煤矿井下人员定位系统

1、第六章 煤矿井下人员定位系统1/212022-5-27第六章第六章 煤矿井下人员定位系统煤矿井下人员定位系统一、本章教学目的一、本章教学目的 掌握煤矿井下人员定位系统的装备意义、组成及工作原掌握煤矿井下人员定位系统的装备意义、组成及工作原理、分类；了解射频识别技术的工作原理和读卡器、标签、理、分类；了解射频识别技术的工作原理和读卡器、标签、天线等组成部分；了解煤矿井下人员定位系统的设计要求和天线等组成部分；了解煤矿井下人员定位系统的设计要求和常见的几种煤矿井下人员定位系统等等。常见的几种煤矿井下人员定位系统等等。二、本章主要内容二、本章主要内容 第一节 煤矿井下人员定位系统概述 第二节 煤矿井

2、下无线通讯及射频识别技术 第三节 煤矿井下人员定位系统设计要求 第四节 常见的煤矿井下人员定位系统简介 重点与难点：重点与难点： 1 1、射频识别技术的工作原理；、射频识别技术的工作原理； 2 2、 射频设别系统的设计第六章 煤矿井下人员定位系统2/212022-5-27第一节第一节 概概 述述一、煤矿井下人员定位系统的装备必要性及意义一、煤矿井下人员定位系统的装备必要性及意义1 1、必要性、必要性 有利于日常井下人员管理和矿井事故发生后的井下救援工作。 国务院关于进一步加强企业安全生产工作的通知（国发201023号）要求煤矿和非煤矿山要安装： 监测监控系统监测监控系统 井下人员定位系统井下人

3、员定位系统 紧急避险系统紧急避险系统 压风自救系统压风自救系统 供水施救系统供水施救系统 通信联络系统等技术装备通信联络系统等技术装备要求于要求于3 3年之内完成。逾期未安装的，依法暂扣安全生产许可年之内完成。逾期未安装的，依法暂扣安全生产许可证、生产许可证。证、生产许可证。第六章 煤矿井下人员定位系统3/212022-5-27一、煤矿井下人员定位系统的装备必要性及意义一、煤矿井下人员定位系统的装备必要性及意义2 2、意义、意义 该系统能够该系统能够实现对矿井人员位置实现对矿井人员位置、携卡人员出入井时刻携卡人员出入井时刻、重点重点区域出入时刻区域出入时刻、限制区域出入时刻、限制区域出入时刻、

4、工作时间工作时间、井下和重点区域井下和重点区域人员数量人员数量、井下人员活动路线等监测井下人员活动路线等监测、显示、打印、存储、查询、显示、打印、存储、查询、异常报警、路径跟踪、管理等功能。异常报警、路径跟踪、管理等功能。能够清楚掌握能够清楚掌握每个人员在煤矿井下的位置及活动轨迹每个人员在煤矿井下的位置及活动轨迹，为事故抢为事故抢险提供科学依据。险提供科学依据。第一节第一节 概概 述述第六章 煤矿井下人员定位系统4/212022-5-27 煤矿井下人员位置监测系统在煤矿井下人员位置监测系统在遏制超定员生产、事故应急遏制超定员生产、事故应急救援、领导下井带班管理、特种作业人员管理、井下作业人员救

5、援、领导下井带班管理、特种作业人员管理、井下作业人员考勤等方面发挥着重要作用。考勤等方面发挥着重要作用。（1 1）遏制超定员生产；）遏制超定员生产；（2 2）防止人员进入危险区域；）防止人员进入危险区域；（3 3）及时发现未按时升井人员；）及时发现未按时升井人员；（4 4）加强特种作业人员管理；）加强特种作业人员管理；（5 5）加强干部带班管理；）加强干部带班管理；（6 6）煤矿井下作业人员考勤管理；）煤矿井下作业人员考勤管理；（7 7）应急救援与事故调查技术支持（系统有）应急救援与事故调查技术支持（系统有2h2h备用电源、标备用电源、标识卡电池识卡电池7D7D）；）；（8 8）持证上岗管理；

6、）持证上岗管理；（9 9）具有紧急呼叫功能的系统；）具有紧急呼叫功能的系统；（1010）减少工作量、提高工作效率；）减少工作量、提高工作效率；（1111）加强企业内部之间信息共享）加强企业内部之间信息共享 。 第一节第一节 概概 述述第六章 煤矿井下人员定位系统5/212022-5-27二、煤矿井下人员定位系统组成及工作原理二、煤矿井下人员定位系统组成及工作原理1 1、组成、组成：煤矿井下人员位置监测系统一般由：煤矿井下人员位置监测系统一般由标识卡标识卡、位置监测位置监测分站分站、电源箱（可与分站一体化）电源箱（可与分站一体化）、传输接口传输接口、主机（含显示、主机（含显示器）、系统软件、服务

7、器、打印机、大屏幕、器）、系统软件、服务器、打印机、大屏幕、UPSUPS电源、远程终电源、远程终端、网络接口、电缆和接线盒等组成。端、网络接口、电缆和接线盒等组成。 煤矿井下人员位置监测系统组成煤矿井下人员位置监测系统组成 煤矿井下人员位置监测系统示意图煤矿井下人员位置监测系统示意图 第六章 煤矿井下人员定位系统6/212022-5-27 2 2、煤矿井下人员定位系统工作原理、煤矿井下人员定位系统工作原理分分站站发固定频率发固定频率的电磁场的电磁场标标识识卡卡共振共振被唤醒被唤醒被激活信息代码调制信息代码调制到载波上经卡到载波上经卡内天线发射出内天线发射出分分站站读读卡卡器器读卡模块内部读卡模

