长距离通信器S1513的矿用安全系统设计
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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 NT／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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