1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　井下人員定位系統(tǒng)是為了提高煤礦人員管理效率和加強(qiáng)井下與地面信息溝通而設(shè)計(jì)的，該系統(tǒng)能夠動(dòng)態(tài)顯示井下工作人員的實(shí)時(shí)位置，并能夠?qū)と说墓ぷ鲿r(shí)間和工作區(qū)域進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。</p><p>　　本報(bào)告首先分析了國(guó)內(nèi)外井下人員定位技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，并比較了其中的優(yōu)缺點(diǎn)。分析了系統(tǒng)的工作原理，并進(jìn)行了功能劃分。系統(tǒng)在設(shè)計(jì)

2、過(guò)程中采用了模塊化思想，從三個(gè)子系統(tǒng)分別對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。報(bào)告中重點(diǎn)研究了井下的無(wú)線通信問(wèn)題，并選擇了RFID（射頻識(shí)別）為井下無(wú)線通信方案；在井下與地面的通信方式中選擇了技術(shù)先進(jìn)、性能可靠的CAN總線技術(shù)；在地面監(jiān)控端結(jié)合當(dāng)前的新技術(shù)采用了GIS（地理信息系統(tǒng)）進(jìn)行井下監(jiān)控情況的實(shí)時(shí)顯示。</p><p>　　關(guān)鍵字：井下人員定位；RFID；CAN；GIS</p><p><b>

3、;　　目錄</b></p><p><b>　　1 緒論6</b></p><p>　　1.1 煤礦生產(chǎn)管理中的問(wèn)題6</p><p>　　1.2 本項(xiàng)目研究的意義7</p><p>　　1.3 井下人員定位系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀8</p><p>　　1.3.1 國(guó)外研究狀況8&l

4、t;/p><p>　　1.3.2 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀8</p><p>　　1.4 井下人員定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)問(wèn)題9</p><p>　　1.5 本項(xiàng)目所做的工作10</p><p>　　2 井下人員定位系統(tǒng)的基本原理11</p><p>　　2.1 定位系統(tǒng)概述11</p><p>　　2.2

5、 井下人員定位系統(tǒng)的基本原理11</p><p>　　3 系統(tǒng)的功能劃分14</p><p>　　3.1 井下無(wú)線監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)14</p><p>　　3.2 地面數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)14</p><p>　　3.3 井下與地面通信子系統(tǒng)15</p><p>　　4 井下無(wú)線通信子系統(tǒng)設(shè)計(jì)17</p>

6、<p>　　4.1 通信的基本知識(shí)17</p><p>　　4.1.1 信號(hào)的轉(zhuǎn)換與編碼17</p><p>　　4.1.2 差錯(cuò)控制17</p><p>　　4.1.3 多路復(fù)用18</p><p>　　4.1.4 傳輸模式18</p><p>　　4.1.5 傳輸協(xié)議18</p>

7、<p>　　4.2 井下人員定位系統(tǒng)無(wú)線通信解決方案及對(duì)比19</p><p>　　4.2.1 藍(lán)牙(Bluetooth)19</p><p>　　4.2.2 HomeRF19</p><p>　　4.2.3 ZigBee20</p><p>　　4.2.4 RFID（射頻識(shí)別）20</p><p&

8、gt;　　4.2.5 WIFI21</p><p>　　4.2.6 無(wú)線MESH網(wǎng)絡(luò)21</p><p>　　4.2.7 幾種無(wú)線通信方案的比較22</p><p>　　4.3 無(wú)線通信方案的確定22</p><p>　　4.4 無(wú)線通信子系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)22</p><p>　　4.4.1 基站硬件電路設(shè)計(jì)

9、23</p><p>　　4.4.2 射頻卡硬件電路設(shè)計(jì)42</p><p>　　4.5 無(wú)線通信子系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)43</p><p>　　4.5.1基站軟件設(shè)計(jì)43</p><p>　　4.5.2 射頻卡軟件設(shè)計(jì)50</p><p>　　5 井下與地面通信子系統(tǒng)設(shè)計(jì)52</p><p&g

10、t;　　5.1 通信方案及比較52</p><p>　　5.1.1 RS-48552</p><p>　　5.1.2 現(xiàn)場(chǎng)總線52</p><p>　　5.1.3 工業(yè)以太網(wǎng)54</p><p>　　5.2 CAN總線55</p><p>　　5.2.1 CAN總線簡(jiǎn)介55</p><p

11、>　　5.2.2 CAN的性能特點(diǎn)55</p><p>　　5.2.3 物理層56</p><p>　　5.3 CAN總線接口電路設(shè)計(jì)56</p><p>　　5.3.1 CAN總線與基站硬件接口電路設(shè)計(jì)61</p><p>　　5.3.2 CAN總線與PC端的硬件接口電路設(shè)計(jì)63</p><p>　　