8、块内部集成了无线接集成了无线接收电路及发生收电路及发生基波信号的功基波信号的功率输出电路率输出电路它将接受到标识卡发来的识识卡发来的识别码信息在其别码信息在其内部经读卡模内部经读卡模块的解调、带块的解调、带通滤波整形后通滤波整形后由输出电路输由输出电路输出序列串行信出序列串行信号号它将不断地通过发射天线发出载波信号（寻找信号）读卡器采用微处理器控制，通过转读卡器采用微处理器控制，通过转换模块实现与主控机之间的信息交换模块实现与主控机之间的信息交流流 第一节第一节 概概 述述第六章 煤矿井下人员定位系统7/212022-5-27三、煤矿井下人员定位系统分类及装备要求三、煤矿井下人员定位系统分类及

9、装备要求1 1、煤矿井下人员定位系统分类、煤矿井下人员定位系统分类1 1）按）按工作原理工作原理分：场强式、射频标签式、其他。分：场强式、射频标签式、其他。2 2）按）按信号传输方向信号传输方向分：单向、半双工、全双工。分：单向、半双工、全双工。3 3）按）按标识卡结构标识卡结构分：与矿灯一体、与手机一体、与分：与矿灯一体、与手机一体、与BPBP机一体、机一体、帽卡、胸卡、腰卡、其他。帽卡、胸卡、腰卡、其他。4 4）按）按系统结构系统结构分类：独立式、与煤矿安全监控系统一体、与煤分类：独立式、与煤矿安全监控系统一体、与煤矿井下移动通信系统一体、其他。矿井下移动通信系统一体、其他。5 5）按）按

10、标识卡供电方式标识卡供电方式分：有源卡、无源卡。分：有源卡、无源卡。6 6）按）按标识卡的工作频率标识卡的工作频率分：特高频（分：特高频（300MHz3GHz300MHz3GHz）、超高频）、超高频（3GHz30GHz3GHz30GHz）、其他。）、其他。7 7）按）按功能功能分：非连续监测式、连续监测式、其他。分：非连续监测式、连续监测式、其他。2 2、煤矿井下人员定位系统装备要求、煤矿井下人员定位系统装备要求第一节第一节 概概 述述第六章 煤矿井下人员定位系统8/212022-5-27三、煤矿井下人员定位系统分类及装备要求三、煤矿井下人员定位系统分类及装备要求1 1、煤矿井下人员定位系统分

11、类、煤矿井下人员定位系统分类2 2、煤矿井下人员定位系统装备要求、煤矿井下人员定位系统装备要求（1 1）各个人员出入井口、采掘工作面等重点区域出）各个人员出入井口、采掘工作面等重点区域出/ /入口、盲巷入口、盲巷等限制区域等地点应设置分站，并能满足监测携卡人员出等限制区域等地点应设置分站，并能满足监测携卡人员出/ /入井、入井、出出/ /入采掘工作面等重点区域、出入采掘工作面等重点区域、出/ /入盲巷等限制区域的要求。入盲巷等限制区域的要求。（2 2）巷道分支处应设置分站，并能满足监测携卡人员出）巷道分支处应设置分站，并能满足监测携卡人员出/ /入方向入方向的要求。巷道分支的各个巷道应设置分站

12、或天线，以便判别携卡的要求。巷道分支的各个巷道应设置分站或天线，以便判别携卡人员的运动方向。人员的运动方向。（3 3）下井人员应携带标识卡。标识卡严禁擅自拆开。）下井人员应携带标识卡。标识卡严禁擅自拆开。（4 4）工作不正常的标识卡严禁使用。性能完好的标识卡总数，）工作不正常的标识卡严禁使用。性能完好的标识卡总数，至少比经常下井人员的总数多至少比经常下井人员的总数多10%10%。不固定专人使用的标识卡，。不固定专人使用的标识卡，性能完好的标识卡总数至少比每班最多下井人数多性能完好的标识卡总数至少比每班最多下井人数多10%10%。（5 5）矿调度室应设置显示设备，显示井下人员位置等。）矿调度室应

13、设置显示设备，显示井下人员位置等。（6 6）各个人员出入井口应设置检测标识卡工作是否正常和唯一）各个人员出入井口应设置检测标识卡工作是否正常和唯一性检测的装置，并提示携卡人员本人及有关人员。性检测的装置，并提示携卡人员本人及有关人员。第一节第一节 概概 述述第六章 煤矿井下人员定位系统9/212022-5-27第二节第二节 矿井下无线通讯及射频识别技术矿井下无线通讯及射频识别技术一、煤矿井下无线通讯技术一、煤矿井下无线通讯技术1 1、目前常用的无线通信方式、目前常用的无线通信方式1 1）蓝牙技术）蓝牙技术2 2）红外技术）红外技术3 3）超宽频技术（）超宽频技术（UWBUWB）4 4）Wi-F

14、iWi-Fi技术技术( (无线保真无线保真)5 5）ZigbeeZigbee技术技术( (蜜蜂蜜蜂) ) 蓝牙技术是全球通用的蓝牙技术是全球通用的小范围无线通信小范围无线通信技术技术，是近距离便携式器件之间的红外，是近距离便携式器件之间的红外线链路（线链路（IrDAIrDA）而提出的，是低成本、）而提出的，是低成本、短距离无线个人网络传输应用。短距离无线个人网络传输应用。主要目标主要目标: :提供一个全世界通行的无线传提供一个全世界通行的无线传输环境，通过无线电波来实现所有移动输环境，通过无线电波来实现所有移动设备之间的信息传输服务。设备之间的信息传输服务。优点：优点：蓝牙技术应用红外线收发器

