关于煤矿多功能物联网读写器的设计cszm.docx

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1、工程师论论文免费费下载工工程师职职称论文文免费下下载：关于煤矿矿多功能能物联网网读写器器的设计计摘要:介介绍了物物联网的的概念和和结构组组成,分析了了物联网网在煤矿矿中的具具体应用用,详细介介绍了一一种具有有煤矿特特色的多多功能物物联网读读写器的的设计与与实现。该该读写器器应用在在物联网网的感知知层,能够进进行物体体识别和和各类物物理信号号与环境境参数的的传送,为煤矿矿应用物物联网提提供了一一个很好好的感知知层解决决方案。关键词:煤矿;物联网;读写器;射频识识别; ZZigBBee0引言言物联网(Intternnet of Thiingss)又称传传感网,是指将将各种信信息传感感设备和和装置与

2、与互联网网、无线线专网结结合起来来形成的的一个巨巨大网络络,物联网网是在互互联网基基础上延延伸和扩扩展的网网络,其用户户端延伸伸和扩展展到了任任何物品品与物品品之间进进行信息息交换和和通信1。物联联网是一一个比Intternnet更为庞庞大的网网络。在在这个网网络中,系统可可以自动动地、实实时地对对物体进进行识别别、定位位、追踪踪、监控控并触发发相应事事件。物物联网被被称为继继计算机机、互联联网之后后世界信信息产业业的第三三次浪潮潮2。其无无处不在在,无所不不能,被称为为下一个个万亿元元级的产产业和迈迈向信息息社会的的发动机机。目前世界界各国都都相继出出台了与与物联网网相关的的信息化化政策,我

3、国也也已将物物联网列列为重点点培育和和发展的的新兴产产业,无锡物物联网研研究所与与北京邮邮电大学学联合成成立了感感知中国国研究中中心,中国矿矿业大学学也成立立了感知知煤炭研研究所。本本文结合合物联网网在煤矿矿的应用用情况,设计了了一种能能够感知知煤矿“人员、机机械、环环境”安全状状态信息息的多功功能物联联网读写写器。1物联联网结构构物联网是是在计算算机互联联网的基基础上,结合已已有的射射频识别别技术、网网络技术术、数据据库技术术、中间间件技术术等,构筑一一个由大大量联网网的阅读读器和无无数移动动标签组组成的覆覆盖世界界上万事事万物的的网络3。在这这个网络络中,物品能能够彼此此进行交交流,而无需

4、需人的干干预。物物联网实实质就是是利用射射频识别别技术(RFFID),通过计计算机互互联网实实现物品品(商品)的自动识识别和信信息的互互联与共共享。射频识别别技术是是一种能能够让物物品“开口说说话”的技术术。在物物联网中中,射频识识别标签签中存储储着规范范而具有有互用性性的信息息,这些信信息由无无线数据据通信网网络采集集到中央央信息系系统,实现物物品的识识别,进而通通过开放放性的计计算机网网络进行行信息交交换和共共享,从而实实现物品品的智能能管理4。物联网工工作步骤骤:(1)对对物体属属性进行行标识,物体属属性包括括静态和和动态属属性,静态属属性可以以直接存存储在标标签中,动态属属性需要要先由

5、传传感器实实时探测测;(2)需需要识别别设备完完成对物物体属性性的读取,并将信信息转换换为适合合网络传传输的数数据格式式;(3)将将物体的的信息通通过网络络传输到到信息处处理中心心(处理中中心可能能是分布布式的,如家里里的电脑脑或者手手机,也可能能是集中中式的,如中国国移动的的IDCC),由处理理中心完完成物体体通信的的相关计计算。在由EOOC标签、解解读器、Savvantt服务器器、Intternnet、ONS服务器器、PML服务器器以及众众多数据据库组成成的物联联网中,解读器器读出的的EPCC(EllecttronnicPProdductt Coode,电子产产品代码码)只是一一个信息息参

6、考(指针),该信息息经过网网络,传到ONS服务器,找到该EPC对应的IP地址并并获取该该地址中中存放的的相关的的物品信信息。采采用分布布式Savvantt软件系系统处理理和管理理由解读读器读取取的一连连串EPC信息,Saavannt将EPC传给ONSS,ONNS指示Savvantt到一个个保存着着产品文文件的PML服务器器查找,该文件件可由Savvantt复制,因而文文件中的的产品信信息就能能传到供供应链上上。物联网分分为感知知层、网网络层和和应用层层3层,如图1所示。感知层包包括条码码识读器器、RFIID读写器器、传感感器、摄摄像头、传传感器网网络等,主要用用于识别别物体,采集信信息;网络层

7、层包括通通信与互互联网的的融合网网络、网网络管理理中心等等,主要用用于传递递和处理理感知层层获取的的信息;应用层层是物联联网与各各行各业业专业技技术的深深度融合合,与行业业需求相相结合,实现行行业的智智能化管管理。物物联网产产业链可可以分为为标识、感感知、处处理和信信息传送送4个环节,每个环环节的关关键技术术分别为为射频识识别、传传感器、智智能芯片片和无线线传输网网络。在物联网网中,每一个个物品都都被赋予予一个独独一无二二的代码码,将这个个代码存存储在电电子标签签中贴在在物品上上,同时将将这个代代码所对对应的详详细信息息和属性性存储在在射频识识别信息息服务系系统的服服务器中中5。当物物品从生生

