引言
煤礦井下通風(fēng)是是關(guān)系到安全生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。風(fēng)門是煤礦井下控制通風(fēng)的主要設(shè)備之一，起到對(duì)整個(gè)礦井通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量的調(diào)節(jié)與穩(wěn)流的作用，它的好壞直接關(guān)系到煤礦井下通風(fēng)問(wèn)題，關(guān)系到井下礦工的生命安全。目前在井下運(yùn)輸巷道使用的風(fēng)門多為碰撞式風(fēng)門，人行巷道使用的風(fēng)門多為人工推開(kāi)式風(fēng)門。從現(xiàn)場(chǎng)來(lái)看。這種方式易造成風(fēng)門損壞，風(fēng)門開(kāi)關(guān)不方便、安全系數(shù)小，還可能產(chǎn)生漏風(fēng)現(xiàn)象，造成通風(fēng)系統(tǒng)紊亂，使工作面風(fēng)流短路、供風(fēng)不足，不能及時(shí)稀釋各種有毒有害氣體和粉塵的濃度，將釀成不堪設(shè)想的后果。
從以上可以看出，風(fēng)門的安裝位置、大小、形狀固然重要，但風(fēng)門的開(kāi)與關(guān)是否方便、及時(shí)、可靠更為重要 當(dāng)?shù)V工拿著工具與材料通過(guò)風(fēng)門時(shí)，車輛通過(guò)風(fēng)門時(shí)，如果風(fēng)門能自動(dòng)打開(kāi)并及時(shí)關(guān)閉，那對(duì)提高工作效率、減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度。保證安全生產(chǎn)，是非常重要的。因此，一種能自動(dòng)識(shí)別人員與車輛的到來(lái)，并自動(dòng)開(kāi)閉風(fēng)門的開(kāi)門系統(tǒng)是尤為重要 本文就是根據(jù)這種需要，設(shè)計(jì)了一種基于RFID射頻技術(shù)的煤礦井下風(fēng)門自動(dòng)開(kāi)門系統(tǒng)。
1 RFID技術(shù)
RFID技術(shù)是無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)的英文簡(jiǎn)稱，是一種非接觸式自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它是由讀寫器、電子標(biāo)簽兩部分組成。讀寫器由接口模塊、控制模塊、讀寫模塊及天線組成。電子標(biāo)簽由收發(fā)模塊、控制模塊、存儲(chǔ)器、天線等組成，電子標(biāo)簽又分為自帶電源的有源電子標(biāo)簽和由讀寫器提供電源的無(wú)源電子標(biāo)簽。
根據(jù)RFID發(fā)射頻率不同，RFID發(fā)射頻率可分為低頻、高頻、超高頻、微波等4種頻段。低頻發(fā)射頻段為125 135 kHz。讀取距離為1．2 m：高頻發(fā)射距離為13，56 kHz，讀取距離為1．2 m；超高頻發(fā)射頻段為868～915 kHz，讀取距離為4 m：微波發(fā)射距離為2．45～5．8 GHz，讀取距離為15 m。
2 系統(tǒng)組成及硬件設(shè)計(jì)
風(fēng)門在井下巷道每個(gè)安裝點(diǎn)一般是成對(duì)安裝，在功能上又分為行人風(fēng)門和車輛風(fēng)門 在過(guò)去一般是用人工推門或用車輛碰門把風(fēng)門打開(kāi)，這樣開(kāi)門既不方便，又有安全隱患，還易把風(fēng)門損壞。為此，提出了井下風(fēng)門自動(dòng)開(kāi)門系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由讀寫器、電子標(biāo)簽、控制計(jì)算機(jī)組成。讀寫器安裝在風(fēng)門旁邊，電子標(biāo)簽安裝在礦工安全帽上或車輛車體上，控制計(jì)算機(jī)安裝在井下控制室內(nèi)。
(1)讀寫器讀寫器安裝在風(fēng)門旁邊，與風(fēng)門開(kāi)門系統(tǒng)相連接。風(fēng)門上讀寫器不斷地將加密數(shù)據(jù)載波信號(hào)經(jīng)發(fā)射天線向外發(fā)送，用來(lái)激活進(jìn)入該區(qū)域的無(wú)源電子標(biāo)簽。當(dāng)電子標(biāo)簽進(jìn)入閱讀器的讀出范圍之內(nèi)時(shí)，電子標(biāo)簽便從閱讀器發(fā)出的射頻能量中提取其工作所需的電源。并把礦工或車輛的信息發(fā)回給讀寫器 同時(shí)讀寫器再把接收來(lái)的礦工或車輛的信息通過(guò)總線傳給監(jiān)控計(jì)算機(jī)。