15、连接蓝牙技术应用红外线收发器连接虽然能免去电线或电缆的连接；虽然能免去电线或电缆的连接；缺点：缺点：距离只限于距离只限于12m12m，而且必须在视，而且必须在视线上直接对准，中间不能有任何阻挡，线上直接对准，中间不能有任何阻挡，同时直限于在两个设备之间进行连接，同时直限于在两个设备之间进行连接，不能同时连接更多的设备。不能同时连接更多的设备。第六章 煤矿井下人员定位系统10/212022-5-27第二节第二节 矿井下无线通讯及射频识别技术矿井下无线通讯及射频识别技术一、煤矿井下无线通讯技术一、煤矿井下无线通讯技术1 1、目前常用的无线通信方式、目前常用的无线通信方式1 1）蓝牙技术）蓝牙技术2

16、 2）红外技术）红外技术3 3）超宽频技术（）超宽频技术（UWBUWB）4 4）Wi-FiWi-Fi技术技术( (无线保真无线保真)5 5）ZigbeeZigbee技术技术( (蜜蜂蜜蜂) ) 红外技术红外技术是一种利用红外线进行是一种利用红外线进行点对点点对点通信的技术。通信的技术。优点：优点：是无须申请频率使用权，因而红是无须申请频率使用权，因而红外通信外通信成本低廉；体积小，功耗低成本低廉；体积小，功耗低，连，连接方便，简单易用的特点；由于数据传接方便，简单易用的特点；由于数据传输率较高，因而适于传输大容量的文件输率较高，因而适于传输大容量的文件和多媒体数据；红外线发射角度较小，和多媒体

17、数据；红外线发射角度较小，传输安全性高。传输安全性高。不足：不足：它是一种视距传输，两个相互通它是一种视距传输，两个相互通信的设备之间必须对准，中间不能被其信的设备之间必须对准，中间不能被其他物体阻隔，因而该技术只能用于两台他物体阻隔，因而该技术只能用于两台设备之间的连接。设备之间的连接。第六章 煤矿井下人员定位系统11/212022-5-27第二节第二节 矿井下无线通讯及射频识别技术矿井下无线通讯及射频识别技术一、煤矿井下无线通讯技术一、煤矿井下无线通讯技术1 1、目前常用的无线通信方式、目前常用的无线通信方式1 1）蓝牙技术）蓝牙技术2 2）红外技术）红外技术3 3）超宽频技术）超宽频技术

18、(UWB(UWB）4 4）Wi-FiWi-Fi技术技术( (无线保真无线保真)5 5）ZigbeeZigbee技术技术( (蜜蜂蜜蜂) ) 超宽频技术超宽频技术（Ultra WideBandUltra WideBand，UWBUWB）是）是一种独特的、很有前景的无线通信技术。一种独特的、很有前景的无线通信技术。优点：优点：该技术在时域中该技术在时域中以纳秒级的非正以纳秒级的非正旋波窄脉冲信号为载波旋波窄脉冲信号为载波，因而在领域中，因而在领域中具有扁平的具有扁平的很宽的频谱很宽的频谱，标准的带宽为，标准的带宽为55Mb/s55Mb/s，通过调频避免与其他无线信号，通过调频避免与其他无线信号的冲

19、突；由于的冲突；由于结构简单，且成本低结构简单，且成本低，在，在家用方面很有市场。家用方面很有市场。缺点：缺点：可能会成为潜在的干扰源，同时可能会成为潜在的干扰源，同时由于由于功率限制，传输距离短功率限制，传输距离短，只有，只有10m10m左左右的距离。右的距离。第六章 煤矿井下人员定位系统12/212022-5-27第二节第二节 矿井下无线通讯及射频识别技术矿井下无线通讯及射频识别技术一、煤矿井下无线通讯技术一、煤矿井下无线通讯技术1 1、目前常用的无线通信方式、目前常用的无线通信方式1 1）蓝牙技术）蓝牙技术2 2）红外技术）红外技术3 3）超宽频技术）超宽频技术(UWB(UWB）4 4）

20、Wi-FiWi-Fi技术技术( (无线保真无线保真)5 5）ZigbeeZigbee技术技术( (蜜蜂蜜蜂) ) 无线保真无线保真:(:(Wi-FiWi-Fi（wireless wireless fidelityfidelity，）即，）即802.11b/g802.11b/g标准工作在标准工作在2.4GHz 2.4GHz 的频带，采用的频带，采用CCKCCK调制技术，调制技术，传输速率最高分传输速率最高分别可达到别可达到11Mbit/s11Mbit/s和和54Mbit/s54Mbit/s。Wi-FiWi-Fi是由是由APAP（Access Access PointPoint，无线访问节点）和无

21、线网卡组无线访问节点）和无线网卡组成的无线网络成的无线网络。优点：速度快，可靠性高，优点：速度快，可靠性高，在开放性在开放性区域，通讯区域，通讯距离可达距离可达305m305m，在封闭性，在封闭性区域，通讯距离为区域，通讯距离为76m 76m 到到122m122m，方便，方便与现有的有线以太网络整合；可移动与现有的有线以太网络整合；可移动性、价格低廉。性、价格低廉。第六章 煤矿井下人员定位系统13/212022-5-27第二节第二节 矿井下无线通讯及射频识别技术矿井下无线通讯及射频识别技术一、煤矿井下无线通讯技术一、煤矿井下无线通讯技术1 1、目前常用的无线通信方式、目前常用的无线通信方式1

22、1）蓝牙技术）蓝牙技术2 2）红外技术）红外技术3 3）超宽频技术）超宽频技术(UWB(UWB）4 4）Wi-FiWi-Fi技术技术( (无线保真无线保真) )5 5）ZigbeeZigbee技术技术( (蜜蜂蜜蜂) ) 基于基于IEEE 802.15.4IEEE 802.15.4协议规定的协议规定的ZigBeeZigBee技术是一种新兴的无线通信技术：蜜技术是一种新兴的无线通信技术：蜜蜂（蜂（beebee）+“+“嗡嗡嗡嗡”（zigzig）优点：优点：近距离、低复杂度、低功耗、近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率（工作速率大约为低数据速率（工作速率大约为20250 20250 kb/skb/

