RFID在煤矿系统中的应用.pdf

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1、成都理工大学硕士学位论文RFID在煤矿系统中的应用姓名：徐广伟申请学位级别：硕士专业：信号与信息处理指导教师：陈金鹰20100501摘 要 I RFID 在煤矿系统中的应用在煤矿系统中的应用 作者简介：徐广伟 男，1984 年 2 月出生，2007 年 9 月师从于成都理工大学陈金鹰教授，于 2010 年 6 月获工学硕士学位。摘要摘要 本文针对如何建立一套有效的煤矿人员定位与管理系统进行了深入研究，结合矿井实际情况和 RFID 技术优势设计了煤矿井下人员定位与管理系统，并完成了相应的硬件与软件设计。该煤矿井下人员定位与管理系统是集自动控制技术、RFID 技术、网络通讯技术等多学科综合应用为一

2、体的自动识别信息系统。该系统是通过对坑道远距离移动目标进行非接触式信息采集处理，实现了人在不同状况移动、静止下的自动识别，从而实现对目标的自动管理。本文主要从以下几个方面进行了研究。首先，对国内外 RFID 技术的发展和应用进行了前瞻性研究，结合煤矿的实际情况和所面临的问题，通过 RFID 技术、嵌入式技术和 CAN 通信技术，提出在井下关键部位安装 RFID 读卡器监测点，读卡器把监测到的标签数据通过 CAN 总线网络传到地面管理中心的系统方案。其次，系统由硬件设计、软件设计和有源标签设计等部分组成，硬件设计主要由控制模块，CAN 通信模块，射频模块、电源模块、指示模块、显示模块和RS-23

3、2/RS-485 串口通信模块等组成。其中控制模块采用的是 PHILIPS 公司的LPC2119 ARM7 芯片，该芯片具有 SPI 接口和集成了 2 路 CAN 控制器，SPI 接口用来与射频部分通信，CAN 控制器用来往上位机上传数据；射频模块采用的是使用Nordic 公司的 nRF24L01 2.45G 射频芯片；串口通信模块有 RS-232 和 RS-485 两种串口通信，其中 RS-232 采用的是 MAXIM 公司的 MAX3232ECAE，RS-485 则采用的 MAXIM 公司的 MAX13085ECSA；CAN 通信模块采用防电隔离的收发芯片 CTM8251；指示与显示模块的

4、硬件设计主要采用了 LED 与液晶来进行设计，指示模块用 LED灯来指示阅读器运行状态，电源状态，通信指示等，显示模块采用液晶来显示基本信息，包括煤矿名称、巷道名称、阅读器的分机号、读到标签的数据、实时时间等。软件设计同样有射频软件设计、指示与显示软件设计、CAN 通信软件设计等等。该部分主要对射频软件设计和 CAN 通信软件设计进行了研究。射频软件设计部分主要介绍了射频芯片工作模式转换，接收射频数据的软件设计，发送射频数据的软件设计，还有与 MCU 通信的 SPI 接口程序的编写；CAN 通信的软件设计主要研究了 FULLCAN 函数库，以及 CAN 通信中初始化程序设计，接收数据软件设计，

5、发送数据软件设计和中断函数的程序编写。其中 FULLCAN 函数库有 5 个头文件和2 个源文件组成。成都理工大学硕士学位论文 II 有源标签设计采用的是 TI 公司的 MSP430 系列超低功耗单片机和 nRF24L01射频芯片进行设计。有源标签是主动式标签，相对无源标签，读写距离更远，漏读误读概率更低。最后系统进行了功能测试，经测试系统运行安全可靠，实现了功能要求，达到了设计目标。关键词：RFID 煤矿 定位 Abstract III The Application of RFID in Coal Mine System Introduction of Author：Xu Guangwei

6、，male，born in February of 1984，in September 2007 at the Chengdu University of Technology where studied under Professor Chen Jinying,was granted the Master of Engineering in June 2010.Abstract This article studies about how to create an effective positioning and management system for mine personnel c

7、onducted in-depth,combined with the actual situation and RFID technology advantages,design a location and the mine personnel management system,and completed the appropriate hardware and software design.This is an automatic identification of information system which combined with positioning and auto