(2)電子標(biāo)簽 電子標(biāo)簽安裝在礦工安全帽上或車輛車體上，電子標(biāo)簽帶有車輛或礦工的身份信息，電子標(biāo)簽為無(wú)源標(biāo)簽，它的能量從讀寫器中獲得。電子標(biāo)簽接收讀寫器能量后可向讀寫器發(fā)送信息，也可接收讀寫器的信息。其發(fā)射頻率為13．56 MHz。
(3)監(jiān)控計(jì)算機(jī) 監(jiān)控計(jì)算機(jī)由總線、傳輸適配器、計(jì)算機(jī)等組成。總線連接各讀寫器與傳輸適配器，傳輸適配器為數(shù)據(jù)傳輸接口，帶有RS232／RS485接口，計(jì)算機(jī)起著控制讀寫器及電子標(biāo)簽的作用 各讀寫器通過(guò)電纜總線組網(wǎng)與傳輸適配器連接，傳輸適配器與監(jiān)控計(jì)算機(jī)連接。計(jì)算機(jī)通過(guò)對(duì)讀寫器傳送來(lái)的信號(hào)進(jìn)行分析，識(shí)別出車輛或礦工通過(guò)電子標(biāo)簽發(fā)出的信息，計(jì)算機(jī)再發(fā)令通知讀寫器去打開(kāi)風(fēng)門或關(guān)閉風(fēng)門。
3 工作原理
首先在井下各個(gè)風(fēng)門旁邊安裝帶有讀寫器的風(fēng)門自動(dòng)開(kāi)門系統(tǒng)，并且將讀寫器通過(guò)總線電纜、傳輸適配器與監(jiān)控計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，將需要通過(guò)風(fēng)門的礦工與車輛上安裝電子標(biāo)簽，電子標(biāo)簽內(nèi)帶有各種信息，這樣便組成了一個(gè)完整的自動(dòng)開(kāi)門系統(tǒng)。當(dāng)帶有電子標(biāo)簽的礦工或車輛通過(guò)裝有自動(dòng)開(kāi)門系統(tǒng)的風(fēng)門時(shí)，電子標(biāo)簽就會(huì)自動(dòng)從風(fēng)門自動(dòng)開(kāi)門系統(tǒng)中的讀寫器獲取能量，并把自己的信息傳給開(kāi)門系統(tǒng)的讀寫器 讀寫器把接受到的礦工或車輛的信息通過(guò)總線立即上傳到監(jiān)控計(jì)算機(jī)上，計(jì)算機(jī)通過(guò)驗(yàn)證，認(rèn)為該信息符合開(kāi)門要求，計(jì)算機(jī)便把開(kāi)門的信息通過(guò)總線傳給自動(dòng)開(kāi)門系統(tǒng)中的讀寫器，讀寫器接受到該信息后，立刻通知自動(dòng)開(kāi)門系統(tǒng)，自動(dòng)開(kāi)門系統(tǒng)便把風(fēng)門打開(kāi)，直至開(kāi)門信號(hào)消失，風(fēng)門便被關(guān)閉。如果礦工或車輛所攜帶的電子標(biāo)簽信息無(wú)效，風(fēng)門便不能被打開(kāi)，同時(shí)該信息也會(huì)被傳輸?shù)骄驴刂朴?jì)算機(jī)上，并通知人工處理。
4 軟件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)軟件編程語(yǔ)言使用匯編語(yǔ)言編程，數(shù)據(jù)庫(kù)采用SQL數(shù)據(jù)庫(kù)。該軟件系統(tǒng)具有如下功能：
(1)風(fēng)門開(kāi)閉檢測(cè) 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)風(fēng)門開(kāi)閉情況，遇有問(wèn)題，及時(shí)報(bào)警并通知有關(guān)人員檢修：
(2)實(shí)時(shí)監(jiān)控人員及車輛進(jìn)出情況及時(shí)了解人員及車輛進(jìn)出風(fēng)門的情況，便于生產(chǎn)調(diào)度：
(3)人員及車輛進(jìn)出查詢可對(duì)風(fēng)門開(kāi)關(guān)次數(shù)、時(shí)間，人員及車輛進(jìn)出時(shí)間和地點(diǎn)進(jìn)行查詢。
4．1 子系統(tǒng)劃分
(1)日常管理子系統(tǒng)
日常管理子系統(tǒng)為管理人員提供風(fēng)門開(kāi)閉、人員通過(guò)風(fēng)門、車輛通過(guò)風(fēng)門等即時(shí)信息。