23、s）、低成本（不到蓝牙的）、低成本（不到蓝牙的1/101/10）、）、安全安全（提供了三级安全模式）以及自（提供了三级安全模式）以及自动动态组网与自主路由。主要适合用动动态组网与自主路由。主要适合用于自动控制和远程控制领域，支持地于自动控制和远程控制领域，支持地理定位功能，它是一种介于无线标记理定位功能，它是一种介于无线标记技术和蓝牙技术之间的技术方案，可技术和蓝牙技术之间的技术方案，可以嵌入许多其它的设备。以嵌入许多其它的设备。第六章 煤矿井下人员定位系统14/212022-5-272、影响煤矿井下定位的主要因素（1）多径传播（2）多址干扰（3）信号同步误差 第二节第二节 矿井下无线通讯及射

24、频识别技术矿井下无线通讯及射频识别技术无线信号的无线信号的多径传播现象会使得基于角度和时间的定多径传播现象会使得基于角度和时间的定位方法产生较大的误差位方法产生较大的误差，主要原因是多径传播会对测，主要原因是多径传播会对测量代表收发量代表收发双方实际距离和方位的直射路径双方实际距离和方位的直射路径（LOSLOS）信号的角度和时延产生较大的干扰信号的角度和时延产生较大的干扰第六章 煤矿井下人员定位系统15/212022-5-272、影响煤矿井下定位的主要因素（1）多径传播（2）多址干扰（3）信号同步误差 第二节第二节 矿井下无线通讯及射频识别技术矿井下无线通讯及射频识别技术多址干扰多址干扰是影响

25、系统是影响系统性能和容量性能和容量的主要因素，当对的主要因素，当对定位信号进行测量时，多址干扰的存在仍然会对测定位信号进行测量时，多址干扰的存在仍然会对测量结果产生较大的干扰。但是目前大多数效果较好量结果产生较大的干扰。但是目前大多数效果较好的的多用户检测算法，多用户检测算法，当用户数量较多时，其运算量当用户数量较多时，其运算量非常大，非常大，实现较为困难实现较为困难。在进行在进行TOATOA估计估计( (TOA估计通常是以检测首达路径估计通常是以检测首达路径DP(Direct Path)来获来获得传播时延得传播时延)的过程中，信号时间延迟的估计精度与估计过程中参考的过程中，信号时间延迟的估计

26、精度与估计过程中参考信号和接收信号之间的同步程度有关，即信号和接收信号之间的同步程度有关，即检测到的信号峰值是否检测到的信号峰值是否为真正的峰值点为真正的峰值点，特别是对于多径传播环境下，如何在相关波形，特别是对于多径传播环境下，如何在相关波形中获取较好的相关峰值点很重要。中获取较好的相关峰值点很重要。当接收信号和参考信号的同步较差时，会展宽相关波形，同时会当接收信号和参考信号的同步较差时，会展宽相关波形，同时会出现较为严重的旁瓣，这些对出现较为严重的旁瓣，这些对TOATOA估计的影响很大估计的影响很大。因此，在设计人员定位系统之前必须对巷道内无线通讯环境进行因此，在设计人员定位系统之前必须对

27、巷道内无线通讯环境进行分析。分析。第六章 煤矿井下人员定位系统16/212022-5-273 3、煤矿井下无线通讯特点煤矿井下无线通讯特点（1）衰减与频率的关系）衰减与频率的关系（2）衰减与曲率的关系）衰减与曲率的关系（3）巷道半径对无线传输的影响）巷道半径对无线传输的影响（4）衰减与粗糙度、倾斜度的关系）衰减与粗糙度、倾斜度的关系（5）接收点有用信号十分微弱）接收点有用信号十分微弱（6）井下环境机电噪声干扰严重）井下环境机电噪声干扰严重第二节第二节 矿井下无线通讯及射频识别技术矿井下无线通讯及射频识别技术第六章 煤矿井下人员定位系统17/212022-5-27名称名称甚低频甚低频低频低频中频

28、中频高频高频甚高频甚高频超高频超高频特高频特高频极高频极高频符号符号VLFVLFLFLFMFMFHFHFVHFVHFUHFUHFSHFSHFEHFEHF频率频率3-30KHz3-30KHz 30-300KHz30-300KHz 0.3-3MHz0.3-3MHz3-30MHz3-30MHz 30-300MHz30-300MHz 0.3-3GHz0.3-3GHz3-30GHz3-30GHz 30-300GHz30-300GHz波段波段超长波超长波长波长波中波中波短波短波米波米波分米波分米波厘米波厘米波毫米波毫米波波长波长1KKm-1KKm-100Km100Km10Km-1Km10Km-1Km 1K

29、m-100m1Km-100m 100m-10m100m-10m10m-1m10m-1m1m-0.1m1m-0.1m10cm-1cm10cm-1cm 10mm-1mm10mm-1mm传播特性传播特性空间波为空间波为主主地波为主地波为主地波与天地波与天波波天波与地天波与地波波空间波空间波空间波空间波空间波空间波空间波空间波主要用途主要用途海岸潜艇海岸潜艇通信；远通信；远距离通信；距离通信；超远距离超远距离导航导航越洋通信；越洋通信；中距离通中距离通信；地下信；地下岩层通信；岩层通信；远距离导远距离导航航船用通信；船用通信；业余无线业余无线电通信；电通信；移动通信；移动通信；中距离导中距离导航航远距

30、离短远距离短波通信；波通信；国际定点国际定点通信通信电离层散电离层散射；流星射；流星余迹通信；余迹通信；人造电离人造电离层通信；层通信；对空间飞对空间飞行体通信；行体通信；移动通信移动通信小容量微小容量微波中继通波中继通信；对流信；对流层散射通层散射通信；中容信；中容量微波通量微波通信信大容量微大容量微波中继通波中继通信；数字信；数字通信；卫通信；卫星通信；星通信；国际海事国际海事卫星通信卫星通信再入大气再入大气层时的通层时的通信；波导信；波导通信通信中国无线电频率划分及主要用途中国无线电频率划分及主要用途 第二节第二节 矿井下无线通讯及射频识别技术矿井下无线通讯及射频识别技术第六章 煤矿井下

