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长距离通信器S1513的矿用安全系统设计

发布时间:2023-05-10 发布时间:
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摘要 矿难故事时有发生,经常造成重大人员伤亡,如何将人员伤亡降至最低,本文给出一种矿用安全系统设计。文中,首先对矿用人员安全监测系统的实现技术和组成部件进行简要描述。接着,介绍系统的核心部件——长距离通信器S1513的结构原理和特点,以度标签S1255的结构和工作原理。最后,对该系统进行必要的说明。

关键词 安全监测 长距离通信器 射频识别 近年来,矿井危险性事故不断发生,造成了很大的人员伤亡和财产损失,所以煤矿安全生产、减少并杜绝煤矿事故是刻不容缓的。同时怎样在事故发生后,尽快找到矿井工人,确保人员安全,这一点也是非常重要的。本设计对矿用人员进行监测,可以实时监测矿用人员在井下的位置和时间信息,把信息存人到数据库,这样当遇到井难的时候,可以检查到井下人员的信息,从而把伤亡人数降至最低。

1 系统总体设计思路

井下工作人员随身佩戴电子标签,凭电子标签进入地下,并通过阅读器读取标签中的出厂卡号(本系统使用只读电子标签,每个标签的出厂卡号唯一),卡号对应每个人的个人信息,把时间、位置和个人情况写入数据库,安全监控中心设置大屏幕监控设备,显示地下地理信息。

2 系统结构

2.1硬件结构

系统的结构图如图1所示。其中,射频识别系统以CONFIDENT自动识别系统为基础,对矿用人员的位置进行监测。在本系统中,通信器采用瑞典TagMaster AB公司生产的S1513,电子标签采用S1255,主机是井上调度室的计算机。CONFIDENT系统结构如图2所示。

S1513是瑞典Tag-Master AB公司生产的长距离通信器,工作频率为2.45 GHz,具有圆极化天线波速的读/写工作站,用于读/写CONFIDENT系统中射频识别标签。其主要特点是:超长的阅读距离,可达15 m;内置处理器和数据库;TagMaster Pyramid软件和实时时钟可用于单机工作;体积小、重量轻,便于安装;26个频道可供用户选择,以免多个阅读器安装在一起时相互干扰;易于与现有设备组合成系统;多标签卡识别;高速阅读;用户可编程,极具灵活性;内置运动检测;防电磁干扰的24 V直流转换器。S1513的内部结构如图3所示。

S1235只读标签卡的频率为2.45GHz,每个卡芯在出厂时已带有一个永久性的、独一无二的8位数身份编码。这个身份码同32位校验和进行比较,以此实现自动确认。此项功能同具有随机间隔的反射阅读器信号相结合,就能在远距离同时阅读多张标签卡时消除误读错误。在本系统中,此8位身份编码与上位机数据库中每个矿井工人的身份信息一一对应。

S1255的主要特点是:长距离供电;电池供电,总处于反射阅读器信号的状态,没有“唤醒”时间;采用环保型锂电池,其寿命完全可预期(6年);信用卡式外形,厚度为3 mm内置校验和,能够可靠地同时阅读多卡;低功率发射系统。

电子标签S1255不停地将数据反射到任何C0NFI_DENT通信器S1513,只要S1255在通信器波束范围内,通信器工作频率在2.435~2.465 GHz范围内的任何频道,通信器都能够读到标签信息。标签反射到通信器的信息包括出厂前指定标签的唯一标识号,读标签的“数据”,以及标签的“状态域”,这些构成了标签的“识别信息帧”。标签的识别信息帧根据格式化,由固定的间隔或随机的间隔隔开。S1255标签卡和阅读器之间的信息传递非常迅速,在阅读器信息场内的多张标签卡能在瞬时同时识别。在1个间隔长度之间传输2个信息识别帧的最长时间不超过150 ms,平均传送时间只有80 ms,这就意味着,标签卡反射识别信号的速度为12次/s。

2.2软件结构

(1)S1513的软件系统

S1513的软件系统如图4所示。

阅读器厂家预装SOLID软件为标准应用软件。用户也可以根据不同的应用自行开发阅读器运行软件,用户开发的软件可以控制阅读器的工作方式,使系统解决方案灵活,反应速度快。

阅读器应用程序能够在PC环境下开发,调试完软件后,利用ConfiLoad下载到阅读器,并永久地存储到阅读器。EEPROM存储区。PC机应用程序可以利用任何软件开发环境

