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基于ARM7+RFID读卡器的设计及应用

2010-10-16 5页 pdf 323KB 8阅读

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基于ARM7+RFID读卡器的设计及应用 第29卷第1斓 煤炭技术 v01.29。No.01 2010{i'-1月 CoalTechnology Jant2010 JI III [i! I■■—■■_——●■●■—■一 基于ARM7RFID读卡器的设计及应用 徐广伟,陈金鹰,高 嵩 (成都理工大学信息工程学院,成都610059) 摘要:为实现对煤矿人员定位与跟踪,开发了RadioFrequencyIdentification(简称arm)煤矿人员定位系统。系统由 无线射频收发模块、ControUerAreaNetwork(简称CAN)收发模块和主控芯片模块...
基于ARM7+RFID读卡器的设计及应用
第29卷第1斓 煤炭技术 v01.29。No.01 2010{i'-1月 CoalTechnology Jant2010 JI III [i! I■■—■■_——●■●■—■一 基于ARM7RFID读卡器的设计及应用 徐广伟,陈金鹰,高 嵩 (成都理工大学信息工程学院,成都610059) 摘要:为实现对煤矿人员定位与跟踪,开发了RadioFrequencyIdentification(简称arm)煤矿人员定位系统。系统由 无线射频收发模块、ControUerAreaNetwork(简称CAN)收发模块和主控芯片模块等组成,系统通过RFID读卡器对 RFID卡数据进行凑取并传输到上位机,上位机通过RFID读卡器的位置以获取持卡人的位置,实现了对人员的定位 与跟踪。经调试本系统安全、稳定,达到了设计要求。 关键词:RFID;煤矿;定位 中图分类号:TD65 文献标识码:A 文章编号:1008—8725(2010)01—0052—03 BasedonARM7RFIDReaderDesignandApplication XUGuang—wei,CHENJin—ying,GAOSong (CoUegeofInformationEngneefing,ChengduUniversityofTechnology,Chengdu610059。China) Abstract:Toachievetherightpositioningandtrackingofcoalmineworkels,hasdevelopeda radiofrequency Identification(referredto85Rrn3)minepersonnelpositioningsystem.,Ihesystemhasa radiofrequency transceivermodule,controUer蝴network(referredtoasCAN)transceivermoduleandthemaster—chip moduleetc..出esystemthrough出eRFIDreadertotheRFIDcarddatareadandtransmittedtothehosteom— puter,aecesstothecardholder’sposition,thecomputerthroughthelocationofRFIDreadertoobtainthelo— cationofthecardholdert.Thecommissioningofthissystemsecurity,stabilityandmeetthedesignrequire- ments. Keywords:R兀D:coalmine;location 0 引言 寿命长、安全性高、对环境要求低等优点。 近年来,煤矿高瓦斯矿井的数量不断增加,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。为此,如何正确处理安全与 生产、安全与效益的关系,如何准确、实时、快速履行 煤矿安全监测职能,有效进行矿工管理,保证抢险救 灾、安全救护的高效运作显得尤为重要和紧迫⋯。 RF[D应用到煤矿中可以有效实时地对人员进行跟 踪定位,并且可以对人员进行考勤,提高企业的管理 水平。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30m以上。其次。 