摘要：介紹了井下作業人員管理系統的工作原理和其在實際生產中的應用情況，指出并分析了系統目前存在的缺陷，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之前系統中存在的不足。提高人員定位系統在人員定位和災難期間的救護能力。 關鍵詞：煤礦；井下；人員管理 在近幾年發生的多起煤礦重大安全責任事故中，反映出了一個共性問題：即部分煤礦生產企業勞動組織管理混亂，表現為職工考勤制度執行不嚴，提前升井現象十分普遍，下井登記、檢身管理混亂，煤礦井下人員的數量、實時分布情況難于掌控。 1煤礦井下作業人員管理系統工作原理 煤礦井下作業人員管理系統由軟件系統和硬件系統組成，其中，軟件系統包括應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，構建不同的應用系統。硬件系統包括地面監控計算機、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，從而實現人員識別、人員定位的功能。 1.1井下作業人員管理系統硬件設備工作原理 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，其內部儲存著特殊信息，用來標識目標對象。識別卡平時處于睡眠狀態，當進入系統工作區后，射頻卡被激活工作，進行射頻數據的收發。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。當射頻識別卡進入讀寫器的射頻場后，由其天線獲得的感應電流通過射頻前端電路檢得數字信號送入邏輯控制電路進行信息處理；所需回復的信息則從存儲器中獲取經由邏輯控制電路送回射頻前端電路，最后通過天線發回給讀寫器。 (2)射頻讀寫器：每個監測點安裝一個射頻讀寫器，射頻讀寫器將低頻的加密數據載波信號經發射天線向外發送，用來激活進入該區域的識別卡；同時把接收天線接收來的識別卡的高頻載波信號進行放大、解調。提取有效的數字信號通過RS485等總線傳給地面監控計算機。 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標準卡片的所有操作，它還具有與用戶主系統的串行通信能力，可根據用戶系統的命令完成對RHD卡的讀寫操作。并將所得數據返回給用戶系統，這個用戶系統可以是一個主控板或PC機。 RFID讀寫模塊提供多種通信方式與用戶系統進行通信，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、復位電路、LED狀態顯示和喇叭驅動電路等組成。其硬件結構見圖2。 1.1.2天線設計原理 射頻天線含發射天線和接收天線，與井下射頻讀寫器連接，形成監測點，完成與識別卡的通訊。發射天線用于發射天線電信號以激活識別卡，接收天線接收識別卡發出的無線電信號。射頻天線固定在巷道頂部，采用同軸電纜與監測點連接，連接距離不大于10m為佳。

當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。在忽略天線粗細的橫向影響下，簡單的偶極子天線設計可以取振子的長度為λ／4的整數倍。如工作頻率為2.45GHz的半波偶極子天線，其長度約為6cm。當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地面監控計算機 通過對讀寫器傳送來的編碼信號進行分析，識別出人員的身份、位置，并將相關信息進行實時顯示、存儲，可直觀動態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控計算機旁邊，作為數據傳輸接口，適配器帶有RS232／RS485接口，可以連接多個監測點，實現20km以內的遠距離信息傳輸。根據巷道分布圖布置監測點，各監測點通過礦用通訊電纜或光纜組網，與傳輸適配器連接，傳輸適配器通過RS232與監控計算機連接。 1.2井下作業人員管理系統軟件設計工作原理 煤礦井下作業人員管理系統軟件設計分為嵌入式軟件和應用軟件，嵌入式軟件主要針對井下硬件設備開發，完成井下實時數據的采集、傳輸及處理，形成井上數據庫；應用軟件以數據庫為核心完成井下人員定位系統的員工管理和考核統計等功能。嵌入式軟件設計主要包括讀寫器軟件設計和射頻識別卡軟件設計。 1.2.1讀寫器軟件設計 讀寫器上電，電源指示燈亮，經初始化后，首先從撥碼開關上讀取相應的信息，然后確定本機的地址、要采取哪種無線通信協議，采用多大的通信速率進行數據上傳。按照確定無線通訊協議接收射頻識別卡信息，接收到，同時進行聲光提示。如果協議需要校驗，則對接收到的射頻識別卡進行相應的校驗，校驗合格后，識別卡信息加上進入標志一起存入上傳通信緩存區，同時，也把識別卡信息寫入無線接收存儲區，該識別卡進入時間計數器開始計數。在一段時間內，若這張標識卡信息再次被接收到，則計數器清零，重新計數；否則，把標識卡加上出去標志一起存人上傳通信緩存區，清除該標識卡在無線接收存儲區的信息。在此期間，接收到上傳數據的命令，經驗證命令準確，則按協議上傳數據，同時通信指示燈閃爍，待接收到下一幀數據，同時把前一幀數據從上傳通信緩存區清除。 1.2.2射頻識別卡軟件設計 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、組織發送數據程序模塊。主程序模塊實現對微處理器MCU和發射芯片的初始化配置，然后進入掉電模式，以節省電能；電源低電壓檢測程序模塊負責對電池電壓的定時監測，在識別卡上完成欠壓指示功能的同時，把欠壓信息送人發射緩沖區，作為識別卡發送數據包的一部分進行無線傳輸；組織發送數據程序模塊完成接收地址、識別卡號、校驗碼及電池狀態等有效信息由微處理器到發射模塊的低速傳遞。其中，電源低電壓檢測程序和組織發送數據程序共同構成識別卡的中斷程序。 1.2.3上位機應用軟件界面設計 為了達到直觀、形象、動態地顯示井下巷道布置情況，準確地實現人員定位的目的，大多數系統會引入第三方圖形控件，將井下巷道布置圖引入到上位機軟件中，可以在圖形上實時觀察各個站點的人員信息，當發生異常時候還可以監測到實時報警信息。在上位機軟件主界面上可實現如下功能： (1)定位：在圖形上標注不同的區域，通過上位機軟件對采集到的數據進行處理，將各個區域的數據信息顯示在圖上對應的位置，并可查看當前該區域有哪些人員。 (2)實時顯示：可在界面上查看各個區域人員的流動情況。包括進出限制區域、中點區域時間，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，并給出相關人員的名單等信息；可對進入一些重要位置、危險場合的人員進行報警，從而有效阻止人員違章進入，并將違章人員記錄在案。 (4)模擬動畫：可對圖片進行放大、縮小、漫游等功能。可以監測特定人員的活動路線，可實現指示燈、區域信息分類顯示、歷史軌跡回放等功能。