8、matic control technology,RFID technology and network communication technology and other disciplines into one integrated application.The system through the tunnel distance target acquisition and processing of non-contact information,to achieve a movement in different situations,still under the automa

9、tic identification,in order to achieve the target of automated management.This article studied from the following aspects.First,studied domestic and foreign development and application of RFID technology,combined with the actual situation of coal mines and the problems,through RFID technology,embedd

10、ed technology and CAN communications technology,made a key part in the underground installation of RFID readers monitoring points,reader to tag data to monitor the CAN bus via the network management center to the ground system solutions.Second,the system consists of hardware design,software design a

11、nd active components such as label design,hardware design mainly by the control module,CAN communication module,RF modules,power modules,direct modules,display modules and RS-232/RS-485 serial communication modules and other components.Control module which is Philips LPC2119 ARM7 chip,the chip with

12、SPI interface and a CAN controller integrated 2-way,SPI interfaces used with the RF part of the communication,CAN controller is used to upload data up-bit machine;RF module used of nRF24L01 2.45G RF chip which produced by the Nordic company;Serial communication module with RS-232 and RS-485 two seri

13、al communication,RS-232 which is used in MAXIMs MAX3232ECAE,RS-485 is adopted in MAXIMs 成都理工大学硕士学位论文 IV MAX13085ECSA;CAN communication module using anti-isolation of the transceiver chip CTM8251;the hardware design of Instructions and display module using LED and LCD,Instruction modules with LED lig

14、hts to indicate reader operation status,power status,communication instruction,using liquid crystal display module to display the basic information,instructions,including the name of mine,roadway name,extension reader,read the label data,real time.Display Module through LCD demonstrate basic informa

15、tion,including the mine name,gallery name,extension reader,read the label data,real time and so on.Software design consist of a radio frequency software design,instruction and display software design,CAN communication software design and so on.In this part,the RF communication software design and CA

16、N communication software design were studied.RF software design introduces the radio frequency chip mode conversion,radio frequency data receiver software design,software design to send RF data,as well as communication with the MCU SPI interface program of preparation;CAN communication software desi

17、gn of the FULLCAN main library,and initialize the CAN communication procedures designed to receive data software design,software design and send data interrupt programming functions.Of which there are five tall library files and two source files.Active tags Design uses TIs MSP430 family of ultra-low

18、 power MCU and nRF24L01 RF chip.Active tags compare with passive tags,readers farther,lower the probability of leakage reading misreading.Finally the system of functional tests,tested the system safe and reliable operation,implemented functional requirements,meet the design objectives.Key words：RFID

19、 coal mine Location 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 成都理工大学 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 成都理工大学 有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权 成都理工大学 可以将学位

20、论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本授权书）学位论文作者签名：学位论文作者导师签名：年 月 日第 1 章 引言 1 第第 1 章章 引引 言言 目前 RFID 技术发展迅猛，为设计识别系统提供了方便。RFID 是一种非接触式的自动识别技术。它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID 技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。RFID 技术的基本工作原理并不复杂，其主要组成部分包括读写器和射频卡两部分。读写器和射频卡之间通过无线方式通

21、信，因此它们都有无线收发模块及天线（或感应线圈）。射频卡中有存储器，内存容量为几个比特到几千比特，可以存储永久性数据和非永久性数据。永久性数据可以是射频卡序列号，它是用来作为射频卡的唯一身份标识，不能更改非永久性数据写在 EEPROM 等可重写的存储器内，用来存储用户数据。射频卡进入磁场后，接收读写器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息（Passive Tag，无源标签或被动标签），或者主动发送某一频率的信号（Active Tag，有源标签或主动标签）。读写器读取信息并解码后，通过通信模块送至中央信息系统进行有关数据处理。RFID 在历史上的首次应用可以追溯到第

22、二次世界大战期间，当时的功能是用于分辨出敌方。飞机上装有高耗电量的主动式卷标，当雷达发出询问的讯号，这些卷标就会发出适当的响应，藉以识别出是友军还是敌军。此系统称为 IFF（Identify:Friend or Foe）。目前世界上的飞安管制系统仍是以此为概念。RFID 直接继承了雷达的概念，并由此发展出一种生机勃勃的 AIDC 新技术RFID 技术。1948 年哈里.斯托克曼发表的“利用反射功率的通讯”奠定了射频识别 RFID 的理论基础。RFID 技术发展的历程表。在 20 世纪中，无线电技术的理论与应用研究是科学技术发展最重要的成就之一。RFID 技术的发展可按 10 年期划分如下：19

