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基于射频识别技术与CAN-485总线的矿井人员定位识别系统的研究

作　者: 孔斌
导　师: 李贻斌
学　校: 山东大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 射频识别现场总线防碰撞算法碰撞位检索算法
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 467次
引　用: 3次
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内容摘要

安全生产、保障矿工的生命安全是煤炭行业永恒的主题,研制新型的煤矿井下人员定位识别系统是保证井下人员安全、实现快速救援的重要手段。现有的矿井安全监测监控系统是灾前预警系统,监测对象主要是环境安全参数、生产过程及生产工艺,不能实现井下人员的定位。井下员工的具体位置与分布情况等重要数据不能及时传到井上监控中心,这些都是矿难事故频发而营救效率十分低下的症结所在。因此,建立一套完善的煤矿井下人员定位识别系统具有重大的现实意义,这也是本文主要的研究目的。首先,本文在大量调查研究的基础上,介绍了该领域的国内外研究现状,并深入研究了煤矿井下人员定位识别系统所涉及的两大关键技术——射频识别技术和现场总线技术,并基于这两大技术提出了一种煤矿井下人员定位识别系统的总体设计方案。本文以井下系统为开发主体,分别从硬件和软件两大方面入手,完成了射频识别系统的设计开发和总线通讯网络的组织架构。硬件方面,在查阅大量技术资料的基础上,结合相关市场调查对比,确定了系统硬件选型,利用nRF2401无线射频芯片、MSP430系列单片机和AVR系列单片机,完成了射频识别系统中的核心装置——无线射频收发终端的电路设计以及CAN-485网关的设计,并结合实际操作和实验中出现的问题,给出了系统抗干扰方面的建议。软件方面,本文针对无线射频识别技术中的一大难题——标签防碰撞问题展开研究,在深入研究分析现有解决方案ALOHA算法和二进制搜索算法的基础上,提出一种基于碰撞位数量与位置信息的防碰撞算法——碰撞位检索算法,充分利用碰撞位信息,提高防碰撞效率。文中详细阐述了新算法的设计思想、实现方法,并给出了相关理论证明,实验结果证明,该算法较以往算法能显著减少防碰撞识别过程中的数据发送量,提高射频识别效率,从而有效地解决了射频识别过程中的标签碰撞问题。在对CAN总线技术规范和通讯协议学习研究的基础上,本文还完成了CAN-485复合网络的通信软件设计。最后,对本文所做的工作和取得的成果加以总结,并指出不足之处和需要进一步研究的工作。基于射频识别技术与现场总线技术的煤矿井下人员定位识别系统功能强大,性能优越,可有效地提高煤矿的安全生产水平和应急处理能力,满足了现代化矿井的安全监控要求,对煤炭的安全生产必将起到重大的推动作用,具有良好的推广价值和市场前景。

全文目录

中文摘要  10-12
ABSTRACT  12-14
第一章绪论  14-22
  1.1 课题背景及意义  14-16
    1.1.1 课题的提出  14-15
    1.1.2 选题的意义  15-16
  1.2 国内外煤矿定位识别系统研究现状  16-19
    1.2.1 国外研究发展现状  16-17
    1.2.2 国内研究发展现状  17-18
    1.2.3 存在主要问题  18-19
  1.3 论文的总体规划  19-22
    1.3.1 文章结构树  20
    1.3.2 各个章节规划  20-22
第二章井下人员定位识别系统的方案分析与设计  22-31
  2.1 系统总体设计方案  22-24
    2.1.1 系统目标需求  22-23
    2.1.2 系统功能  23
    2.1.3 系统特点  23-24
  2.2 系统整体网络架构  24-25
  2.3 系统工作原理概述  25
  2.4 相关技术介绍  25-30
    2.4.1 射频识别技术  26-28
    2.4.2 现场总线技术  28-30
  2.5 本章小结  30-31
第三章井下人员定位识别系统硬件设计  31-53
  3.1 射频识别系统的硬件设计  31-42
    3.1.1 射频系统工作频率的选择  32-33
    3.1.2 射频收发终端芯片选型  33-36
    3.1.3 射频传输模式配置  36-38
    3.1.4 电子标签控制模块设计  38-39
    3.1.5 射频收发终端电路设计  39-42
  3.2 现场总线通讯网络的硬件设计  42-49
    3.2.1 CAN总线网络结构设计  43-45
    3.2.2 485局域子网的设计  45-46
    3.2.3 CAN-485网关电路设计  46-49
  3.3 井下系统的硬件抗干扰设计  49-52
    3.3.1 干扰源概述  49-50
    3.3.2 系统硬件抗干扰措施  50-52
  3.4 本章小结  52-53
第四章射频防碰撞算法研究及通讯软件设计  53-75
  4.1 基于碰撞位检索算法的射频防碰撞设计  53-67
    4.1.1 射频防碰撞算法概述  53
    4.1.2 ALOHA算法  53-57
    4.1.3 二进制搜索算法  57-58
    4.1.4 碰撞位检索算法规则与要点  58-61
    4.1.5 碰撞位检索算法的实现  61-62
    4.1.6 各种算法的性能比较与分析  62-67
  4.2 CAN-485通讯软件设计  67-74
    4.2.1 CAN总线控制器初始化  67-69
    4.2.2 井下数据的发送与接收  69-72
    4.2.3 CAN-485网关转换程序设计  72-74
  4.3 本章小结  74-75
第五章定位识别系统模拟巷道实验  75-80
  5.1 模拟巷道实验环境介绍  75-76
  5.2 射频系统定位实验  76-77
  5.3 射频系统识别实验  77-78
  5.4 射频系统防碰撞实验  78-80
第六章总结与展望  80-82
  6.1 课题总结  80
  6.2 本文主要创新点  80-81
  6.3 课题展望  81-82
参考文献  82-86
致谢  86-87
攻读学位期间发表的学术论文及参与项目  87-88
学位论文评阅及答辩情况表  88

基于射频识别技术与CAN-485总线的矿井人员定位识别系统的研究

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