12、5.4 CAN總線接口電路軟件設(shè)計(jì)68</p><p>　　5.4.1 基站部分CAN總線接口電路軟件設(shè)計(jì)68</p><p>　　5.4.2 PC端CAN總線接口電路軟件設(shè)計(jì)69</p><p>　　6 地面監(jiān)管子系統(tǒng)設(shè)計(jì)71</p><p><b>　　7 總結(jié)77</b></p><p

13、><b>　　附錄A78</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 煤礦生產(chǎn)管理中的問(wèn)題</p><p>　　煤礦的生產(chǎn)分為露天開(kāi)采和地下開(kāi)采，而我國(guó)95%的煤礦開(kāi)采是地下開(kāi)采作業(yè)，而地下開(kāi)采的危險(xiǎn)性較之露天開(kāi)采要大的多。我國(guó)煤層自然賦存條件復(fù)雜多變，影響煤礦安全生產(chǎn)的因素眾

14、多，水、火、瓦斯、煤塵、頂板等自然災(zāi)害時(shí)刻都在威脅礦井工作人員的生命安全，都可能是造成事故的客觀因素，礦井重大災(zāi)害及傷亡事故隨時(shí)都有可能發(fā)生。據(jù)調(diào)查煤礦事故占工礦企業(yè)一次死亡10人以上特大事故的72.8%至89.6%(2002~2005年)。近幾年，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)對(duì)能源的需求增大，煤炭行業(yè)的開(kāi)始復(fù)蘇，我國(guó)煤炭開(kāi)采在規(guī)模和產(chǎn)量上都逐年擴(kuò)大，但是通過(guò)以上觸目驚心的數(shù)據(jù)我們卻看到煤礦行業(yè)安全生產(chǎn)的形勢(shì)非常嚴(yán)峻，造成的損失是極其慘重的。特別是煤礦

15、重大及特大瓦斯(煤塵)災(zāi)害事故的頻發(fā)，不但造成國(guó)家財(cái)產(chǎn)和公民生命的巨大損失，增加了社會(huì)的不穩(wěn)定團(tuán)素，而且嚴(yán)重影響了我國(guó)的國(guó)際聲譽(yù)。實(shí)際上，這些事故的發(fā)生不是偶然的，它是煤礦生產(chǎn)過(guò)程中存在問(wèn)題的集中暴露，涉及許多方面。既有自然因素、科技投入和研究的不足，也有人為因素以及國(guó)家的體制、煤礦企業(yè)管理不善等因素。更讓人擔(dān)憂的是，煤礦井下普遍存在入井人員管理困難，難以及時(shí)掌握井下人員的動(dòng)態(tài)分布及作業(yè)情況</p><p>　　

16、目前國(guó)家對(duì)煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)要求的不斷提高和企業(yè)自身發(fā)展的需要，我國(guó)各大、中、小煤礦的高瓦斯或瓦斯突出礦井陸續(xù)在裝備礦井監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)的裝備大大提高了礦井安全生產(chǎn)水平和安全生產(chǎn)管理效率。但是，現(xiàn)有的礦井監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測(cè)對(duì)象主要有兩種，一是環(huán)境安全監(jiān)測(cè)：監(jiān)測(cè)各種有害氣體及工作面的作業(yè)條件，如瓦斯?jié)舛?、一氧化碳、氧氣濃度、風(fēng)速、空氣溫度、壓力、粉塵濃度等等；二是生產(chǎn)過(guò)程、生產(chǎn)工藝監(jiān)測(cè)：監(jiān)測(cè)主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)的各種生產(chǎn)參數(shù)和重要設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，如

17、煤倉(cāng)料位、水倉(cāng)水位、水泵、提升機(jī)、扇風(fēng)機(jī)、壓風(fēng)機(jī)、膠帶輸送機(jī)、采煤機(jī)等運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)等運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)?？梢钥闯?，井下礦工并不是現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控對(duì)象，他們?cè)诰碌奈恢煤瓦\(yùn)行軌跡仍然是不得而知的，一旦發(fā)生突發(fā)性災(zāi)難營(yíng)救工作將無(wú)從下手。礦難事故發(fā)生后，對(duì)遇難的井下工作人員生命的搶救成為首要任務(wù)，決策指揮人員必須全面分析災(zāi)情及其災(zāi)變趨勢(shì)，迅速組織偵察工作，準(zhǔn)確探明事故性質(zhì)、原因、影響范圍、遇險(xiǎn)人員數(shù)量和所在位置，以最快的速度、最短的路線進(jìn)入災(zāi)