23、41-1950 年，雷达的改进和应用催生了 RFID 技术，1948 年奠定了 RFID 技术的理论基础。1951-1960 年，早期的 RFID 技术的探索阶段，主要处于实验室实验研究。1961-1970 年，RFID 技术的理论得到了发展，开始了一些应用尝试。1971-1980 年，RFID 技术与产品研发处于一个大发展时期，各种 RFID 技术测试得到加速，出现了一些最早的 RFID 应用。1981-1990 年，RFID 技术及产品进入商业应用阶段，各种规模应用开始出现。1991-2000 年，RFID 技术标准化问题日趋得到重视，RFID 产品得到广泛应用，RFID 产品逐渐成为人们

24、生活的一部分。目前，美国国防部已经在内部采用这种技术来跟踪 40 万种物品，包括空运货物集装箱和“悍马”防弹越野车，2003 年 9 月，国防部向供应商也发出了一成都理工大学硕士学位论文 2 份像沃尔玛那样的通告，要求供应商到 2005 年要采用 RFID 技术。1999 年，美国麻省理工学院的自动识别技术中心（AUTO-ID Center）成立，我国的复旦大学也成立了该实验室。欧洲 RFID 市场发展迅速，在 2008 年增至 44.5 亿英镑。目前每年交易的零售商品总量达到 2600 亿件，在这个数字中，2010 年会有 5%的产品采用 RFID 标签。欧洲最大的 RFID 市场应该是在德

25、国，预计德国采用 RFID 标签的零售商品数量将达到 6 亿件，紧随德国之后的是法国和英国，两国采用 RFID 标签的零售商品数量预计大约在 5 亿件左右，由此可以看出欧洲 RFID 市场的巨大商机。下面从欧洲 RFID 的产品研发能力和具体应用两方面来进行分析：（1）技术方面 欧洲的许多厂家都致力于发展 RFID 相关技术，也取得了巨大成功，如Philips、STMicroelectronics 在积极开发廉价 RFID 芯片；Checkpoint 在开发支持多系统的 RFID 识别系统；诺基亚在开发基于 RFID 的移动电话购物系统；SAP则在积极开发支持 RFID 的企业应用管理软件。在

26、 RFID 芯片设计与制造方面，上海华虹、上海复旦微电子、上海贝岭、北京华大、大唐微电子、深圳毅能达等企业已涉足；在天线设计与制造方面，中国电子科技集团第五十研究所等专业院所正在对不同频段的天线进行研究；在读写设备方面，上海华申智能、深圳远望谷等，已经开发出 900MHz 电子标签超高频的读写器；在系统集成和数据管理软件平台方面，上海交通大学和 AUTO-ID 中国实验室已和 SAP 合作，正在进行电子标签中间件的开发；在应用系统开发方面，行业内的应用占绝大多数，涉足的厂商众多。主要厂商集中于北京、上海、广东三地。其中，上海发展最快，整个 RFID 产业链已经初步形成。（2）应用方面 欧洲在交

27、通、身份识别、生产线自动化控制、物资跟踪等封闭系统与美国基本处在同一阶段。目前，欧洲许多大型企业纷纷进行 RFID 的应用实验。例如麦德龙，欧洲零售商和服装公司 Karstadt、LemmiFashions、Marks&Spencer 和NPCollection 都应用了单品级贴标。此外，欧洲 RFID 应用不仅仅体现在零售业上，荷兰采用 RFID 标签监控花的栽培过程；西班牙利用 RFID 精简医药供应链；空中客车进一步实现 RFID 应用计划；索尼将 RFID 标签集成进闭路 TV 摄像头来监测库存，提高安全性。我国 RFID 技术起步虽晚，但射频识别技术在我国第二代居民身份证、城市公共交