31、人员定位系统18/212022-5-27二、射频识别技术简介1、射频识别技术概念 1）射频的定义射频射频: :就是射频电流，高频交流变化电磁波的简称，10000次/s的称为高频电流，而射频就是这样一种高频电流。电磁波:交变电流通过导体，导体周围会形成交变的电磁场，被称为电磁波。在电磁波频率低于100kHz时，电磁波会被地表吸收，不会形成有效的传输，但电磁波频率高于100kHz时，电磁波可以在空气中传播，并经大气层外缘的电离层反射，形成远距离传输能力，把远距离传输能力的高频电流称为射频。第二节第二节 矿井下无线通讯及射频识别技术矿井下无线通讯及射频识别技术第六章 煤矿井下人员定位系统19/212

32、022-5-27二、射频识别技术简介1、射频识别技术概念1）射频的定义2）射频识别技术射频识别技术是自动识别技术(90/20)，利用无线射频方式进行非接触通信，以达到自动识别目标对象的目的并获得相关数据的自动传输识别技术。识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣的环境。第二节第二节 矿井下无线通讯及射频识别技术矿井下无线通讯及射频识别技术最早用于最早用于通讯控制、高速公路、桥梁的自动收费通讯控制、高速公路、桥梁的自动收费以及以及安全领域。安全领域。以前，由于以前，由于成本过高成本过高，影响了其向更广的领域拓展。，影响了其向更广的领域拓展。现在，随着大规模集成电路制造工艺的不断提高，芯片集成度越来

33、越高，功现在，随着大规模集成电路制造工艺的不断提高，芯片集成度越来越高，功能越来越强，能越来越强，元器件封装不断减小元器件封装不断减小，使得射频识别系统的，使得射频识别系统的成本大大降低成本大大降低，体，体积也大大减小，真正进入到实用化阶段，一种成熟的自动识别技术。积也大大减小，真正进入到实用化阶段，一种成熟的自动识别技术。第六章 煤矿井下人员定位系统20/212022-5-27二、二、射频识别技术简介射频识别技术简介2、射频识别系统原理及特点、射频识别系统原理及特点 1）射频识别系统组成和工作原理：）射频识别系统组成和工作原理：信号发射机、接收机、天线信号发射机、接收机、天线 2）射频识别技

34、术的基本工作原理）射频识别技术的基本工作原理 3）射频识别技术特点）射频识别技术特点第二节第二节 矿井下无线通讯及射频识别技术矿井下无线通讯及射频识别技术在射频识别系统工作过程在射频识别系统工作过程中，中，始终以能量作为基础，始终以能量作为基础，通过一定的通过一定的时序方式来实时序方式来实现数据交换现数据交换。在射频识别。在射频识别系统工作的信道中存在有系统工作的信道中存在有三种三种事件模型事件模型，即以，即以能量能量提供为基础的事件模型提供为基础的事件模型，以时序方式实现数据交换以时序方式实现数据交换的事件模型的事件模型，以数据交换以数据交换为目的的事件模型为目的的事件模型.用来存储需要识别

35、传输的信息用来存储需要识别传输的信息 第六章 煤矿井下人员定位系统21/212022-5-27二、二、射频识别技术简介射频识别技术简介2、射频识别系统原理及特点、射频识别系统原理及特点 1）射频识别系统组成和工作原理：）射频识别系统组成和工作原理：信号发射机、接收机、天线信号发射机、接收机、天线 2）射频识别技术的基本工作原理）射频识别技术的基本工作原理 3）射频识别技术特点）射频识别技术特点第二节第二节 矿井下无线通讯及射频识别技术矿井下无线通讯及射频识别技术（1 1）读卡器将无线电载波信号经过发射天线向外发射读卡器将无线电载波信号经过发射天线向外发射。（2 2）当标签进入发射天线的工作区域

36、后当标签进入发射天线的工作区域后，如果接收到读卡器发出的特殊，如果接收到读卡器发出的特殊射频信号，就能凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信射频信号，就能凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息（即息（即PassivePassive TagTag，无源标签或被动标签），或者主动发送某一频率的信，无源标签或被动标签），或者主动发送某一频率的信号（即号（即ActiveActive TagTag，有源标签或主动标签）。，有源标签或主动标签）。（3 3）系统的接收天线接收标签发出的载波信号，经天线的调节器传输给系统的接收天线接收标签发出的载波信号，经天线的调节器传输给读卡器。读

37、卡器读取信息并解码后，送至后台的计算机控制器。读卡器。读卡器读取信息并解码后，送至后台的计算机控制器。（4 4）计算机控制器根据逻辑运算判断该标签的合法性计算机控制器根据逻辑运算判断该标签的合法性，针对不同的设定，针对不同的设定做出相应的处理和控制，发出指令信号控制执行机构的动作。做出相应的处理和控制，发出指令信号控制执行机构的动作。（5 5）执行机构按照计算机的指令动作。）执行机构按照计算机的指令动作。 第六章 煤矿井下人员定位系统22/212022-5-27二、二、射频识别技术简介射频识别技术简介2、射频识别系统原理及特点、射频识别系统原理及特点 1）射频识别系统组成和工作原理：）射频识别

