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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系统是保证井下工作人员安全、实现快速救援的重要手段。矿难事故频发而营救效率十分低下的症结是煤矿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。因此,建立一套完善的煤矿井下人员定位系统具有重大现实意义。
RFID(Radio Frequency Identification),即射频识别,是一种非接触式的自动识别技术,它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据。RFID具有的优点:它无需接触,直接读取信息;可以在恶劣环境下工作;穿透力强;一次可以处理多个物体,因此可以实现真正的自动化管理。
论文是一篇围绕煤矿井下人员定位系统设计以及防碰撞算法研究的论文。首先对RFID基本概念、发展前景、工作原理、相关理论、关键技术进行简单的介绍。接着阐述了井下人员定位系统的硬件电路设计(包括井下人员射频标签、井下射频阅读基站、远程数据传输接口),通信协议制定及相关底层单片机程序的设计。然后对射频识别技术中的关键技术之一-标签防碰撞算法进行重点讨论,研究常用的几种防碰撞算法,包括ALOHA算法、时隙ALOHA算法、动态时隙ALOHA算法、二进制碰撞算法、二进制搜索算法以及动态二进制搜索算法,并对算法的性能以及每种算法适用的场合进行了总结,并根据项目中对识别时间和数据发射次数的要求,提出两种改进的算法。一种是改进的动态时隙ALOHA算法,该算法是根据上下级阅读器传送上来的数据来确定本地阅读器识别过程的初始时隙数,充分地体现了动态时隙ALOHA算法识别时间短、数据发射次数少的优越性能;另一种是基于分组思想的时隙ALOHA算法,这种算法是在待识别的大量标签中随机选择部分进行读取,多次选择后识别完所有标签,使碰撞概率大大降低,减少了数据发射次数,从而降低射频标签的功耗,这对有源标签来说非常重要。最后对ALOHA算法及其各种改进算法利用MATLAB进行仿真,验证其性能。