28、通支付、电子证照与商品防伪、特种设备安检、安全管理、动植物电子标识、以及现代物流管理等领域的应用已经取得了较大进展。实华开公司将与日本的 RFID 标准实验室签约，成立“实华开泛在网络技术有限公司”。同时还将与世界 500 强的 4 家企业就有关 RFID 的使用问题签约。第 1 章 引言 3 远望谷与广州市政府就共同推动 RFID 技术应用与产业发展签署了合作框架协议。根据协议，广州市政府为远望谷发展 RFID 产业提供公共服务平台，支持公司参与广州 RFID 技术应用示范工程建设，开拓 RFID 技术应用市场。同时远望谷也将推动 RFID 技术的研发、生产、应用及运营等方面的工作，加强 R

29、FID 技术应用创新研究。由清华大学、同方微电子公司共同研制成功的我国最小尺寸 RFID 芯片，最小面积可达到 0.3 平方毫米，厚度最小达到 50 微米，可嵌入到纸张内，最远识别距离在 5 米左右。该芯片的相关技术已用于 2008 年奥运会门票，在奥运历史上首次实现采用芯片嵌入的门票，数量超过 1600 万张。该技术的应用提高了奥运门票的防伪能力，极大的方便了信息统计和门票管理，加强了奥运安全管理，成为“科技奥运”的一大亮点。近年来，煤矿高瓦斯矿井的在数量不断增加，在分析近期几个煤矿发生的特大事故时发现：（1）地面与井下人员的信息沟通不及时；（2）地面人员难以及时动态掌握井下人员的分布及作业

30、情况，进行精确人员定位；（3）一旦煤矿事故发生，抢险救灾、安全救护的效率低，搜救效果差。必须提升安全生产信息化管理水平，加强以灾害预防、搜救为主要目标的安全生产长效机制，是安全生产工作的必由之路。RFID 应用到煤矿中可以有效地实时的对人员进行跟踪定位，实现煤矿井下作业人员进出的有效识别和监测监控，使管理系统充分体现人性化、信息化和高度自动化，为煤矿管理者提供人员进出限制、考勤作业、监测监控等多方面的管理信息，提高企业的管理水平。一旦发生安全事故，可以快速有效的进行救援。而且 RFID 具有非常明显的优势。首先，它的读取非常方便快捷，数据读取不需要光源，有效识别的距离非常大，通常可以达到 30

31、 米以上。其次，RFID 标签的数据可以更改，此外，RFID 还具有使用寿命长，安全性高、对环境要求低等优点。成都理工大学硕士学位论文 4 第第 2 章章 RFID 在煤矿系统中的应用概述在煤矿系统中的应用概述 2.1 RFID 在煤矿系统中的在煤矿系统中的设计设计原理原理 RFID 人员定位与跟踪的原理是，在井下坑道、作业面的交叉道口等重要位置安装人员定位分站，矿井工作人员随身携带的识别标签，识别标签不断的发射无线射频信号，当工作人员进入人员定位分站读取范围内，定位分站的 RFID 读卡器通过天线接收到识别标签发来的信号，将信号进行分析处理，然后通过 CAN总线将数据上传到上位机，系统数据库

32、查找该标签所对应人员的姓名、年龄、性别、部门、职务等基本信息，从而实现了对目标的自动化定位管理。本系统必须遵循统一发卡、统一装备、统一管理、一人一卡的原则。人员定位与管理系统的应用软件主要用于存储所有跟踪器的记录情况和实时位置。软件可提供给使用者分类、过滤、搜索和报告生成等功能，并利用这些功能完成数据的实现和全面的记录,原理图如 2-1 所示。矿矿地地下下 矿矿地上地上 互联网互联网/GIS/GIS 平平台台 CAN/CAN/组 态 软 件组 态 软 件平台平台 图图 2 2-1 1 矿山管理、监控、灾害预警和灾害救助综合试验平台网络拓扑图 第 2 章 RFID 在煤矿系统中的应用概述 5 2

33、.2 RFID 系统原理系统原理 2.2.1 RFID 简介 RFID 是“无线射频识别”（Radio Frequency Identification）技术的简写，指的是利用无线射频传输技术来存储数据和检索数据的过程，是非接触式自动识别技术的一种。一个典型的 RFID 系统将一个带有独特电子商品代码的数码记忆芯片植入到单个物体上，接受设备能激活 RFID 标签，读取和更改数据，并将信息传输到主机上进行进一步的处理。RFID 一般包括三个部分：发射装置（RFID标签)、读取传输设备和信息处理设备。与传统的条形码相比，RFID 具有非常明显的优势。首先，它的读取非常方便快捷，数据读取不需要光源，