RFID标签的数据可以更改,此外,RFlD还具有使用 1 系统设计原理 RFID是“无线射频识别”(RadioFrequencyIdenti. fication)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【2j。RHD 一般包括3个部分:发射装置(RFID标签)、读取传 输设备和信息处理设备。 RFID人员定位与跟踪的原理是RFID读卡器 (位置固定)读到RFID卡的数据,并把数据传送到 上位机,上位机根据RFID卡的数据查找持该卡人 的信息(如姓名、年龄、性别、籍贯等)和读卡器所在 的位置,就可以实现对人员的定位与跟踪。设计采 收稿日期:2009—10—25;修订日期:2009一ll—11 基金资助:四川省教育厅自然科学科研项目重点实验室专项矿山灾害预警与救助新技术体系研发基地(项目编号 2006ZD040),四川省教育厅自然科学类重点项El(项目编号082A102)。 作者简介:徐广伟(1984一),男,山东临沂人,成都理工大学信息工程学院硕士研究生,研究方向:信号与信息处理。 万方数据 第1期 徐广伟,等:基于ARM7RFID读卡器的设计及应用 ·53· 用CAN传输,CAN总线上可以连接110个节点,通 过中继器可以连接更多的节点,煤矿巷道很多,采用 CAN非常适合,而且它们之间可以实现双向通信, 上位机可以控制阅读器,阅读器可以向RHD卡发 送紧急警报指令。矿工发现事故可以通过RFID卡 上的报警按钮发送警报和求救信号。 RFID读卡器设计主要采用ARM7芯片和无线 收发模块读取RFID的数据,并把相关数据通过 CAN传到上位机。原理如图1所示: 图1 RHD读卡器原理图 2 RFID读卡器的硬件 2.1主控芯片 设计的主控芯片采用的是PH砌Ps生产 LPC2119ARM7芯片,LPC2119基于一个支持实时仿 真和跟踪的32位ARM7TDMI—STMCPU,并带有 128k字节(kB)嵌入的高速Flash存储器。‘ 由于LPC2119非常小的“脚封装、极低的功 耗、多个32位定时器、4路10位ADC、2路CAN、 PWM通道、46个GPIO以及多达9个外部中断使它 们特别适用于汽车、工业控制应用以及医疗系统和 容错维护总线。由于内置了宽范围的串行通信接 口,它们也非常适合于通信网关、转换器以及其 它各种类型的应用。 2.2电源模块设计 电源模块式芯片采用的是NationalSemiconductor 公司生产的LMlll7系列芯片,采用LMll73.3和 LMll71.8两款芯片为系统提供3.3V和1.8V电 压,其输出电压精度为±1%范围内。 2.3 CAN传输模块设计 由于本设计应用的需要和LPC2119含有CAN 控制器,CAN收发芯片采用的是CTM8251,CTM8251 是一款带隔离的通用CAN收发器芯片,该芯片内部 集成了所有必需的CAN隔离及CAN收、发器件,芯 片的主要功能是将CAN控制器的逻辑电平转换为 CAN总线的差分电平并且具有DC2500V的隔离功 能。CTM8251是用于CAN控制器与CAN总线之间 的接口芯片,完全符合ISO11898。支持标准波 特率5kbps一1Mbps。至少可连接110个节点。其电 路图如下: 图2 CAN传输电路图 2.4无线射频模块设计 无线射频模块使用Nordic公司的nRF24L01芯 片,nRF24L01是一款工作在2.4。2.5GI-Iz世界通用 ISM频段的单片无线收发器芯片,无线收发器包括: 频率发生器增强型ShoekBurstTM、ShoekBurstTM模式控 制器、率放大器、体振荡器、制器解调器,出功率频道 选择和协议的设置可以通过SPI接口进行。其电路 图如下: 图3无线射频电路图 万方数据 ·54· 煤炭技术 第29卷 3 软件设计 3.1发送和读取RFID数据软件设计 无线射频收发模块采用的是单片2.4G无线射 频收发芯片nRF24L01,其具有增强型ShockBurs∥、 自动应答及自动重发功能、址及CRC检验功能等特 性。nRF24L01有两种数据包处理方式。第一种是: ShockBurstTM(nRF2401nRP24E1nRF2402nRF24E2数 据传输率为1Mbps时相同);第二种是:增强型 ShockBurstTM。 nRF24L01在接收模式下可以接收6路不同通 道的数据,一个数据通道使用不同的地址,但是共用 相同的频道。也就是说6个不同的nRF24L01设置 为发送模式后可以与同一个设置为接收模式的 nRF24L01进行通讯,而设置为接收模式的nRF24L01 可以对这6个发射端进行识别,数据通道0是唯一 的一个可以配置为40位自身地址的数据通道,1。5 数据通道都为8位自身地址和32位公用地址。有 的数据通道都可以设置为增强型ShoekBurstTM模式。 