摘要：介紹了井下作業(yè)人員管理系統(tǒng)的工作原理和其在實際生產(chǎn)中的應(yīng)用情況，指出并分析了系統(tǒng)目前存在的缺陷，提出了一種簡單易行的解決方案。實踐表明，這種方案能很好地彌補(bǔ)之前系統(tǒng)中存在的不足。提高人員定位系統(tǒng)在人員定位和災(zāi)難期間的救護(hù)能力。 關(guān)鍵詞：煤礦；井下；人員管理 在近幾年發(fā)生的多起煤礦重大安全責(zé)任事故中，反映出了一個共性問題：即部分煤礦生產(chǎn)企業(yè)勞動組織管理混亂，表現(xiàn)為職工考勤制度執(zhí)行不嚴(yán)，提前升井現(xiàn)象十分普遍，下井登記、檢身管理混亂，煤礦井下人員的數(shù)量、實時分布情況難于掌控。 1煤礦井下作業(yè)人員管理系統(tǒng)工作原理 煤礦井下作業(yè)人員管理系統(tǒng)由軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)組成，其中，軟件系統(tǒng)包括應(yīng)用軟件和嵌入式軟件兩部分，主要完成信息的采集、識別、加工及其傳輸，構(gòu)建不同的應(yīng)用系統(tǒng)。硬件系統(tǒng)包括地面監(jiān)控計算機(jī)、傳輸適配器、射頻讀寫器、射頻識別卡和天線等組成，見圖1。主要完成信息采集和識別，從而實現(xiàn)人員識別、人員定位的功能。 1.1井下作業(yè)人員管理系統(tǒng)硬件設(shè)備工作原理 1.1.1射頻識別卡和讀寫器工作原理 (1)射頻識別卡：每個射頻識別卡具有唯一的電子編碼，其內(nèi)部儲存著特殊信息，用來標(biāo)識目標(biāo)對象。識別卡平時處于睡眠狀態(tài)，當(dāng)進(jìn)入系統(tǒng)工作區(qū)后，射頻卡被激活工作，進(jìn)行射頻數(shù)據(jù)的收發(fā)。識別卡通常隨身攜帶。射頻識別卡通常集成有射頻前端、邏輯控制、存儲器等電路，有的甚至將天線一起集成在同一芯片上。當(dāng)射頻識別卡進(jìn)入讀寫器的射頻場后，由其天線獲得的感應(yīng)電流通過射頻前端電路檢得數(shù)字信號送入邏輯控制電路進(jìn)行信息處理；所需回復(fù)的信息則從存儲器中獲取經(jīng)由邏輯控制電路送回射頻前端電路，最后通過天線發(fā)回給讀寫器。 (2)射頻讀寫器：每個監(jiān)測點安裝一個射頻讀寫器，射頻讀寫器將低頻的加密數(shù)據(jù)載波信號經(jīng)發(fā)射天線向外發(fā)送，用來激活進(jìn)入該區(qū)域的識別卡；同時把接收天線接收來的識別卡的高頻載波信號進(jìn)行放大、解調(diào)。提取有效的數(shù)字信號通過RS485等總線傳給地面監(jiān)控計算機(jī)。 RHD讀寫器，讀寫模塊的核心部分包括一個控制用微處理器和一個RFID基站芯片。它能獨立完成對符合ISO15693標(biāo)準(zhǔn)卡片的所有操作，它還具有與用戶主系統(tǒng)的串行通信能力，可根據(jù)用戶系統(tǒng)的命令完成對RHD卡的讀寫操作。并將所得數(shù)據(jù)返回給用戶系統(tǒng)，這個用戶系統(tǒng)可以是一個主控板或PC機(jī)。 RFID讀寫模塊提供多種通信方式與用戶系統(tǒng)進(jìn)行通信，極大地方便了用戶的連接。RHD讀寫器，讀寫模塊硬件主要由中央微處理器(89C52)、RFID基站芯片、高頻電路、模塊天線、RS232通信電路、復(fù)位電路、LED狀態(tài)顯示和喇叭驅(qū)動電路等組成。其硬件結(jié)構(gòu)見圖2。 1.1.2天線設(shè)計原理 射頻天線含發(fā)射天線和接收天線，與井下射頻讀寫器連接，形成監(jiān)測點，完成與識別卡的通訊。發(fā)射天線用于發(fā)射天線電信號以激活識別卡，接收天線接收識別卡發(fā)出的無線電信號。射頻天線固定在巷道頂部，采用同軸電纜與監(jiān)測點連接，連接距離不大于10m為佳。

當(dāng)單個振子臂的長度為λ／4時，輸入阻抗的電抗分量為零，天線輸入阻抗可視為一個純電阻。在忽略天線粗細(xì)的橫向影響下，簡單的偶極子天線設(shè)計可以取振子的長度為λ／4的整數(shù)倍。如工作頻率為2.45GHz的半波偶極子天線，其長度約為6cm。當(dāng)要求偶極子天線有較大的輸入阻抗時，可采用圖3(b)的折合振子。 1.1.3地面監(jiān)控計算機(jī) 通過對讀寫器傳送來的編碼信號進(jìn)行分析，識別出人員的身份、位置，并將相關(guān)信息進(jìn)行實時顯示、存儲，可直觀動態(tài)顯示井下人員的分布情況。 