8、产到流流通的各各个环节节中被识识别并记记录时,通过对对象名解解析服务务可获得得物品所所属信息息服务系系统的统统一资源源标识,进而通通过网络络从射频频识别信信息服务务器中获获得其代代码所对对应的信信息和属属性,以进行行物品的的识别和和达到对对物品自自动追踪踪管理的的目的。物联网的最终目标是为每一个物品建立全球的、开放的标识标准,它的发展不仅能够实现对物品的实时跟踪,而且能够提高工作效率和信息化管理水平。2物联联网在煤煤矿中的的应用分分析煤炭行业业对国民民经济具具有重要要的支撑撑作用,其安全全生产尤尤为重要要。物联联网为煤煤矿安全全监督管管理引入入了新的的理念、新新的技术术和新的的方法。把把感应器

9、器嵌入到到煤矿安安全监控控系统中中,感知煤煤矿“人员、机机械、环环境”方面的的各种状状态信息息,将现有有分散、独独立、单单一的网网络监管管平台提提升为系系统、开开放、多多元的综综合网络络监管平平台,实现人人与机械械、环境境等物理理系统的的整合,物与物物、人与与物的互互联互动动,从而保保证煤矿矿的安全全生产,实现安安全监督督管理中中“物物互互联、智智能感知知、物物物互动、智智慧处置置”的设想想。物联联网在煤煤矿中的的具体应应用主要要包括以以下几个个方面:(1)地地面生产产系统。实实时监控控煤矿地地面生产产系统中中胶带输输送机、给给煤机、振振动筛、水水泵等矿矿井地面面生产主主要设施施的运行行情况及

10、及启动、停停止等控控制。(2)提提升系统统。实时时监控矿矿井提升升设备开开停及其其运行位位置、提提升控制制系统、人人员等情情况。(3)运运输系统统。实时时监控矿矿井上下下运输系系统轨道道、车辆辆、蓄电电池、充充电装置置等工作作情况。(4)矿矿井安全全监控。监监测井下下甲烷浓浓度、一一氧化碳碳浓度、二二氧化碳碳浓度、氧氧气浓度度、风速速、负压压、温度度、烟雾雾浓度、馈馈电状态态、风门门状态、风风窗状态态、风筒筒状态、局局部通风风机开停停、主要要通风机机开停、工工作电压压、工作作电流等等,实现甲甲烷超限限声光报报警、断断电和甲甲烷风电电闭锁控控制等。(5)矿矿井巷道道延伸跟跟踪。根根据采掘掘进尺数

11、数据生成成最新采采掘图,将采掘掘现状的的剖面图图与煤层层分布图图叠加显显示对比比分析,判断是是否有越越层越界界情况或或趋势。如如有越层层越界情情况发生生对所在在企业发发出越层层越界警警告7。(6)矿矿井安全全隐患监监察。在在巷道分分布图上上设定隐隐患巡查查路线、巡巡查手段段方法,根据隐隐患的类类型、严严重性、分分布区域域进行隐隐患统计计,提供相相应的解解决方案案。(7)矿矿山抢险险救护。一一旦险情情发生,可根据据事故类类型和地地点选择择最佳线线路,迅速调调配抢险险救护队队伍和设设备。(8)道道岔自动动控制系系统。通通过选择择目的地地,道岔自自动控制制系统自自动调整整道岔,待道岔岔完全调调整完毕

12、毕之后,车辆方方可运行行。(9)人人员定位位系统。将将矿井分分割成若若干区域域,在每个个区域都都安装ID扫描传传感器,用来扫扫描该区区域内正正在活动动的员工工的ID,并通过过数据传传输单元元向存储储单元保保存相关关信息。3多功功能物联联网读写写器设计计根据上面面的介绍绍可知,煤矿环环境使用用的物联联网读写写器一方方面要能能够识别别人或物物体,另一方方面需采采集一些些物理信信号和环环境参数数,因此,具有煤煤矿特色色的多功功能物联联网读写写器应具具有无线线射频识识别和无无线传感感数据传传送功能能。无线线射频识识别功能能主要完完成对人人或物体体的识别别,它主要要是对不不同节点点处的人人或物体体上的E

13、PC信号进进行识别别。条码码识读器器分成被被动型识识读器和和主动型型识读器器2类。被被动型识识读器接接入网络络后,其数据据传输端端口不会会自动打打开,需要从从服务器器获取命命令来打打开端口口;当被动动型识读读器读取取到电子子标签数数据后,将数据据暂存在在识读器器的临时时数据区区内,等待服服务器读读取数据据。主动动型识读读器接入入网络后后,其数据传传输端口口将自动动打开;当读取取到电子子标签数数据后,以消息息的形式式向服务务器传送送数据,服务器器只需等等待消息息到来后后处理数数据即可可。设计计的物联联网读写写器的数数据传输输口可自自动打开开,同时具具有数据据存储功功能。由于煤矿矿井下工工作环境境