增强型ShockBurstTM接收模式软件设计步骤: (1)ShoekBurstTM接收模式是通过设置寄存器中 PRIM—RX位为高来选择的。准备接收数据的通道 必须被使能(EN—RXADDR寄存器),所有工作在增 强型ShoekBurstTM模式下的数据通道的自动应答功 能是由EN一从寄存器来使能的,有效数据宽度是 由RX—PW—Px寄存器来设置的。 (2)接收模式由设置cE为高来启动。 (3)130us后nRF24L01开始检测空中信息。 (4)接收到有效的数据包后(地址匹配CRC)检 验正确数据存储在RX—F/FO中,同时Rx—D位置 高,并产生中断。状态寄存器中RX—P—NO位显示 数据是由哪个通道接收到的。 (5)如果使能自动确认信号,则发送确认信号。 (6)MCU设置CE脚为低,进入待机模式I(低功 耗模式)。 (7)MCU将数据以合适的速率通过SPI口将数 据读出。 (8)芯片准备好进入发送模式、接收模式或掉电 模式。 3.2 CAN传输软件设计 LPC2119微处理器包含2个CAN模块,通过 CAN把数据传到上位机。CAN发送程序的设计方 法是先向发送寄存器中写入要发送的数据,然后启 动发送。 ARMCAN中为了提高大量数据的发送效率,每 个CAN控制器配有3个独立的发送缓冲寄存器,发 送时要根据缓冲区的实际情况有选择性地把数据写 入3个发送缓冲之一。所以设计发送程序时必须要 先判断哪个缓冲区是空闲的,再把数据写进去。在 设计中,首先判断第1缓冲区,只有它在锁定或正在 发送数据时才判断第2个、第3个(3】。 CAN在启动发送前需指定具体的发送缓冲和 发送命令字。发送程序图如下: 图4 CAN发送程序流程图 4 结束语 本设计特色是采用有源RFID卡,与无源RFlD 卡相比,有源RFID卡使读卡器的读卡距离范围更 大,误读、漏读几率很低,受环境影响低,RFID卡采 用手表式佩戴在手腕上,非常方便,而且上传数据迅 速实时有效,可以有效地实时对矿工进行定位与跟 踪,经调试本系统完全达到了设计要求。 参考文献: [1】叶里莎.RFID技术应用[J].通信技术,2007。(12);267—268. [2](德)KlausFinkenzell著,吴晓峰,陈大才,译.射频识别技术(第3 版)[M].北京:电子工业出版社,2006. [3]周立功.ARM嵌入式系统实验教程(三)一扩展实验[M】.北京: 北京航空航天大学出版社。2005. (责任编辑王秀丽) 万方数据 基于ARM7 RFID读卡器的设计及应用 作者: 徐广伟, 陈金鹰, 高嵩 作者单位: 成都理工大学,信息工程学院,成都,610059 刊名: 煤炭技术 英文刊名: COAL TECHNOLOGY 年,卷(期): 2010,29(1) 引用次数: 0次 参考文献(3条) 1.叶里莎.RFID技术应用[J].通信技术,2007,(12);267-268. 2.(德)Klaus Finkenzell著,吴晓峰,陈大才,译.射频识别技术(第3版)[M].北京:电子工业出版社,2006. 3.周立功.ARM嵌入式系统实验教程(三)-扩展实验[M].北京:北京航空航天大学出版社,2005. 相似文献(10条) 1.期刊论文 张瑞峰 RFID技术在煤矿安全生产管理中的应用 -山西煤炭2004,24(4) RFID射频识别技术是一种非接触式的自动识别技术,通过对煤矿坑道内远距离移动目标进行非接触式信息采集处理,实现对下井人员的考勤,以及井下 的人、车、物在不同状态下的自动识别,实现对煤矿井下的目标监测、跟踪等自动化和信息化管理,并为煤矿安全生产管理提供科学的透明化管理手段. 2.期刊论文 高玉芹.GAO Yu-qin 基于RFID和WSN的煤矿安全监控系统 -仪表技术与传感器2007(12) 介绍了融合WSN和移动标签(RFID)技术的煤矿安全监控系统的组成,描述了系统的主要功能,详细介绍了RFID和固定节点(读卡器)的硬件原理和软件设 计思想,给出了硬件组成原理图和软件设计流程图.并对系统的低功耗设计、频段选择、防碰撞原理、信号强度的测试、定位算法及通信协议等进行了较 详细的分析. 3.期刊论文 宁小兰.刘光富.NING Xiao-lan.LIU Guang-fu RFID在煤矿安全生产中的应用研究 -煤矿机电2009(4) 分析了煤矿现有安全技术存在的问题,提出用RFID技术解决煤矿安全生产中的瓦斯浓度监测及井下作业人员的定位问题,达到预防重大安全事故的发 生和保证煤矿的安全生产. 4.