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煤矿井下人员定位管理系统关键技术的研究

作者：郭海军 Publish: 2007-11-8 Hits:-

【中文题名】

煤矿井下人员定位管理系统关键技术的研究

【英文题名】

Research on Key Technology for Personnel Position Management System in Coal Mine

【学科专业】

采矿工程

【论文级别】

硕士论文

【投稿时间】

2007-11-8

【中关键词】

煤矿,人员定位,射频技术,低功耗,远距离,

【英关键词】

coal,personnel position,RF technology,low-power,long-distance,

【分类导航】

工业技术>矿业工程>矿山电工>矿山生产自动化技术>>

【论文摘要】

煤矿井下环境恶劣,安全隐患多,井下安全生产要求对入井人员进行考勤管理以及井下工作人员实时定位。本文针对目前国内市场上人员定位系统存在标识卡功耗大,抗屏蔽性弱,密封性差,最大被识别距离参数离散性大;读卡器同时识别多张标识卡时偶尔漏卡;抗干扰能力弱等功能不足,结合煤矿井下封闭环境下无线电波传输特性,选择适合煤矿井下的射频技术,对提高系统性能的关键技术进行研究。标识卡设计采用钮扣电池供电,为降低功耗,选用低功耗微控制器,采用间隔模式发射识别信息,在发射间隔时间内,微控制器处于掉电模式,标识卡耗能极低,发射间隔周期为0.4s,实现平均工作电流小于12μA。发射信号采用曼切斯特编码、GFSK调制,LRC校验。同时进行电池电压检测,低于2.2V时设计灯光闪烁和上传欠压信息两种报警方式。采用外置看门狗,提高系统本身抗干扰能力。为提高增益,实现传输距离大于50m,天线设计为2.4GHz频段下λ/4印制单极天线。应用超声波焊接外壳,实现标识卡完全封闭。读卡器设计输入电压为12VDC,工作电流≤100mA,采用热敏电阻对系统进行过流保护,限流值为200mA。输入电源经整流桥、开关管及直流隔离模块等器...

【论文题纲】

摘要	3-4
ABSTRACT	4-8
第一章绪论	8-13
1.1 课题的背景及意义	8-10
1.1.1 课题的背景	8-9
1.1.2 课题研究的意义	9-10
1.2 国内外研究现状	10-12
1.3 作者的主要工作	12-13
第二章读卡器和标识卡的设计要求及设计理论	13-22
2.1 读卡器和标识卡的设计要求	13-14
2.1.1 主要技术指标要求	13
2.1.2 主要功能及特点	13-14
2.1.3 防爆性能要求	14
2.2 读卡器和标识卡的设计原理	14-21
2.2.1 煤矿井下无线通讯特点	14-16
2.2.2 频段选择	16
2.2.3 调制技术	16
2.2.4 防碰撞算法	16-18
2.2.5 校验方式	18
2.2.6 天线设计	18-21
2.3 本章小结	21-22
第三章标识卡的设计	22-33
3.1 标识卡的设计思路	22-23
3.2 硬件电路的设计	23-28
3.2.1 电源	23-24
3.2.2 控制处理单元设计	24-25
3.2.3 射频电路设计	25-27
3.2.4 天线及其匹配电路设计	27-28
3.3 标识卡软件设计	28-31
3.3.1 软件功能流程设计	28-29
3.3.2 主程序设计	29
3.3.3 中断程序设计	29-31
3.3.4 数据发送模块设计	31
3.4 抗干扰设计	31-32
3.5 微低功耗的设计	32
3.6 本章小结	32-33
第四章读卡器设计	33-46
4.1 读卡器的设计思路	33
4.2 硬件电路的设计	33-37
4.2.1 开关电源电路设计	33-35
4.2.2 CPU 的选择	35
4.2.3 拨码开关电路的设计	35
4.2.4 射频电路设计	35-36
4.2.5 通信接口电路的设计	36-37
4.2.6 看门狗电路	37
4.3 硬件电路抗干扰及 PCB 设计	37-38
4.4 软件设计	38-45
4.4.1 软件的设计思路	38-39
4.4.2 主程序流程图	39-41
4.4.3 射频处理流程图	41
4.4.4 有卡处理流程图	41-43
4.4.5 通信处理流程图	43-45
4.5 本章小结	45-46
第五章人员定位系统	46-50
5.1 人员定位系统的结构	46-48
5.1.1 第一级网络：地面监控中心	47
5.1.2 第二级网络：有线数据传输平台	47-48
5.1.3 第三级网络：无线信息采集系统	48
5.2 系统主要技术指标	48
5.3 系统主要功能	48-49
5.4 本章小结	49-50
第六章系统的调试及试验	50-79
6.1 试验要求及依据	50-51
6.2 防爆性能试验	51
6.3 实验室内的功能试验	51-64
6.3.1 标识卡功能测试	54-60
6.3.2 读卡器功能试验	60-64
6.4 巷道内模拟井下现场试验	64-70
6.4.1 标识卡在固定距离识别率测试（1）	65-66
6.4.2 标识卡在固定距离识别率测试（2）	66-67
6.4.3 标识卡以各种速率下通过读卡器的识别率测试	67-68
6.4.4 采用新器件的卡片发射距离测试	68-69
6.4.5 采用不同天线的标识卡发射距离测试	69-70
6.4.6 标识卡在固定距离识别率测试（3）	70
6.5 系统现场工业试验	70-78
6.5.1 试验的系统组成	71
6.5.2 试验方法与步骤	71
6.5.3 分站及读卡器的布置	71-73
6.5.4 测试	73-78
6.6 本章小结	78-79
第七章结论与展望	79-80
参考文献	80-83
致谢	83-84
附录 1 作者在攻读硕士学位期间发表的论文	84
附录 2 作者在攻读硕士学位期间的科研成果	84
附录 3 作者在攻读硕士学位期间获得的奖励	84

【DOI】

LunWen.ID:2.2008.386152



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