34、有效识别的距离非常大，通常可以达到 30 米以上。其次，RFID 标签的数据可以更改，因此商家可以通过 RFID 标签与消费者进行售后服务方面的互动。此外，RFID 还具有使用寿命长，安全性高、对环境要求低等优点，使得 RFID 技术受到了企业界和科研机构的追捧。根据工作频率的不同 RFID 系统可分为：低频、中频、高频、超高频和微波段 RFID 系统。低频段的 RFID 系统简称 LF RFID，其工作频率范围为 30kHz 300kHz。典型工作频率有：125KHz，133KHz；中高频段的简称 HF RFID，其工作频率一般为 3MHz30MHz，典型工作频率为：13.56MHz；超高频

35、和微波段的简称UHF RFID，其工作频率在 300MHz-5.8GHz，典型工作频率有 433MHz、915MHz、2.45GHz、5.8GHz 等。不同的国家所使用的 RFID 频率也不尽相同。欧洲的超高频是 868MHz，美国的则是 915MHz，日本目前不允许将超高频用到射频技术中。由于使用的频率不同，各系统的性能和工作原理也各不相同。LF RFID 和 HF RFID 系统工作中采用电感耦合，即变压器模型，通过空间高频交变磁场实现耦合，依据的是电磁感应定律；UHF RFID 系统则工作于电磁反向散射耦合方式，既雷达原理模型，发射出去的电磁波，碰到目标后反射，同时携带回目标信息，依据的

36、是电磁波的空间传播规律。工作时，射频标签位于阅读器天线辐射场的远区场内，读写器天线辐射场为无源标签提供射频能量，将标签唤醒。相应的有源射频识别系统阅读距离一般大于 1m，典型情况为 46m，最大可达 10m 以上。阅读器天线一般均为定向天线，只有在阅读器天线定向波束范围内的射频标签可被读/写。RFID 系统一般由电子标签、读写器、天线和后台应用软件几个部分组成，如图 2-2 所示。成都理工大学硕士学位论文 6 控制模块上位机接口模块天线模块射频模块天线模块射频模块RFID阅读器识别卡 图图 2 2-2 2 RFID 体系结构 电子标签依据频率的不同可分为低频电子标签、高频电子标签、超高频电子标

37、签和和微波电子标签。依据封装形式的不同分为信用卡标签、线形标签、纸状标签、玻璃管标签、圆形标签及特殊用途的异形标签等。依据电子标签的供电方式的不同，电子标签可以分为有源电子标签（Active tag）、无源电子标签（Passive tag）和半无源电子标签（Semipassive tag）。有源电子标签内装有电池，无源标签内没有电池，半无源电子标签部分依靠电池工作。本设计采用的是 2.45G 有源电子标签。阅读器通过天线与电子标签进行无线通信，可以实现对标签识别码和内存数据的读出或写入等操作。2.2.2 RFID 的工作原理 RFID 技术的基本工作原理：标签进入磁场后，接收解读器发出的射频信

38、号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息（Passive Tag，无源标签或被动标签），或者主动发送某一频率的信号（Active Tag，有源标签或主动标签）；解读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。一套完整的 RFID 系统，是由阅读器（Reader）与电子标签（TAG）也就是所谓的应答器（Transponder）及应用软件系统三个部分组成，其工作原理是 Reader发射一特定频率的无线电波能量给 Transponder，用以驱动 Transponder 电路将内部的数据送出，此时 Reader 便依序接收解读数据，送给应用程序做相应的处理。以 RFID 卡

39、片阅读器及电子标签之间的通讯及能量感应方式来看大致上可以分成，感应偶合（Inductive Coupling）及后向散射偶合（Backscatter Coupling）两种，一般低频的 RFID 大都采用第一种式，而较高频大多采用第二种方式。阅读器根据使用的结构和技术不同可以是读或读/写装置，是 RFID 系统信息控制和处理中心。阅读器通常由耦合模块、收发模块、控制模块和接口单元组成。阅读器和应答器之间一般采用半双工通信方式进行信息交换，同时阅读器通过耦合给无源应答器提供能量和时序。在实际应用中，可进一步通过 Ethernet 或第 2 章 RFID 在煤矿系统中的应用概述 7 WLAN 等实