18、區(qū)，營(yíng)救災(zāi)區(qū)遇險(xiǎn)人員。然而，目前國(guó)內(nèi)煤礦正在使用的該類(lèi)監(jiān)控系統(tǒng)，并不能實(shí)時(shí)提供井下工作人員的具體位置與分布情況等重要數(shù)據(jù)</p><p>　　1.2 本項(xiàng)目研究的意義</p><p>　　面對(duì)我國(guó)煤礦安全生產(chǎn)的嚴(yán)峻形勢(shì)，用高新技術(shù)和先進(jìn)實(shí)用技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，增加科技含量，促進(jìn)產(chǎn)品更新?lián)Q代，提高產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益，是走新型煤炭工業(yè)化道路的必然選擇。煤礦的現(xiàn)代化管理和煤礦的安全生產(chǎn)是煤炭行業(yè)舉

19、足輕重的大事。在煤炭行業(yè)管理和安全方面，人的管理是一個(gè)十分關(guān)鍵的問(wèn)題。長(zhǎng)期以來(lái)，大部分礦井，尤其是現(xiàn)代化的礦井，井下都是連續(xù)生產(chǎn)，然而煤礦井下的員工狀況如何，一直是較難查清的問(wèn)題。到目前為止，即使是我國(guó)的現(xiàn)代化礦井的管理，也只能是依據(jù)傳統(tǒng)礦燈管理、領(lǐng)取工作牌等考勤方式來(lái)了解下井人員的數(shù)量和情況。隨著無(wú)線通信、自動(dòng)識(shí)別和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)測(cè)應(yīng)用領(lǐng)域中的不斷發(fā)展，如何確定災(zāi)害事故中遇險(xiǎn)人員的具體情況和分布位置得到進(jìn)一步地解決。特

20、別是在國(guó)內(nèi)射頻識(shí)別技術(shù)的引進(jìn)和發(fā)展，使得對(duì)下井人員進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤變得可行。利用射頻識(shí)別技術(shù)對(duì)井下人員進(jìn)行跟蹤定位不僅能方便決策人員快速準(zhǔn)確了解井下遇險(xiǎn)人員的具體分布位置、贏得搶救的寶貴時(shí)間，還可以用于煤礦的日常考勤、生產(chǎn)調(diào)度等方面。不僅加強(qiáng)了煤炭行業(yè)的生產(chǎn)與安全管理，使生產(chǎn)調(diào)度及時(shí)、準(zhǔn)確，更得使煤礦的安全生產(chǎn)保障系統(tǒng)大大提高。</p><p>　　在建立了井下人員定位系統(tǒng)后，若井下發(fā)生突發(fā)事件，可立即通過(guò)地面主機(jī)實(shí)

21、時(shí)查出井下各位置的人員狀況，這樣就能夠做出及時(shí)的搶救決策，使事故損失降到最低。平時(shí)可以用來(lái)指揮生產(chǎn)做出優(yōu)化決策，使生產(chǎn)指揮高效。煤礦井下人員定位系統(tǒng)的研究具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。煤礦井下人員定位系統(tǒng)將在礦井的防災(zāi)、減災(zāi)以及提高生產(chǎn)效率方面發(fā)揮著重大的作用，而高性能的計(jì)算機(jī)礦井監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用前景尤為的廣闊。</p><p>　　1.3 井下人員定位系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　1.3.

22、1 國(guó)外研究狀況</p><p>　　國(guó)外研制礦井計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)始于20世紀(jì)60年代，為保證煤礦安全生產(chǎn)，世界主要產(chǎn)煤國(guó)（如美國(guó)、英國(guó)、德國(guó)、波蘭、前蘇聯(lián)等）從50年代開(kāi)始，陸續(xù)地把監(jiān)測(cè)、監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用到安全生產(chǎn)管理上。隨著射頻識(shí)別技術(shù)的興起，國(guó)外也加快了這一領(lǐng)域的發(fā)展，并成功地將其應(yīng)用到了井下人員定位監(jiān)控系統(tǒng)中。英國(guó)的Davis Derby Limited公司采用最新的無(wú)線射頻技術(shù)開(kāi)發(fā)了專(zhuān)門(mén)用于煤礦井下應(yīng)用的多標(biāo)

