基于RFID的矿业物流管理系统研究

1．2 系统结构设计
1)系统软件结构设计系统地面工作站和数据服务器间选取传统的C／S体系结构。用户界面、管理系统软件存放在工作站上，而数据库访问及后台操作则由服务器来完成。
2)数据传输网络设计数据传输接口采用标准RS232和RS485串口，也可采用RJ45以太网和无线WLAN接口。传输网络尽量采用井下已有的安全监控系统信道、通信光缆等，在保护原有投资基础上实现功能提升。
3)射频标签选择射频标签工作频率分为低频(100～500 kHz)、中频、高频(13．56 MHz)、超高频(860～930 MHz)和微波(2．4～5 GHz)。若频率高，则识别距离大，通信速度快，抗噪能力强，但对障碍物(如液体)的穿透性、方向敏感性不如低频。因此，结合两者优点，井下采用工作频率为低频和超高频的双频标签。
4)矿井下物流管理阅读器布置原则 矿井下物资和人员的跟踪可靠性，是基于RFID的矿井下物流管理系统是否能取得理想效果的关健，而阅读器的布置直接影响井下物资、人员的跟踪精度。阅读器布置应遵循以下原则：
①重点巷道连续布置 井下车场、人员物资必经巷道连续布置阅读器。考虑成本，布置间隔以满足跟踪精度为依据，在此前提下尽量减少布置数目。
②重点设备、危险地段必须布置 带式输送机主机、翻斗等有自然发火预兆的重点设备，除安装监测设备外，应与RFID阅读器关联以实现事故预警。爆破材料库、油库、瓦斯区、封闭火区等危险地段必须布置阅读器。
③工作面、必经巷道双向布置 在综采煤工作面这种既有入口又有出口的地段，相关位置应双向布置阅读器。对于1条巷道内有多个采面的情况，将采面集中划分区域，在区域出入巷道安装阅读器实行区域管理。掘进面只在入口处布置阅读器即可实现人员的定位、跟踪。
④合理布置临时、手持式阅读器 在冒顶危险区、放炮警戒处、巷道维修地段、临时禁止通行地段，布置临时、手持式阅读器进行人员监控。
⑤安装位置易于装拆 由于采面采矿任务完成后要落顶封巷，生产任务完成后愿架设阅读器要拆卸，重新布置在新开采面。因此，阅读器的安装应遵循易于装拆的原则。
1．3RFID防碰撞算法
RFID防碰撞算法对于提高矿井下物资和人员的跟踪可靠性是关键技术，本系统采用的为行链路多标签冲突检测算法，此算法仅需在电子标签中配置1个8位寄存器、1个1位“0”、“1”随机数产生器和2个4位加减1计数器以及少量选择电路就能实现最多达1 048 576个标签的仲裁。仿真表明本算法产生的碰撞概率明显小于二进制数算法，同时通过寄存器高位的灵活设置，还能有效解决低标签密度时空传率高的问题，从而进一步降低了碰撞概率。算法步骤：
1)被动方标签中设计一个4+4位的寄存器(Rel)和1个“0”、“1”随机数产生器(RGI)，随机数产生器产生两组随机数，分别加载到寄存器高位和低4位。其中高位加载的位数M可以动态设为1、2、3或4。
2)主动方读写器向所有处在等待态的标签发送初始化命令。标签因此进入仲裁态，用RGI产生4比特随机数，加载到Rel高4位R7～R4，低4位R3～R0全部清零。
3)读写嚣等待一定时间后发送允许回传命令。
4)Rel为全零的标签向读写器回传标签ID。
5)如果当前只有一个标签回传ID，读写器正确读取该ID，则发送确认命令，附加命令参数“低位减1”。回传ID的标签接收到该命令后，进入确认态，其他高4位为全零的标签Rel低4位减1，回到步骤4)重复操作。
6)如果当前有多个标签回传ID，读写器通过CRC校验或码长校验，检测到错误的ID号，则发送确认命令，附加命令参数“寄存器加1”。接收到读写器这个命令后，所有在仲裁态且Rel为全零的标签由RGI产生1比特随机数和寄存器上的数相加后重新载入到寄存器中；其他仲裁态且Rel高4位为零而低4位不为零的标签Rel加1，回到步骤4)重复操作。
7)如果当前没有标签回传ID。读写器等待一定时间后发送确认命令，附加命令参数“低位减1”。所有在仲裁态且高4为全零的标签Rel低4位减1，回到步骤4)重复操作。
8)低4位减1操作重复L次(L是一个系统参数，由系统设定，经验值为4)后，读写器认为所有在仲裁态且寄存器高4位为零的标签都已经被正确读取，则发送确认命令，附加命令参数“高4位减1”，回到步骤4)。
9)标签接收到附加“高位减1”参数的确认命令后，所有Rel高4位不为零的标签高4位减1，回到步骤4)重复操作；在被要求高位减1前已为零的标签则回到等待态。
10)重复2 M次高位减1操作后，读写器认为所有在仲裁态的标签都已经被读取，则仲裁过程停止，所有还处于仲裁态的标签返回等待态。防碰撞算法实现电路如图2所示。