ConfiLoad是通过标准的RS232将阅读器应用软件下载到阅读器的Windowrs软件。它提供了不更换EEP-ROM而很容易升级阅读器的可能。

ConfiLib是一个包含有几百个阅读器管理函数以及ConfiTalk通信协议接口函数的函数库。厂家提供适合于D0S和Windows的ConfiLib版本。用于阅读器的Con-fiLib是C语言函数库。用于PC平台的ConfiLib应用程序接口以C/C++动态连接库(DLL)的形式提供。厂家同时也提供Vistlal Basic和Delphi接口。这些函数库包含诸如阅读/写入/格式化标签,读/写/检索数据库,软/硬件设置,读/写I/O接口,发送/接收ConfiTalk命令,定时器,缓存区,邮件管理等常用函数。

ConfiTalk是标准通信协议。对于阅读器和基于Windows 95/98/ME和Windows 2000/XP环境下的PC机两方面都适用。通常串行通信采用RS485网络方式或用RS232点对点方式,并可采用查询方式。用户可自己编写通信协议替代ConfiTalk。

Pyramid是通信器S1513出厂时预装的标准应用程序,可单机运行。由PC机下载而来的数据库保存着授权标签。阅读器阅读到标签后,查询数据库,为授权的标签启动继电器,并将记录信息传送到PC机。

(2)$1513的应用编程

S1513程序库的核心是事件器模块,其绝大部分应用是由事件驱动的。事件是指正常程序运行以外不定期发生的事情,事件的产生可以来自外部,也可以来自内部。Confilib库中有7个模块产生事件,可能产生的事件包括:DTMF(双音多频接口输入)、Push_Button(通信器控制盘上的按键被按下)、Doppler_Rader(多谱勒雷达检测到运动物体)、Par_In(并行输入口输入)、Timer(设置的计时器到达时间)、Tag(成功阅读到一个标签)、Tamper_Switch(防护开关动作)、Null_Event(自上次查询后,没有事件发生)和Resel_Event(系统复位)。除防护开关动作之外,其他所有事件模块必须经过初始化后才能够产生事件。当事件产生时,系统及时响应并存入通信器事件处理器,应用程序通过调用Bsw_EvenI_Handler_Get_Event()从通信器阅读事件。若有事件发生,该函数返回其事件类型、相应数据,否则返回Null_Event。因此,通信器应用程序应该是一个等待事件的死循环,当事件发生时,应用程序调用适当的事件处理程序来响应该事件。

在CONFIENT系统中,有4种编程方式控制通信器:利用用户编写的通信器应用程序;利用Confilib库函数开发的主机应用程序;利用主机应用程序与标准通信器应用程序Pyramid通信;利用用户协议。在此系统中,笔者采用利用主机应用程序与标准通信器应用程序Pyramid通信的编程方式,可以保证系统的执行速度,又实现了主机与S1513的信息交换。

本系统利用CONFIDENT软件库提供的邮件交换系统实现通信器S1513与主机通信并交换信息。通信器通过调用函数Msw_Mail_Init、Msw_MaiL_Send以及Msw_MaiI_Receive等来使用邮件交换系统。使用邮件交换系统的前提是系统至少有一个空闲的动态缓存区。在初始化邮件系统时,函数占据编号最高的动态缓存区。

(3)软件编程

软件编程的主要功能是:电子标签在通信器的监测范围内被检测,生成标签记录,通信器将标签记录以邮件的形式发给主机;主机处理接收到的邮件,将处理的结果储存在主机数据库中,数据库选用SQL Server2000,并在大屏幕中显示。

在该系统中,利用C0NFIDENT软件库提供的邮件交换系统实现通信器S1513与主机的通信。主要功能是主机接收到通信器发送来的标签事件后,处理邮件内容,并将与标签对应的矿井工人的个人基本信息、位置、时间放到主机SQL Server2000数据库中。为了避免主机和通信器同时控制串行口而产生矛盾,系统规定每当空格键被按下时,改变通信器的安静模式。通信器在安静模式时阅读标签事件,并将标签数据通过邮件发送给主机,主机通过邮件将通信器设置为非安静模式,并在通信器为非安静模式时读取标签数据邮件。在程序实现时,利用定时器事件,主机应用程序每隔30 s自动输入空格键来达到此目的。

3 对系统的必要说明

本系统重点是确保出现矿井事故时,能够第一时间知道矿工较准确的位置,所以可以在阅读器电路扩展USB接口,矿工可以通过插入即插即用设备,以便求救。


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