摘要：介绍了井下作业人员管理系统的工作原理和其在实际生产中的应用情况，指出并分析了系统目前存在的缺陷，提出了一种简单易行的解决方案。实践表明，这种方案能很好地弥补之前系统中存在的不足。提高人员定位系统在人员定位和灾难期间的救护能力。
关键词：煤矿；井下；人员管理

在近几年发生的多起煤矿重大安全责任事故中，反映出了一个共性问题：即部分煤矿生产企业劳动组织管理混乱，表现为职工考勤制度执行不严，提前升井现象十分普遍，下井登记、检身管理混乱，煤矿井下人员的数量、实时分布情况难于掌控。

1 煤矿井下作业人员管理系统工作原理

煤矿井下作业人员管理系统由软件系统和硬件系统组成，其中，软件系统包括应用软件和嵌入式软件两部分，主要完成信息的采集、识别、加工及其传输，构建不同的应用系统。硬件系统包括地面监控计算机、传输适配器、射频读写器、射频识别卡和天线等组成，见图1。主要完成信息采集和识别，从而实现人员识别、人员定位的功能。
1.1井下作业人员管理系统硬件设备工作原理
1.1.1射频识别卡和读写器工作原理
(1)射频识别卡：每个射频识别卡具有唯一的电子编码，其内部储存着特殊信息，用来标识目标对象。识别卡平时处于睡眠状态，当进入系统工作区后，射频卡被激活工作，进行射频数据的收发。LOCALhoST识别卡通常随身携带。射频识别卡通常集成有射频前端、逻辑控制、存储器等电路，有的甚至将天线一起集成在同一芯片上。当射频识别卡进入读写器的射频场后，由其天线获得的感应电流通过射频前端电路检得数字信号送入逻辑控制电路进行信息处理；所需回复的信息则从存储器中获取经由逻辑控制电路送回射频前端电路，最后通过天线发回给读写器。
(2)射频读写器：每个监测点安装一个射频读写器，射频读写器将低频的加密数据载波信号经发射天线向外发送，用来激活进入该区域的识别卡；同时把接收天线接收来的识别卡的高频载波信号进行放大、解调。提取有效的数字信号通过rs485等总线传给地面监控计算机。
rhd读写器，读写模块的核心部分包括一个控制用微处理器和一个rfid基站芯片。它能独立完成对符合iso15693标准卡片的所有操作，它还具有与用户主系统的串行通信能力，可根据用户系统的命令完成对rhd卡的读写操作。并将所得数据返回给用户系统，这个用户系统可以是一个主控板或pc机。
rfid读写模块提供多种通信方式与用户系统进行通信，极大地方便了用户的连接。rhd读写器，读写模块硬件主要由中央微处理器(89c52)、rfid基站芯片、高频电路、模块天线、rs232通信电路、复位电路、led状态显示和喇叭驱动电路等组成。其硬件结构见图2。
1.1.2天线设计原理
射频天线含发射天线和接收天线，与井下射频读写器连接，形成监测点，完成与识别卡的通讯。发射天线用于发射天线电信号以激活识别卡，接收天线接收识别卡发出的无线电信号。射频天线固定在巷道顶部，采用同轴电缆与监测点连接，连接距离不大于10m为佳。

rfid的天线主要有线圈型、微带贴片型、偶极子型3种基本形式的天线。其中，小于1m的近距离应用系统的rfid天线一般采用工艺简单、成本低的线圈型天线，它们主要工作在中低频段。而1m以上远距离的应用系统需要采用微带贴片型或偶极子型的rfid天线，它们工作在高频及微波频段。在远距离耦合的rhd应用系统中，最常用的是偶极子天线(又称对称振子天线)。偶极子天线及其演化形式见图3，其中，偶极子天线由两段同样粗细和等长的直导线排成一条直线构成，信号从中间的两个端点馈入，在偶极子的两臂上将产生一定的电流分布，这种电流分布就在天线周围空间激发电磁场，利用麦克斯韦方程就可以求出其辐射场强。

当单个振子臂的长度为λ／4时，输入阻抗的电抗分量为零，天线输入阻抗可视为一个纯电阻。在忽略天线粗细的横向影响下，简单的偶极子天线设计可以取振子的长度为λ／4的整数倍。如工作频率为2.45ghz的半波偶极子天线，其长度约为6cm。当要求偶极子天线有较大的输入阻抗时，可采用图3(b)的折合振子。
1.1.3地面监控计算机
通过对读写器传送来的编码信号进行分析，识别出人员的身份、位置，并将相关信息进行实时显示、存储，可直观动态显示井下人员的分布情况。
1.1.4传输适配器
传输适配器安装在监控计算机旁边，作为数据传输接口，适配器带有rs232／rs485接口，可以连接多个监测点，实现20km以内的远距离信息传输。根据巷道分布图布置监测点，各监测点通过矿用通讯电缆或光缆组网，与传输适配器连接，传输适配器通过rs232与监控计算机连接。
1.2井下作业人员管理系统软件设计工作原理
煤矿井下作业人员管理系统软件设计分为嵌入式软件和应用软件，嵌入式软件主要针对井下硬件设备开发，完成井下实时数据的采集、传输及处理，形成井上数据库；应用软件以数据库为核心完成井下人员定位系统的员工管理和考核统计等功能。嵌入式软件设计主要包括读写器软件设计和射频识别卡软件设计。
1.2.1读写器软件设计
读写器上电，电源指示灯亮，经初始化后，首先从拨码开关上读取相应的信息，然后确定本机的地址、要采取哪种无线通信协议，采用多大的通信速率进行数据上传。按照确定无线

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