40、现对物体识别信息的采集、处理及远程传送等管理功能。应答器是 RFID系统的信息载体，目前应答器大多是由耦合原件（线圈、微带天线等）和微芯片组成无源单元。2.2.3 RFID 技术的优点 比起条码技术，RFID 可以协助企业达到更快速、更便捷、更通透的物品管理，在一切讲求快速反应、立即决策的今天，RFID 所提供的物品管理效率正是企业所需要的，而商机，就在这需求中被创造出来的。条码是一种应用非常广泛的自动识别技术，但 RFID 与之相比优势非常明显：不需要光源，甚至可以透过外部材料读取数据；使用寿命长，能在恶劣环境下工作；能够轻易嵌入或附着在不同形状、类型的产品上；读取距离更远；可以写入及存取数

41、据，标签的内容可以动态改变；能够同时处理多个标签；标签的数据存取有密码保护，安全性更高；可以对 RFID 标签所附着的物体进行追踪定位。以下是 RFID 技术比起条形码技术所体现出来的七大优点：（1）快速扫描 一次只能有一个条形码受到扫描；RFID 辨识器可同时辨识读取数个 RFID 标签。（2）体积小型化、形状多样化 RFID 在读取上并不受尺寸大小与形状限制，不需为了读取精确度而配合纸张的固定尺寸和印刷品质。此外，RFID 标签更方便向小型化与多样化发展，以应用于不同产品。（3）抗污染能力和耐久性 传统条形码的载体是纸张，因此容易受到污染，但 RFID 对水、油和化学药品等物质具有很强抵抗

42、性。此外，由于条形码是附于塑料袋或外包装纸箱上，所以特别容易受到折损，RFID 标签是将数据存储在芯片中，因此可以免受污损。（4）可重复使用 现今的条形码印刷上去之后就无法更改，RFID 标签则可以重复地新增、修改、删除 RFID 标签内储存的数据，方便信息的更新。（5）穿透性和无屏障阅读 在被覆盖的情况下，RFID 能够穿透纸张、木材和塑料等非金属或非透明的材质并能够进行穿透性通信。而条形码扫描器必须在近距离而且没有物体阻挡的情况下，才可以辨读条形码。（6）数据的记忆容量大 一维条形码的容量是 50Bytes，二维条形码最大的容量可储存 2 至 3000 字符，RFID 最大的容量则有数 M

43、Bytes。随着记忆载体的发展，数据容量也有不断成都理工大学硕士学位论文 8 扩大的趋势。未来物品所需携带的资料量会越来越大，对卷标所能扩充容量的需求也相应增加。（7）全性由于 RFID 承载的是电子信息，其数据内容可经由密码保护，使其内容不易被伪造及变造。2.2.4 RFID 技术标准 目前 RFID 存在两个技术标准阵营：一个是总部设在美国麻省理学院的Auto-ID Center，另一个是日本的 Ubiquitous ID Center（UID）。前者的领导组织是美国的 EPC（电子产品代码）环球协会，旗下有沃尔玛集团、英国 Tesco等 100 多家欧美的零售流通企业，同时有 IBM、微

44、软等公司提供技术研究支持。后者主要由日系厂商组成，有日本电子厂商、信息企业和印刷公司等，总计达352 家。日本 UID 标准和欧美的 EPC 标准在使用无线频段、信息位数和应用领域等存在诸多差异。例如日本的 RFID 采用的频段为 2.45GHz 和 13.56MHz，欧美的EPC 标准采用 UHF 频段，如 902MHz-928MHz；日本的电子标签的信息位数 128 位，EPC 标准的位数为 96 位；日本的电子标签标准可用于库存管理、信息发送与接收以及产品和零部件的跟踪管理等，EPC 标准侧重于物流管理、库存管理等。2.2.5 RFID 系统数据的传输 RFID 系统从阅读器到标签方向的