1.1.4傳輸適配器 傳輸適配器安裝在監(jiān)控計算機(jī)旁邊，作為數(shù)據(jù)傳輸接口，適配器帶有RS232／RS485接口，可以連接多個監(jiān)測點，實現(xiàn)20km以內(nèi)的遠(yuǎn)距離信息傳輸。根據(jù)巷道分布圖布置監(jiān)測點，各監(jiān)測點通過礦用通訊電纜或光纜組網(wǎng)，與傳輸適配器連接，傳輸適配器通過RS232與監(jiān)控計算機(jī)連接。 1.2井下作業(yè)人員管理系統(tǒng)軟件設(shè)計工作原理 煤礦井下作業(yè)人員管理系統(tǒng)軟件設(shè)計分為嵌入式軟件和應(yīng)用軟件，嵌入式軟件主要針對井下硬件設(shè)備開發(fā)，完成井下實時數(shù)據(jù)的采集、傳輸及處理，形成井上數(shù)據(jù)庫；應(yīng)用軟件以數(shù)據(jù)庫為核心完成井下人員定位系統(tǒng)的員工管理和考核統(tǒng)計等功能。嵌入式軟件設(shè)計主要包括讀寫器軟件設(shè)計和射頻識別卡軟件設(shè)計。 1.2.1讀寫器軟件設(shè)計 讀寫器上電，電源指示燈亮，經(jīng)初始化后，首先從撥碼開關(guān)上讀取相應(yīng)的信息，然后確定本機(jī)的地址、要采取哪種無線通信協(xié)議，采用多大的通信速率進(jìn)行數(shù)據(jù)上傳。按照確定無線通訊協(xié)議接收射頻識別卡信息，接收到，同時進(jìn)行聲光提示。如果協(xié)議需要校驗，則對接收到的射頻識別卡進(jìn)行相應(yīng)的校驗，校驗合格后，識別卡信息加上進(jìn)入標(biāo)志一起存入上傳通信緩存區(qū)，同時，也把識別卡信息寫入無線接收存儲區(qū)，該識別卡進(jìn)入時間計數(shù)器開始計數(shù)。在一段時間內(nèi)，若這張標(biāo)識卡信息再次被接收到，則計數(shù)器清零，重新計數(shù)；否則，把標(biāo)識卡加上出去標(biāo)志一起存人上傳通信緩存區(qū)，清除該標(biāo)識卡在無線接收存儲區(qū)的信息。在此期間，接收到上傳數(shù)據(jù)的命令，經(jīng)驗證命令準(zhǔn)確，則按協(xié)議上傳數(shù)據(jù)，同時通信指示燈閃爍，待接收到下一幀數(shù)據(jù)，同時把前一幀數(shù)據(jù)從上傳通信緩存區(qū)清除。 1.2.2射頻識別卡軟件設(shè)計 識別卡軟件主要有以下3部分組成：主程序模塊、電源低電壓檢測程序模塊、組織發(fā)送數(shù)據(jù)程序模塊。主程序模塊實現(xiàn)對微處理器MCU和發(fā)射芯片的初始化配置，然后進(jìn)入掉電模式，以節(jié)省電能；電源低電壓檢測程序模塊負(fù)責(zé)對電池電壓的定時監(jiān)測，在識別卡上完成欠壓指示功能的同時，把欠壓信息送人發(fā)射緩沖區(qū)，作為識別卡發(fā)送數(shù)據(jù)包的一部分進(jìn)行無線傳輸；組織發(fā)送數(shù)據(jù)程序模塊完成接收地址、識別卡號、校驗碼及電池狀態(tài)等有效信息由微處理器到發(fā)射模塊的低速傳遞。其中，電源低電壓檢測程序和組織發(fā)送數(shù)據(jù)程序共同構(gòu)成識別卡的中斷程序。 1.2.3上位機(jī)應(yīng)用軟件界面設(shè)計 為了達(dá)到直觀、形象、動態(tài)地顯示井下巷道布置情況，準(zhǔn)確地實現(xiàn)人員定位的目的，大多數(shù)系統(tǒng)會引入第三方圖形控件，將井下巷道布置圖引入到上位機(jī)軟件中，可以在圖形上實時觀察各個站點的人員信息，當(dāng)發(fā)生異常時候還可以監(jiān)測到實時報警信息。在上位機(jī)軟件主界面上可實現(xiàn)如下功能： (1)定位：在圖形上標(biāo)注不同的區(qū)域，通過上位機(jī)軟件對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將各個區(qū)域的數(shù)據(jù)信息顯示在圖上對應(yīng)的位置，并可查看當(dāng)前該區(qū)域有哪些人員。 (2)實時顯示：可在界面上查看各個區(qū)域人員的流動情況。包括進(jìn)出限制區(qū)域、中點區(qū)域時間，超員報警、超時報警、工作異常報警等。 (3)報警功能：可通過設(shè)定下井時間，對下井超過一定時間的人員提示報警，并給出相關(guān)人員的名單等信息；可對進(jìn)入一些重要位置、危險場合的人員進(jìn)行報警，從而有效阻止人員違章進(jìn)入，并將違章人員記錄在案。 (4)模擬動畫：可對圖片進(jìn)行放大、縮小、漫游等功能。可以監(jiān)測特定人員的活動路線，可實現(xiàn)指示燈、區(qū)域信息分類顯示、歷史軌跡回放等功能。