14、特殊,有大量量的传感感器检测测各类信信号,如瓦斯斯浓度、风风压、温温度等,设计的的物联网网读写器器需要考考虑这些些信号的的传输和和阅读,因此,选用无无线传感感器网络络来完成成各种参参数的传传输功能能。由传传感器采采集到相相应参数数后,通过传传感器本本身所带带的无线线传感器器网络发发送各类类参数,由物联联网读写写器的无无线网络络模块进进行传输输,并存储储在相应应单元中中。采集集到的各各类参数数通过读读写器获获取后还还需传输输到互联联网上。由由于煤矿矿井下巷巷道狭窄窄,无线网网络无法法实现远远距离传传输,采用RS4485、工业业以太网网或现场场总线等等方式与与物联网网中间件件进行通通信,并通过过其

15、传输输到互联联网上。物联网读读写器结结构如图图2所示。微微处理器器选用基基于ARMM9内核的S3CC24440,射频识识别模块块选用RFMM22,无线网网络ZiggBeee模块选选用CC224300。(1)微微处理器器S3CC24440S3C224400采用CPU内核电电源芯片片和复位位芯片来来保证系系统运行行时的稳稳定性,主频为4000 MHHz,最高为5333 MHHz;具有SDRAAM内存;具有FLAASH存储器;具有1个10 M以太网RJ?45接口,通过CS889000网络芯芯片连接接以太网网;具有3个串行行口,其中一一个通过过转换实实现RS4885功能;同时扩扩展了一一个CAN总线模

16、模块实现现现场总总线连接接功能。(2)射射频识别别模块RFMM22RFM222是一款款先进的的低成本本射频收收发模块块,可提供24009330 MMHz的频率,并且拥拥有可调调的输出出功率,最大能能达+200 dBBm。其主主要特性性:数据传传输率为为11128 kbiit/ss;超低能能耗关机机模式;唤醒无无线电功功能;自动频频率控制制;可配置置数据包包结构;前同步步信号检检测;644 B收发数数据寄存存器;温度感感应和8位模数转转换器;跳频功功能;FSSK、GFSSK和OOK调制模模式。物联网读读写器将将要发送送的信息息经编码码后加载载在某一一频率的的载波信信号上,经天线线向外发发送,进入

17、物物联网读读写器工工作区域域的电子子标签接接收该脉脉冲信号号,RFFM222中的有有关电路路对该信信号进行行调制、解解码、解解密,然后对对命令请请求、密密码、权权限等进进行判断断6。若为为读命令令,控制逻逻辑电路路则从存存储器中中读取有有关信息息,经加密密、编码码、调制制后通过过RFMM22内的天天线再发发送给物物联网读读写器,物联网网读写器器对接收收到的信信号进行行解调、解解码、解解密后送送至中央央信息系系统进行行有关数数据处理理;若为修改改信息写写命令,控制逻逻辑电路路提供擦擦写EEPPROMM中的内内容进行行改写;若密码码和权限限不正确确,则返回回出错信信息。(3)无无线网络络ZiggB

18、eee模块CC224300采用CCC24330及其相相应的传传感器电电路实现现物联网网数据采采集的无无线通信信功能。CC224300包含一一个增强强型工业业标准的的8位80551微控制制器内核核,运行时时钟为32 MHzz。CC224300中的无无线收发发模块的的核心部部分是CC224200射频收收发器,通过该该模块实实现节点点与物联联网读写写器间的的数据传传送功能能。4结语语通过对物物联网在在煤矿的的应用分分析,介绍了了一个具具有煤矿矿特色的的,能够进进行物体体识别和和各类物物理信号号与环境境参数传传送的,应用在在物联网网感知层层的多功功能物联联网读写写器的设设计。该该读写器器为煤矿矿应用物

19、物联网提提供了一一个很好好的感知知层解决决方案。参考文献献:1GGONZZALEEZ GG R.Earrly Inffrasstruuctuure of an Intternnetoof TThinngs in Spaacess foor LLearrninng C/IEEEEIInteernaatioonall Coonfeerennce on Advvancce LLearrninngTeechnnoloogiees,220088.2MMICHHAELL K,CATTHIEE L M.TThe Proos.aand Conns.oofRFIDD inn Suupplly CChaiin M

20、Manaagemmentt CC/TheeIntternnatiionaal CConffereencee onn Moobille BBusiinesss,220055.3MMICHHAELL M P. Arcchittectturaal SSoluutioons forr MoobilleRFFID Serrvicces forr thhe IInteerneet oof TThinngs C/IIEEEEConngreess on Serrvicces,20008.4胡清,詹宜巨,黄小虎.基于RFIID企业物联联网及中中间件技技术研究究J.微计算机机信息,20009(20):1665-1167.5宋合营营,赵会群.物联网网分布式式识读器器数据采采集方案案设计与与实现J.北方工工业大学学学报,20008(1):26-30.6艾超,傅华明.现代工工厂中基基于RFIID技术的的物联网网设计J.电子元元器件应应用,20007(12):799-811.