38、系统组成和工作原理：信号发射机、接收机、天线信号发射机、接收机、天线 2）射频识别技术的基本工作原理）射频识别技术的基本工作原理 3）射频识别技术特点）射频识别技术特点第二节第二节 矿井下无线通讯及射频识别技术矿井下无线通讯及射频识别技术（1 1）读取方便快捷：）读取方便快捷：数据的读取无需光源。有效识别距离可达到数据的读取无需光源。有效识别距离可达到30m30m以上，以上，（2 2）识别速度快：）识别速度快：标签一进入磁场，解读器就可以即时读取其中的信息，同标签一进入磁场，解读器就可以即时读取其中的信息，同时处理多个标签，实现批量识别。时处理多个标签，实现批量识别。（3 3）数据容量大：）数

39、据容量大：最多也只能存储最多也只能存储27252725个数字；个数字；（4 4）使用寿命长，）使用寿命长，应用范围广：使其可以应用于粉尘、油污等高污染环境和应用范围广：使其可以应用于粉尘、油污等高污染环境和放射性环境，放射性环境，（5 5）标签数据可动态更改）标签数据可动态更改：利用编程器可以向写入数据，：利用编程器可以向写入数据，（6 6）更好的安全性：）更好的安全性：不仅可以嵌入或附着在不同形状、类型的产品上，而且不仅可以嵌入或附着在不同形状、类型的产品上，而且可以为标签数据的读写设置密码保护，从而具有更高的安全性。可以为标签数据的读写设置密码保护，从而具有更高的安全性。（7 7）动态实时

40、通信：）动态实时通信：标签以与每秒标签以与每秒5010050100次的频率与解读器进行通信，所以次的频率与解读器进行通信，所以只要只要RFIDRFID标签所附着的物体出现在解读器的有效识别范围内，就可以对其位标签所附着的物体出现在解读器的有效识别范围内，就可以对其位置进行动态的追踪和监控。置进行动态的追踪和监控。 第六章 煤矿井下人员定位系统23/212022-5-27三、射频识别系统的设计三、射频识别系统的设计1 1、读卡器读卡器-天线、射频模块、读写模块天线、射频模块、读写模块 1）读卡器的基本功能读卡器的基本功能 2）读卡器的分类）读卡器的分类 3）读卡器的工作方式）读卡器的工作方式 读

41、卡器的读卡器的基本构成基本构成 第二节第二节 矿井下无线通讯及射频识别技术矿井下无线通讯及射频识别技术发射和接收射发射和接收射频载波信号的频载波信号的设备设备 可接收和发射射频载可接收和发射射频载波波接收射频接收射频模块传输模块传输的信号，解码后获的信号，解码后获得标签内信息，可得标签内信息，可将要定稿标签的信将要定稿标签的信息编码息编码后传递给射后传递给射频频模块，完成模块，完成写标写标签操作签操作 只在只在耦合方式、通耦合方式、通信流程、数据传输信流程、数据传输方式，方式，特别在特别在频率频率范围范围等方面有所差等方面有所差别，但在别，但在功能原理功能原理以及构造设计上基以及构造设计上基本

42、类似本类似第六章 煤矿井下人员定位系统24/212022-5-27三、射频识别系统的设计三、射频识别系统的设计1 1、读卡器读卡器-天线、射频模块、读写模块天线、射频模块、读写模块 1）读卡器的基本功能读卡器的基本功能 2）读卡器分类）读卡器分类 3）读卡器工作方式）读卡器工作方式 第二节第二节 矿井下无线通讯及射频识别技术矿井下无线通讯及射频识别技术（1 1）工业读卡器）工业读卡器-对于在安装或生产设对于在安装或生产设备中的应用，具备标准的现场总线接口，以备中的应用，具备标准的现场总线接口，以便更容易集成到现有设备中，主要应用于矿便更容易集成到现有设备中，主要应用于矿井、自动化生产等领域。井

43、、自动化生产等领域。（2 2）固定式读卡器）固定式读卡器-将射频控制器和高将射频控制器和高频接口封装在一个固定的外壳中构成，可将频接口封装在一个固定的外壳中构成，可将天线和射频模块封装在一个外壳单元中，这天线和射频模块封装在一个外壳单元中，这时构成了集成式读卡器或一体化读卡器。时构成了集成式读卡器或一体化读卡器。（3 3）OEMOEM读卡器读卡器-装在一个屏蔽的白铁皮装在一个屏蔽的白铁皮外壳中或以无外壳的插件板的方式向用户供外壳中或以无外壳的插件板的方式向用户供货，货，（4 4）便携式读卡器）便携式读卡器-由读卡器模块、天由读卡器模块、天线和掌上电脑集成，一般带有线和掌上电脑集成，一般带有LC

44、DLCD显示屏，显示屏，并且带有键盘面板以便于操作或输入数据。并且带有键盘面板以便于操作或输入数据。第六章 煤矿井下人员定位系统25/212022-5-27三、射频识别系统的设计三、射频识别系统的设计1 1、读卡器读卡器-天线、射频模块、读写模块天线、射频模块、读写模块 1）读卡器的基本功能读卡器的基本功能 2）读卡器的分类）读卡器的分类 3）读卡器的工作方式）读卡器的工作方式 第二节第二节 矿井下无线通讯及射频识别技术矿井下无线通讯及射频识别技术TTFTTF（Tag Talks FirstTag Talks First，标签先发言标签先发言），），RTFRTF（Reader Talks Fi

45、rstReader Talks First，读卡器先发言读卡器先发言）这是读卡器的防冲突协议方式。这是读卡器的防冲突协议方式。 TTF(TTF(标标)和和RTF(RTF(读读) )协议相比，协议相比，TTFTTF方式的标签具有识别速度方式的标签具有识别速度快等特点，适用于需要高速应用的场合快等特点，适用于需要高速应用的场合；它在它在噪声环境中更稳健噪声环境中更稳健，在处理标签数量动态变化的场合也，在处理标签数量动态变化的场合也更为实用。更为实用。 第六章 煤矿井下人员定位系统26/212022-5-27三、射频识别系统的设计三、射频识别系统的设计1 1、读卡器读卡器2 2、标签标签( (又叫电

