基于RFID的礦業(yè)物流管理系統(tǒng)研究
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1．2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計
1)系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計系統(tǒng)地面工作站和數(shù)據(jù)服務(wù)器間選取傳統(tǒng)的C／S體系結(jié)構(gòu)。用戶界面、管理系統(tǒng)軟件存放在工作站上，而數(shù)據(jù)庫訪問及后臺操作則由服務(wù)器來完成。
2)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)設(shè)計數(shù)據(jù)傳輸接口采用標(biāo)準(zhǔn)RS232和RS485串口，也可采用RJ45以太網(wǎng)和無線WLAN接口。傳輸網(wǎng)絡(luò)盡量采用井下已有的安全監(jiān)控系統(tǒng)信道、通信光纜等，在保護(hù)原有投資基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)功能提升。
3)射頻標(biāo)簽選擇射頻標(biāo)簽工作頻率分為低頻(100～500 kHz)、中頻、高頻(13．56 MHz)、超高頻(860～930 MHz)和微波(2．4～5 GHz)。若頻率高，則識別距離大，通信速度快，抗噪能力強(qiáng)，但對障礙物(如液體)的穿透性、方向敏感性不如低頻。因此，結(jié)合兩者優(yōu)點(diǎn)，井下采用工作頻率為低頻和超高頻的雙頻標(biāo)簽。
4)礦井下物流管理閱讀器布置原則 礦井下物資和人員的跟蹤可靠性，是基于RFID的礦井下物流管理系統(tǒng)是否能取得理想效果的關(guān)健，而閱讀器的布置直接影響井下物資、人員的跟蹤精度。閱讀器布置應(yīng)遵循以下原則：
①重點(diǎn)巷道連續(xù)布置 井下車場、人員物資必經(jīng)巷道連續(xù)布置閱讀器?？紤]成本，布置間隔以滿足跟蹤精度為依據(jù)，在此前提下盡量減少布置數(shù)目。
②重點(diǎn)設(shè)備、危險地段必須布置 帶式輸送機(jī)主機(jī)、翻斗等有自然發(fā)火預(yù)兆的重點(diǎn)設(shè)備，除安裝監(jiān)測設(shè)備外，應(yīng)與RFID閱讀器關(guān)聯(lián)以實(shí)現(xiàn)事故預(yù)警。爆破材料庫、油庫、瓦斯區(qū)、封閉火區(qū)等危險地段必須布置閱讀器。
③工作面、必經(jīng)巷道雙向布置 在綜采煤工作面這種既有入口又有出口的地段，相關(guān)位置應(yīng)雙向布置閱讀器。對于1條巷道內(nèi)有多個采面的情況，將采面集中劃分區(qū)域，在區(qū)域出入巷道安裝閱讀器實(shí)行區(qū)域管理。掘進(jìn)面只在入口處布置閱讀器即可實(shí)現(xiàn)人員的定位、跟蹤。
④合理布置臨時、手持式閱讀器 在冒頂危險區(qū)、放炮警戒處、巷道維修地段、臨時禁止通行地段，布置臨時、手持式閱讀器進(jìn)行人員監(jiān)控。
⑤安裝位置易于裝拆 由于采面采礦任務(wù)完成后要落頂封巷，生產(chǎn)任務(wù)完成后愿架設(shè)閱讀器要拆卸，重新布置在新開采面。因此，閱讀器的安裝應(yīng)遵循易于裝拆的原則。
1．3 RFID防碰撞算法
RFID防碰撞算法對于提高礦井下物資和人員的跟蹤可靠性是關(guān)鍵技術(shù)，本系統(tǒng)采用的為行鏈路多標(biāo)簽沖突檢測算法，此算法僅需在電子標(biāo)簽中配置1個8位寄存器、1個1位“0”、“1”隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生器和2個4位加減1計數(shù)器以及少量選擇電路就能實(shí)現(xiàn)最多達(dá)1 048 576個標(biāo)簽的仲裁。仿真表明本算法產(chǎn)生的碰撞概率明顯小于二進(jìn)制數(shù)算法，同時通過寄存器高位的靈活設(shè)置，還能有效解決低標(biāo)簽密度時空傳率高的問題，從而進(jìn)一步降低了碰撞概率。算法步驟：
1)被動方標(biāo)簽中設(shè)計一個4+4位的寄存器(Rel)和1個“0”、“1”隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生器(RGI)，隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生器產(chǎn)生兩組隨機(jī)數(shù)，分別加載到寄存器高位和低4位。其中高位加載的位數(shù)M可以動態(tài)設(shè)為1、2、3或4。
2)主動方讀寫器向所有處在等待態(tài)的標(biāo)簽發(fā)送初始化命令。標(biāo)簽因此進(jìn)入仲裁態(tài)，用RGI產(chǎn)生4比特隨機(jī)數(shù)，加載到Rel高4位R7～R4，低4位R3～R0全部清零。
3)讀寫囂等待一定時間后發(fā)送允許回傳命令。
4)Rel為全零的標(biāo)簽向讀寫器回傳標(biāo)簽ID。
5)如果當(dāng)前只有一個標(biāo)簽回傳ID，讀寫器正確讀取該ID，則發(fā)送確認(rèn)命令，附加命令參數(shù)“低位減1”?；貍鱅D的標(biāo)簽接收到該命令后，進(jìn)入確認(rèn)態(tài)，其他高4位為全零的標(biāo)簽Rel低4位減1，回到步驟4)重復(fù)操作。
6)如果當(dāng)前有多個標(biāo)簽回傳ID，讀寫器通過CRC校驗(yàn)或碼長校驗(yàn)，檢測到錯誤的ID號，則發(fā)送確認(rèn)命令，附加命令參數(shù)“寄存器加1”。接收到讀寫器這個命令后，所有在仲裁態(tài)且Rel為全零的標(biāo)簽由RGI產(chǎn)生1比特隨機(jī)數(shù)和寄存器上的數(shù)相加后重新載入到寄存器中；其他仲裁態(tài)且Rel高4位為零而低4位不為零的標(biāo)簽Rel加1，回到步驟4)重復(fù)操作。
7)如果當(dāng)前沒有標(biāo)簽回傳ID。讀寫器等待一定時間后發(fā)送確認(rèn)命令，附加命令參數(shù)“低位減1”。所有在仲裁態(tài)且高4為全零的標(biāo)簽Rel低4位減1，回到步驟4)重復(fù)操作。
8)低4位減1操作重復(fù)L次(L是一個系統(tǒng)參數(shù)，由系統(tǒng)設(shè)定，經(jīng)驗(yàn)值為4)后，讀寫器認(rèn)為所有在仲裁態(tài)且寄存器高4位為零的標(biāo)簽都已經(jīng)被正確讀取，則發(fā)送確認(rèn)命令，附加命令參數(shù)“高4位減1”，回到步驟4)。
9)標(biāo)簽接收到附加“高位減1”參數(shù)的確認(rèn)命令后，所有Rel高4位不為零的標(biāo)簽高4位減1，回到步驟4)重復(fù)操作；在被要求高位減1前已為零的標(biāo)簽則回到等待態(tài)。
10)重復(fù)2 M次高位減1操作后，讀寫器認(rèn)為所有在仲裁態(tài)的標(biāo)簽都已經(jīng)被讀取，則仲裁過程停止，所有還處于仲裁態(tài)的標(biāo)簽返回等待態(tài)。防碰撞算法實(shí)現(xiàn)電路如圖2所示。
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