一種基于RFID技術(shù)嵌入式礦山安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：針對礦山的安全管理，設(shè)計(jì)一種基于RFID技術(shù)的礦山安全智能監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)采用MF RC500專用讀寫芯片，以嵌入式處理器作為信號控制平臺，實(shí)現(xiàn)了礦山溫濕度、瓦斯檢測和定位監(jiān)測功能。
關(guān)鍵詞：RFID；STM32F103RBT6；ARM；nRF24L01；智能監(jiān)控

0 引言
目前在大部分的中小型礦山中還不能全面的使用高端電子產(chǎn)品，效益好的礦山里用上了GPRS定位系統(tǒng)，但因成本過高不能應(yīng)用到每一個工人的身上。由此設(shè)計(jì)了這套基于射頻技術(shù)的礦山安全監(jiān)控系統(tǒng)，這套設(shè)備具有比GPRS更高的發(fā)射頻率為2．4 GHz，具有更強(qiáng)的穿透能力。一個總臺可同時(shí)監(jiān)控125個分點(diǎn)的溫度、濕度和瓦斯?jié)舛戎狄约八趨^(qū)域礦工的具體身份、位置信息，可根據(jù)實(shí)際的環(huán)境設(shè)定各項(xiàng)檢測數(shù)據(jù)的報(bào)警值。

1 硬件設(shè)計(jì)
整個系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，硬件結(jié)構(gòu)由微處理器、傳感器、A／D轉(zhuǎn)換(STM32F103RBT6內(nèi)部A／D轉(zhuǎn)換器)、鍵盤控制、顯示電路、備用電源組成，硬件電路框圖如圖1所示。系統(tǒng)中分點(diǎn)微控制器和總臺微控制器均采用STM32F103RBT6。分點(diǎn)微控制器主要采集傳感器所收集的環(huán)境數(shù)據(jù)；通過射頻模塊收集各分點(diǎn)在監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的礦工具體位置、身份數(shù)據(jù)；控制射頻模塊將收集的各項(xiàng)信息傳送給控制總臺?？偱_微控制器主要控制射頻收發(fā)總臺收集各分點(diǎn)的具體數(shù)據(jù)；出現(xiàn)危機(jī)情況時(shí)啟動報(bào)警系統(tǒng)；通過鍵盤接收人為信息調(diào)整系統(tǒng)控制數(shù)據(jù)；將總臺的運(yùn)轉(zhuǎn)信息如實(shí)的顯示在顯示器上。在各個模塊中還添加了UPS電源模塊，防止出現(xiàn)特殊情況斷電使各個模塊不能正常工作。

1．1 傳感檢測電路
溫度采集模塊采用美國DALLAS公司生產(chǎn)的一線數(shù)字溫度傳感器DS18B20，測溫范圍是-55～125℃，與單片機(jī)交換信息僅需要一根I／O線，其讀／寫及溫度轉(zhuǎn)換的功率也可來源于數(shù)據(jù)總線，而無需額外電源，節(jié)省I／O口且成本不高。
線性電壓式集成濕度傳感器HM1500LF濕度測量范圍為5％～99％RH，HM1500采用恒壓供電，內(nèi)置放大電路，能輸出與相對濕度呈線性關(guān)系的電壓值。通過A／D轉(zhuǎn)換后可得到非常精確的濕度值。
瓦斯?jié)舛葌鞲衅鱇GS-20是以二氧化錫為基本敏感材料，專門用于可燃?xì)鉂舛葯z測的一種半導(dǎo)體型氣體傳感器。有極高靈敏度和極快的響應(yīng)速度且功耗低。用于對瓦斯等可燃?xì)鉂舛鹊臋z測。工作溫度為-22～50℃；工作濕度范圍為0％～95％RH；采用直流電源供電，電壓范圍為3～5 V，非常適用于對瓦斯等可燃?xì)鉂舛鹊臋z測。負(fù)載電阻RL上的電壓變化可以反映出傳感器敏感組件的電阻RS的變化。傳感器內(nèi)部電路如圖2所示。KGS-20輸出的模擬信號經(jīng)A／D轉(zhuǎn)換后可得到非常精確的濃度值。