46、子标签或智能标签，持久性、大容量）又叫电子标签或智能标签，持久性、大容量） 1）标签）标签的基本的基本组成组成 2）标签的分类）标签的分类 3）标签的封装）标签的封装标签的标签的基本构成基本构成 第二节第二节 矿井下无线通讯及射频识别技术矿井下无线通讯及射频识别技术时钟把所有电路功能时序化，以时钟把所有电路功能时序化，以使存储器中的数据在精确的时间使存储器中的数据在精确的时间内被传送到读卡器内被传送到读卡器数据读出数据读出时，时，编码发生器编码发生器把存储器把存储器中的数据编码，调制器接收由编码中的数据编码，调制器接收由编码器编码后的信息，通过天线电路将器编码后的信息，通过天线电路将此信息发射

47、或反射到读卡器。此信息发射或反射到读卡器。 数据写入数据写入时，时，由控制器控制由控制器控制将天线收到的将天线收到的信号解码后写信号解码后写入存储器入存储器第六章 煤矿井下人员定位系统27/212022-5-27三、射频识别系统的设计三、射频识别系统的设计1 1、读卡器读卡器2 2、标签标签( (又叫电子标签或智能标签，持久性、大容量）又叫电子标签或智能标签，持久性、大容量） 1 1）标签）标签的基本的基本组成组成 2 2）标签的分类）标签的分类 3 3）标签的封装）标签的封装第二节第二节 矿井下无线通讯及射频识别技术矿井下无线通讯及射频识别技术（1 1）按供电方式）按供电方式-可分为有源标签

48、和无源标签。可分为有源标签和无源标签。（2 2）按工作方式）按工作方式-分为主动式和被动式标签分为主动式和被动式标签。（3 3）按读写方式）按读写方式-分为只读型和读写型标签。分为只读型和读写型标签。（4 4）按工作频率）按工作频率-可分为低频、中高频、超高频、可分为低频、中高频、超高频、微波标签微波标签。低频为。低频为30300kHz30300kHz；中高频；中高频330MHz330MHz；超；超高频与微波段称为微波射频标签为高频与微波段称为微波射频标签为433.92MHz433.92MHz、862862（902902）928MHz928MHz、1.45GHz1.45GHz、5.8GHz5.

49、8GHz。（5 5）按作用距离）按作用距离-分为密耦合、近耦合、疏耦合分为密耦合、近耦合、疏耦合及远距离标签。及远距离标签。密耦合标签作用距离小于密耦合标签作用距离小于1cm1cm；近耦；近耦合标签大约合标签大约15cm15cm；疏耦合标签大约；疏耦合标签大约1m1m；远距离标签；远距离标签从从1m10m1m10m，甚至更远。，甚至更远。第六章 煤矿井下人员定位系统28/212022-5-27三、射频识别系统的设计三、射频识别系统的设计1 1、读卡器读卡器2 2、标签标签( (又叫电子标签或智能标签，持久性、大容量）又叫电子标签或智能标签，持久性、大容量） 1 1）标签）标签的基本的基本组成组

50、成 2 2）标签的分类）标签的分类 3 3）标签的封装）标签的封装第二节第二节 矿井下无线通讯及射频识别技术矿井下无线通讯及射频识别技术（1 1）封装材质）封装材质-主要有主要有纸标签、塑料标签和玻璃纸标签、塑料标签和玻璃标签。纸标签被制作为带有自粘功能的纸标签标签。纸标签被制作为带有自粘功能的纸标签的形的形式，用来粘贴在被识别的物品上，式，用来粘贴在被识别的物品上，塑料标签采用塑料标签采用特特定的工艺将芯片和天线用特定的塑料材质封装成不定的工艺将芯片和天线用特定的塑料材质封装成不同的标签，塑料材质包括同的标签，塑料材质包括PVCPVC和和PSPPSP，玻璃标签玻璃标签一般一般将芯片和天线用一

51、种特殊的固定物质植入到一定大将芯片和天线用一种特殊的固定物质植入到一定大小的玻璃窗口中，封装成玻璃标签。小的玻璃窗口中，封装成玻璃标签。（2 2）封装形式）封装形式-信用卡和半信用卡标签：信用卡和半信用卡标签：线形标签：线形标签：常见的线形标签有物流和车辆用线形标常见的线形标签有物流和车辆用线形标签；签；盘形标签：盘形标签：是将标签放置在丙烯腈、丁二烯、是将标签放置在丙烯腈、丁二烯、苯乙烯喷铸的外壳里，直径从几毫米到苯乙烯喷铸的外壳里，直径从几毫米到10cm10cm，适用，适用的温度范围较大；的温度范围较大；自粘标签：自粘标签：通过丝网印刷或蚀刻通过丝网印刷或蚀刻技术将标签安放在只有技术将标签

52、安放在只有0.1mm0.1mm厚的塑料膜上，厚的塑料膜上，第六章 煤矿井下人员定位系统29/212022-5-27三、射频识别系统的设计三、射频识别系统的设计1 1、读卡器读卡器2 2、标签标签3 3、天线天线1 1）选择天线的主要参数选择天线的主要参数2 2）读卡器天线）读卡器天线 （1 1）电感式系统的天线）电感式系统的天线 （2 2）微波系统的天线）微波系统的天线3 3）标签天线）标签天线第二节第二节 矿井下无线通讯及射频识别技术矿井下无线通讯及射频识别技术（1 1）天线的工作频率范围）天线的工作频率范围（频带宽度）（频带宽度）（2 2）天线的增益）天线的增益-指在输入功率相等的条指在输