学位论文 杨小庆 RFID和GPRS技术在煤矿人员安全管理系统中的应用研究 2009 煤矿是一个事故多发性的行业,对煤矿人员的安全管理牵动着国家各级主管部门领导的心,采用先进的科学技术保证煤矿的安全生产,实施科技兴 国,科技兴煤,科技兴安战略,建立煤矿安全生产的长效机制,是我国煤矿安全生产工作的必由之路。 @@ RFID技术和GPRS技术是当今最主要的自 动识别技术和无线数据传输技术。RFID技术具有保密性强,无接触式信息传递等特点,GPRS技术具有接入迅速、永远在线、流量计费等特点,这两种技 术目前广泛应用于物流,公共交通,仓储,数据传输等领域。 @@ 本文以RFlD和GPRS技术为基础,设计出一款具有多功能的放置在煤矿井口的读卡 设备。本读卡设备可充当基于RFID技术的煤矿人员安全管理系统中的一个子系统,主要以解决井下职工安全为主要目标,利用RFID技术读取射频卡内职 工的信息,并进行分析和处理,然后通过GPRS无线传输将收集到的信息和数据传送给上级管理部门,方便上级部门的管理。此设备对于下井人员能够掌 握其基本信息,同时对于某一时刻井下的职工数据有具体且准确的,方便有关部门进行追踪,方便统计出勤人员的出勤情况,供劳资科及相关部门 使用。在本设备中,RFID技术与无线传输技术混合使用,分别用于同一系统中各自最适合的环节,使该课题具有很高的研究价值。 @@ 本文对系统 的软硬件整体结构进行了规划,在研究了基于ARM7体系结构的S3C44BOX处理器的基础上,完成了时钟电路,包括FLASH和SDRAM的存储器电路,RFID读写 芯片接口电路,串口电路,数传模块电路,LCD液晶显示屏接口电路的设计,并定制了适用于此设备的μCLinux操作系统。最后提出了系统的不足和改进 之处。 @@关键字:安全管理,S3C44BOX,射频识别,无线传输 5.期刊论文 刘晓芳.杨帆.LIU Xiao-fang.YANG Fan 基于RFID的煤矿监控与定位系统设计 -平顶山工学院学报 2009,18(1) 介绍了一种基于RFID的煤矿监控与定位系统,分析了系统的组成、功能.通过试用,表明系统具有良好的运行性能. 6.期刊论文 魏文刚.WEI Wen-gang 基于RFID的井下目标定位系统在煤矿的应用 -陕西煤炭2009,28(1) 目前中国神华神东煤炭分公司已经实施了企业资产管理系统、办公自动化系统、安全监测监控系统、井下无线通讯系统和井下目标定位系统,这里主 要论述了基于RFID的煤矿井下目标定位系统在神东的具体应用. 7.期刊论文 李雪连.刘超 RFID和GIS技术在矿井安全管理中的应用 -安全2010,31(2) 随着矿产资源开采技术的日益完善,信息采集和处理已逐渐成为矿井管理中重要的技术环节.利用射频识别技术(RFID)、地理信息系统(GIS)技术和网 络技术,可以对煤矿井下人员、车辆,物资等进行可视化定位管理,并对各种危险因素的状态及发展变化进行实时监控、分析、预警,进而开发出煤矿安全 生产可视化监控平台,实现有效的矿井安全管理、灾害预警及抢险救灾. 8.会议论文 陈旭昌 基于RFID的煤矿井下入员定位与管理系统设计 2007 基于射频技术的一些特点,设计了一种煤矿井下人员定位与管理系统,用来解决煤矿井下人员、车辆定位的难题。系统主要包括射频识别系统(含嵌 入式软件)、现场总线网络、数据接口(含嵌入式软件)和上位管理计算机(含管理软件)等四部分。系统通过对煤矿井下远距离目标进行非接触式信息采集 处理,实现对人员在不同状态(移动或静止)下的自动识别。从而实现目标的自动化管理。对改善煤矿的安全生产管理有着重要的现实意义。 9.期刊论文 刘成刚.Liu Chenggang 应用RFID技术实现煤矿矿车管理 -煤矿现代化2007(6) 煤矿矿车运输是我国大多数矿井物料运输的主要方式,如何合理调度,提高矿车利用效率是煤矿管理者经常面对的一个难题.主要表现在: (1)矿车每 日进出矿井的准确时间、数量信息; (2)矿车在煤矿井下的确切位置、数量信息; (3)对井下滞压矿车有效管理; (4)矿车维修记录等. 10.期刊论文 谭周文 基于CAN与无线射频技术的煤矿监控系统设计 -电脑知识与技术2010,6(2) 为了将CAN总线的现场控制优势和射频技术的智能无线识别优势结合到一起,设计了一种基于CAN总线和射频技术的煤矿监控系统.射频芯片选用Intel R1000,可支持EPC GEN2 915MHz RFID标准.处理器选用Samsung公司ARM9 2410芯片作为主控制器. 本文链接:http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_mtjs201001023.aspx 下载时间:2010年5月6日
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