、及时、可靠更为重要 当矿工拿着工具与材料通过风门时，车辆通过风门时，如果风门能自动打开并及时关闭，那对提高工作效率、减轻工人劳动强度。保证安全生产，是非常重要的。因此，一种能自动识别人员与车辆的到来，并自动开闭风门的开门系统是尤为重要 本文就是根据这种需要，设计了一种基于RFID射频技术的煤矿井下风门自动开门系统。
1 RFID技术
RFID技术是无线射频识别技术的英文简称，是一种非接触式自动识别技术，它是由读写器、电子标签两部分组成。读写器由接口模块、控制模块、读写模块及天线组成。电子标签由收发模块、控制模块、存储器、天线等组成，电子标签又分为自带电源的有源电子标签和由读写器提供电源的无源电子标签。
根据RFID发射频率不同，RFID发射频率可分为低频、高频、超高频、微波等4种频段。低频发射频段为125 135 kHz。读取距离为1．2 m：高频发射距离为13，56 kHz，读取距离为1．2 m；超高频发射频段为868～915 kHz，读取距离为4 m：微波发射距离为2．45～5．8 GHz，读取距离为15 m。
2 系统组成及硬件设计
风门在井下巷道每个安装点一般是成对安装，在功能上又分为行人风门和车辆风门 在过去一般是用人工推门或用车辆碰门把风门打开，这样开门既不方便，又有安全隐患，还易把风门损坏。为此，提出了井下风门自动开门系统，该系统主要由读写器、电子标签、控制计算机组成。读写器安装在风门旁边，电子标签安装在矿工安全帽上或车辆车体上，控制计算机安装在井下控制室内。
(1)读写器读写器安装在风门旁边，与风门开门系统相连接。风门上读写器不断地将加密数据载波信号经发射天线向外发送，用来激活进入该区域的无源电子标签。当电子标签进入阅读器的读出范围之内时，电子标签便从阅读器发出的射频能量中提取其工作所需的电源。并把矿工或车辆的信息发回给读写器 同时读写器再把接收来的矿工或车辆的信息通过总线传给监控计算机。
(2)电子标签 电子标签安装在矿工安全帽上或车辆车体上，电子标签带有车辆或矿工的身份信息，电子标签为无源标签，它的能量从读写器中获得。电子标签接收读写器能量后可向读写器发送信息，也可接收读写器的信息。其发射频率为13．56 MHz。
(3)监控计算机 监控计算机由总线、传输适配器、计算机等组成。总线连接各读写器与传输适配器，传输适配器为数据传输接口，带有RS232／RS485接口，计算机起着控制读写器及电子标签的作用 各读写器通过电缆总线组网与传输适配器连接，传输适配器与监控计算机连接。计算机通过对读写器传送来的信号进行分析，识别出车辆或矿工通过电子标签发出的信息，计算机再发令通知读写器去打开风门或关闭风门。
3 工作原理
首先在井下各个风门旁边安装带有读写器的风门自动开门系统，并且将读写器通过总线电缆、传输适配器与监控计算机联网，将需要通过风门的矿工与车辆上安装电子标签，电子标签内带有各种信息，这样便组成了一个完整的自动开门系统。当带有电子标签的矿工或车辆通过装有自动开门系统的风门时，电子标签就会自动从风门自动开门系统中的读写器获取能量，并把自己的信息传给开门系统的读写器 读写器把接受到的矿工或车辆的信息通过总线立即上传到监控计算机上，计算机通过验证，认为该信息符合开门要求，计算机便把开门的信息通过总线传给自动开门系统中的读写器，读写器接受到该信息后，立刻通知自动开门系统，自动开门系统便把风门打开，直至开门信号消失，风门便被关闭。如果矿工或车辆所携带的电子标签信息无效，风门便不能被打开，同时该信息也会被传输到井下控制计算机上，并通知人工处理。
4 软件设计
本系统软件编程语言使用汇编语言编程，数据库采用SQL数据库。该软件系统具有如下功能：
(1)风门开闭检测 实时监测风门开闭情况，遇有问题，及时报警并通知有关人员检修：
(2)实时监控人员及车辆进出情况及时了解人员及车辆进出风门的情况，便于生产调度：
(3)人员及车辆进出查询可对风门开关次数、时间，人员及车辆进出时间和地点进行查询。
4．1 子系统划分
(1)日常管理子系统
日常管理子系统为管理人员提供风门开闭、人员通过风门、车辆通过风门等即时信息。
(2)信息管理子系统
信息管理子系统为管理人员提供风门、人员、车辆等信息数据的设置
(3)查询子系统
查询子系统为管理人员提供风门历史开关时间及次数，通过风门的车辆及人员信息查询功能
(4)系统设置子系统
系统设置子系统提供了初期设置、密码设置、数据备份、数据恢复等功能
4．2 子系统结构
(1)日常管理子系统
①风门 提供风门开闭的即时信息：
②人员 提供人员通过风门时的即时信息：
③ 车辆提供车辆通过风门时的即时信息
(2)信息管理子系统
① 风门基本信息对风门基本信息进行添加、修改和删除：
②人员基本信息 对人员基本信息进行添加、修改和删除：
③车辆基本信息 对车辆基本信息进行添加、修改和删除
(3)查询子系统
①风门查询 对风门通过人员与车辆的历史情况进行查询：
②人员查询对人员通过风门的历史J晴况查询：
③车辆查询对车辆通过风门的历史情况查询
(4)系统设置子系统
①初期设置 主要实现清空系统全部或部分数据：
②密码设置对管理员密码的修改、保存；
③数据备份 将所有用到的数据全部保存备份到硬盘上：
④数据恢复对数据进行恢复通过以上分析，得到本系统的系统结构总图如图1所示。
图1 软件系统结构图
系统流程主要有初始化、等待、是否有电子标签信号、读卡、卡是否有效、开门、卡信息是否存在、关门等功能。系统开始后，首先进行初始化，而后进入等待电子标签信号状态。当系统读写器检测到有电子标签信号后，便开始读卡，确认卡有效后，进行开门任务。当系统读写器读到电子标签信号消失后， 便执行关门动作；如信号没有消失，则风门开着 至此，开门系统完成了一次开关门流程，其流程图见图2。
煤矿井下风门是控制通风的主要设备之一，它的好坏直接关系到煤矿井下通风问题，关系到煤矿安全生产， 矿工的生命安全。本论文主要是针对煤矿井下风门自动开门系统而设计的，应用RFID射频识别技术对需要通过风门的矿工或车辆自动识别、自动开门，它的设计不但能解决风门自动开门问题，还能了解矿工与车辆进出风门的情况。