53、入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元在空间同件下，实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的信号的功率密度之比，一点处所产生的信号的功率密度之比，（3 3）天线的极化）天线的极化-电场的方向就是天线极电场的方向就是天线极化方向，线极化和圆极化化方向，线极化和圆极化（4 4）天线的波瓣宽度）天线的波瓣宽度，辐射强度最大的瓣称，辐射强度最大的瓣称为主瓣，其余的瓣称为副瓣或旁瓣，为主瓣，其余的瓣称为副瓣或旁瓣，（5 5）天线的输入阻抗）天线的输入阻抗ZinZin ，天线输入端信号，天线输入端信号电压与信号电流之比，具有电阻分量和电抗电压与信号电流之比，具有电阻分量和电抗分量。分量。 （6

54、 6）有效长度）有效长度-在保持实际天线最大辐射在保持实际天线最大辐射方向上的场强值不变的条件下，天线上电流方向上的场强值不变的条件下，天线上电流分布为均匀分布时天线的等效长度分布为均匀分布时天线的等效长度 3dB的两点间的的两点间的夹角定义为波瓣夹角定义为波瓣宽度宽度第六章 煤矿井下人员定位系统30/212022-5-27三、射频识别系统的设计1、读卡器2、标签3、天线1）选择天线的主要参数2）读卡器天线 （1）电感式系统的天线 （2）微波系统的天线3）标签天线第二节第二节 矿井下无线通讯及射频识别技术矿井下无线通讯及射频识别技术 电感式系统选择原则。电感式系统选择原则。一是天线线圈的电流大

55、；二是功率匹配，三一是天线线圈的电流大；二是功率匹配，三是足够的带宽，是足够的带宽， 电感式系统的连接方法电感式系统的连接方法。一是利用电流匹配来进行连接一是利用电流匹配来进行连接，135kHz135kHz以下以下频率范围内的典型的低成本读卡器，频率范围内的典型的低成本读卡器，二是通二是通过同轴电缆馈接过同轴电缆馈接，超过，超过1 MHz1 MHz以上的频率或以上的频率或是是135 kHz135 kHz频率范围内较长的导线长度，频率范围内较长的导线长度， 品质因数的影晌品质因数的影晌。较高的品质因数值会使天线线圈中的电流强较高的品质因数值会使天线线圈中的电流强度大些。与之相反，天线的传输带宽刚

56、好与度大些。与之相反，天线的传输带宽刚好与品质因数值成反比例变化。选择的品质因数品质因数值成反比例变化。选择的品质因数过高会导致带宽缩小从而明显地减弱应答器过高会导致带宽缩小从而明显地减弱应答器接收到的调制边带。接收到的调制边带。电感读卡器天线的品质电感读卡器天线的品质因数可通过线圈电阻与线圈电阻的欧姆损耗因数可通过线圈电阻与线圈电阻的欧姆损耗和和/ /或串联电阻的比值计算出来。或串联电阻的比值计算出来。品质因数品质因数取决于所需的带宽和由此采用的调制方法，取决于所需的带宽和由此采用的调制方法，第六章 煤矿井下人员定位系统31/212022-5-27三、射频识别系统的设计1、读卡器2、标签3、

57、天线1）选择天线的主要参数2）读卡器天线 （1）电感式系统的天线 （2）微波系统的天线3）标签天线第二节第二节 矿井下无线通讯及射频识别技术矿井下无线通讯及射频识别技术微波系统所使用的天线类型是微波系统所使用的天线类型是基于带基于带状线技术的天线状线技术的天线，即，即平面天线平面天线。特点特点是是建造高度较低并且结构坚固建造高度较低并且结构坚固，能方便地使用光刻技术制造出来，有能方便地使用光刻技术制造出来，有很很高的可复制性高的可复制性，辐射器的基本元件，辐射器的基本元件是直角微带导线组成的。为了得到是直角微带导线组成的。为了得到不不同的定向和极化效应同的定向和极化效应，可以用不同的，可以用不

58、同的方式把方式把辐射器元件组合在一起辐射器元件组合在一起。第六章 煤矿井下人员定位系统32/212022-5-27三、射频识别系统的设计1、读卡器2、标签(又叫电子标签或智能标签，持久性、大容量） 3、天线1）选择天线的主要参数2）读卡器天线 （1）电感式系统的天线 （2）微波系统的天线3）标签天线第二节第二节 矿井下无线通讯及射频识别技术矿井下无线通讯及射频识别技术（1 1）标签天线应具有的性能）标签天线应具有的性能一是体积足够小；一是体积足够小；二是有全向或半球覆盖的方向性；二是有全向或半球覆盖的方向性；三是给标签提供能量；三是给标签提供能量；四是天线的极化能与读卡器查询信号四是天线的极化

59、能与读卡器查询信号相匹配；相匹配；五是价格便宜。五是价格便宜。第六章 煤矿井下人员定位系统33/212022-5-27三、射频识别系统的设计1、读卡器2、标签3、天线1）选择天线的主要参数2）读卡器天线 （1）电感式系统的天线 （2）微波系统的天线3）标签天线第二节第二节 矿井下无线通讯及射频识别技术矿井下无线通讯及射频识别技术（2 2）标签天线的形式）标签天线的形式天线天线模式类型模式类型自由空间带宽自由空间带宽（% %）尺寸（波长）尺寸（波长）阻抗（阻抗（）双偶极子双偶极子全向全向101510150.50.550805080折叠偶极子折叠偶极子全向全向152015200.50.50.050

60、.05100300100300印制偶极子印制偶极子方向性方向性101510150.50.50.50.50.10带面微带面方向性方向性23230.50.50.50.53010030100对数螺旋对数螺旋方向性方向性1001000.30.30.250.25（高（高底直径）底直径）5010050100第六章 煤矿井下人员定位系统34/212022-5-27三、射频识别系统的设计4 4、防冲突方法防冲突方法 1）冲突产生的原因冲突产生的原因:读卡器一次只能与一个标签沟通，因而会有冲突：读卡器一次只能与一个标签沟通，因而会有冲突：（1）读卡器与读卡器之间的干扰）读卡器与读卡器之