45、数据传输过程中，所有已知的数字方法都可以选用，而与工作频率和耦合方式无关。常用的数据调制解调有幅度调制键控（ASK），频移键控（FSK）和相移键控（PSK）等方式。现代电子标签多数采用ASK 调制方式。为了使代表消息的信号在数字系统或数字信道中有效地传输，必须对信源发出的信号进行变换，使之成为合适的数字脉冲串（一般为二进制冲），这就是信源信号编码。在通信中，信号编码的目的主要有两个，一是将信号变换为适于数字通信系统处理与传输的数字信号形式。二是通过信号编码提高通信的有效性，尽可能减少原消息中的冗余，使单位时间或单位频带上所传的信息量最大。信号编码的作用使要传输的信息及其信号表示尽可能最佳地与传

46、输道的性能相匹配。这种处理包括对信息提供某种程度的保护，从而防止信息受干扰或相碰撞，以及对某些信号特性的蓄意改变。对于不同的传输系统，由于信道特性和要求的指标不同而采用不同的数字脉冲波形。通常使用的波形有矩形脉冲、三角脉冲、高斯脉冲及正余弦脉冲等。由于矩形冲易于形成和变换，所以矩形脉冲成为最常用的数字波形。对于给定的码情况下，使用不同的编码类型可以形成各不相同的二进制脉冲序列。射频识别系统通常使用下列编码法中的一种方法：反向不归零（RZ）码。“高”电平表示 l，“低”电平表示 0。第 2 章 RFID 在煤矿系统中的应用概述 9 曼彻斯特（Manchester）码。曼彻斯特编码在半个比特周期时

47、的负跳变表示 1，半个比特周期时的正跳变表示 0。曼彻斯特编码通常用于从标签到阅读器的数据传输，有利于发现数据传输的错误。单极性归零编码。第一个半比特周期内的“高”表示 1，而持续整个周期的“低”表示 0。脉冲间歇编码。相对脉冲位置编码来说，在下一脉冲前的暂停时间 t 表示 1，而下一脉冲前的暂停持续时间 2t 表示 0。脉冲位置编码。与脉冲间歇编码类似，不同的是在脉冲位置编码中，每个数据比特的宽度是一致的。2.3 CAN 通信技术通信技术 2.3.1 CAN 总线的产生与发展 CANCONTROLLER AREA NETWORK（控制器局部网）是 BOSCH 公司为现代汽车应用领先推出的一种

48、多主机局部网，由于其高性能、高可靠性、实时性等优点现已广泛应用于工业自动化、多种控制设备、交通工具、医疗仪器以及建筑、环境控制等众多部门。控制器局部网将在我国迅速普及推广。由于 CAN 为愈来愈多不同领域采用和推广，导致要求各种应用领域通信报文的标准化。为此，1991 年 9 月 PHILIPS SEMICONDUCTORS 制订并发布了 CAN 技术规范（VERSION 2.0）。该技术规范包括 A 和 B 两部分。2.0A 给出了曾在 CAN 技术规范版本 1.2 中定义的 CAN 报文格式，能提供 11 位地址；而 2.0B 给出了标准的和扩展的两种报文格式，提供 29 位地址。此后，1

49、993 年 11 月 ISO 正式颁布了道路交通运载工具-数字信息交换-高速通信控制器局部网（CAN）国际标准（ISO11898），为控制器局部网标准化、规范化推广铺平了道路。2.3.2 CAN 总线特点 CAN 总线 80 年代初为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据通信协议，它是一种多主总线，通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维。通信速率可达 1MBPS。（1）CAN 总线通信接口中集成了 CAN 协议的物理层和数据链路层功能，可完成对通信数据的成帧处理，包括位填充、数据块编码、循环冗余检验、优先级判别等项工作。（2）CAN 协议的一个最大特点是废除了传

50、统的站地址编码，而代之以对通信数据块进行编码。采用这种方法的优点可使网络内的节点个数在理论上不受限成都理工大学硕士学位论文 10 制，数据块的标识码可由 11 位或 29 位二进制数组成，因此可以定义 211 或 229个不同的数据块，这种按数据块编码的方式，还可使不同的节点同时接收到相同的数据，这一点在分布式控制系统中非常有用。数据段长度最多为 8 个字节，可满足通常工业领域中控制命令、工作状态及测试数据的一般要求。同时 8 个字节不会占用总线时间过长，从而保证了通信的实时性。CAN 协议采用 CRC 检验并可提供相应的错误处理功能，保证了数据通信的可靠性。CAN 卓越的特性、极高的可靠性和