(2)信息管理子系統(tǒng)
信息管理子系統(tǒng)為管理人員提供風(fēng)門、人員、車輛等信息數(shù)據(jù)的設(shè)置
(3)查詢子系統(tǒng)
查詢子系統(tǒng)為管理人員提供風(fēng)門歷史開(kāi)關(guān)時(shí)間及次數(shù)，通過(guò)風(fēng)門的車輛及人員信息查詢功能
(4)系統(tǒng)設(shè)置子系統(tǒng)
系統(tǒng)設(shè)置子系統(tǒng)提供了初期設(shè)置、密碼設(shè)置、數(shù)據(jù)備份、數(shù)據(jù)恢復(fù)等功能
4．2 子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
(1)日常管理子系統(tǒng)
?、亠L(fēng)門 提供風(fēng)門開(kāi)閉的即時(shí)信息：
?、谌藛T 提供人員通過(guò)風(fēng)門時(shí)的即時(shí)信息：
?、?nbsp;車輛提供車輛通過(guò)風(fēng)門時(shí)的即時(shí)信息
(2)信息管理子系統(tǒng)
?、?nbsp;風(fēng)門基本信息對(duì)風(fēng)門基本信息進(jìn)行添加、修改和刪除：
?、谌藛T基本信息 對(duì)人員基本信息進(jìn)行添加、修改和刪除：
③車輛基本信息 對(duì)車輛基本信息進(jìn)行添加、修改和刪除
(3)查詢子系統(tǒng)
?、亠L(fēng)門查詢 對(duì)風(fēng)門通過(guò)人員與車輛的歷史情況進(jìn)行查詢：
?、谌藛T查詢對(duì)人員通過(guò)風(fēng)門的歷史J晴況查詢：
?、圮囕v查詢對(duì)車輛通過(guò)風(fēng)門的歷史情況查詢
(4)系統(tǒng)設(shè)置子系統(tǒng)
①初期設(shè)置 主要實(shí)現(xiàn)清空系統(tǒng)全部或部分?jǐn)?shù)據(jù)：
②密碼設(shè)置對(duì)管理員密碼的修改、保存；
③數(shù)據(jù)備份 將所有用到的數(shù)據(jù)全部保存?zhèn)浞莸接脖P上：
?、軘?shù)據(jù)恢復(fù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行恢復(fù)通過(guò)以上分析，得到本系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)總圖如圖1所示。
圖1 軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
4．3 系統(tǒng)流程
系統(tǒng)流程主要有初始化、等待、是否有電子標(biāo)簽信號(hào)、讀卡、卡是否有效、開(kāi)門、卡信息是否存在、關(guān)門等功能。系統(tǒng)開(kāi)始后，首先進(jìn)行初始化，而后進(jìn)入等待電子標(biāo)簽信號(hào)狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)讀寫器檢測(cè)到有電子標(biāo)簽信號(hào)后，便開(kāi)始讀卡，確認(rèn)卡有效后，進(jìn)行開(kāi)門任務(wù)。當(dāng)系統(tǒng)讀寫器讀到電子標(biāo)簽信號(hào)消失后， 便執(zhí)行關(guān)門動(dòng)作；如信號(hào)沒(méi)有消失，則風(fēng)門開(kāi)著 至此，開(kāi)門系統(tǒng)完成了一次開(kāi)關(guān)門流程，其流程圖見(jiàn)圖2。
5 結(jié)語(yǔ)
煤礦井下風(fēng)門是控制通風(fēng)的主要設(shè)備之一，它的好壞直接關(guān)系到煤礦井下通風(fēng)問(wèn)題，關(guān)系到煤礦安全生產(chǎn)， 礦工的生命安全。本論文主要是針對(duì)煤礦井下風(fēng)門自動(dòng)開(kāi)門系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的，應(yīng)用RFID射頻識(shí)別技術(shù)對(duì)需要通過(guò)風(fēng)門的礦工或車輛自動(dòng)識(shí)別、自動(dòng)開(kāi)門，它的設(shè)計(jì)不但能解決風(fēng)門自動(dòng)開(kāi)門問(wèn)題，還能了解礦工與車輛進(jìn)出風(fēng)門的情況。
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