23、簽讀取系統(tǒng)；戴維斯德比公司在地面和井下RFID系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)、銷(xiāo)售服務(wù)等方面，已擁有十幾年的豐富經(jīng)驗(yàn)；澳大利亞芒特艾薩礦業(yè)公司開(kāi)發(fā)了一種人員探測(cè)系統(tǒng)，用于監(jiān)測(cè)礦工進(jìn)入危險(xiǎn)地帶；在南非的德里方月(Driefontayne)礦，安裝了一種人員跟蹤系統(tǒng)，它使用由澳大利亞ISD公司制造的一種射頻識(shí)別系統(tǒng)源信標(biāo)；這個(gè)系統(tǒng)使用頂板安裝的天線，用來(lái)監(jiān)控裝在每個(gè)礦工帽上的小型無(wú)源信標(biāo)。1990年8月，美國(guó)安菲斯公司利用超低頻信號(hào)的穿透力研制開(kāi)發(fā)的世界

24、唯一套可實(shí)現(xiàn)超低頻信號(hào)穿透巖層進(jìn)行傳輸?shù)臒o(wú)線急救通訊系統(tǒng)(PED，即Personal Emergeney Device系統(tǒng))在悉尼附近的一所煤礦投入使用。PED系統(tǒng)的先進(jìn)技術(shù)工藝和優(yōu)</p><p>　　1.3.2 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　我國(guó)監(jiān)測(cè)監(jiān)控技術(shù)起步較晚，自1974年以來(lái)，僅有幾種單一的瓦斯監(jiān)測(cè)儀器投入使用，如AYJ-1，AWBY-1.2，MJC-100等，實(shí)現(xiàn)了對(duì)瓦斯

25、的連續(xù)監(jiān)測(cè)。為了加快實(shí)現(xiàn)煤炭工業(yè)現(xiàn)代化管理的步伐，我國(guó)先后從波、法、德、英、美等國(guó)批量引進(jìn)了安全監(jiān)控系統(tǒng)并裝備了部分煤礦，如美國(guó)的SCADA系統(tǒng)、英國(guó)的MINOS系統(tǒng)、德國(guó)的TF200系統(tǒng)、法國(guó)的CTT63/40/u系統(tǒng)、加拿大森透里昂系統(tǒng)，這些系統(tǒng)在我國(guó)煤炭行業(yè)中發(fā)揮了作用，也為我國(guó)研制礦用監(jiān)控系統(tǒng)提供了很好的借鑒。國(guó)內(nèi)曾由中國(guó)煤炭部安全司、中國(guó)國(guó)際技術(shù)咨詢(xún)公司連手與安菲斯公司確定合作關(guān)系，決定三方共同在中國(guó)煤炭領(lǐng)域推廣PED系統(tǒng)。1

26、998年，人同礦務(wù)局在人同煤峪口礦安裝了中國(guó)第一套PED系統(tǒng)。結(jié)果證明PED系統(tǒng)信號(hào)可以穿透巖層傳播并覆蓋到全部生產(chǎn)區(qū)，發(fā)出和收到信號(hào)準(zhǔn)確率為100%，最遠(yuǎn)穿透距離達(dá)2.8公里。</p><p>　　80年代后期，在引進(jìn)外國(guó)設(shè)備的同時(shí)，消化、吸收了制造技術(shù)，并結(jié)合我國(guó)煤礦的實(shí)際情況，先后研制出自己的監(jiān)控系統(tǒng)，如KJ1，KJ2，KJ4，A-1，KJ10，KJ11，KJ22，KT，KJ95及焦作工學(xué)院研制的KJ93礦

27、井安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)等，并在我國(guó)煤礦大批使用，有的系統(tǒng)已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。這些系統(tǒng)主要也是側(cè)重于安全參數(shù)的檢測(cè)，而沒(méi)有對(duì)下井人員進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。</p><p>　　隨著自動(dòng)識(shí)別技術(shù)在國(guó)內(nèi)各行各業(yè)的發(fā)展和應(yīng)用，國(guó)內(nèi)一些煤炭科研機(jī)構(gòu)不斷推出新一代的人員自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)，并成功應(yīng)用于下井人員的管理。到門(mén)前為止國(guó)內(nèi)部分礦井，尤其是現(xiàn)代化礦一井都安裝了識(shí)別系統(tǒng)，用以取代以前依據(jù)礦燈管理來(lái)對(duì)下井人員進(jìn)行管理。人員識(shí)別系統(tǒng)從最初的條

28、形碼、光電孔卡式到現(xiàn)在的指紋、紅外線式考勤形式各不相同，這些技術(shù)裝備利用不同的識(shí)別原理對(duì)下井人員進(jìn)行監(jiān)控、記錄。深圳世紀(jì)潮智能科技有限公司與煤炭科學(xué)研究總院重慶分院一起，于2003年8月開(kāi)始研究“礦井人員跟蹤定位及考勤管理系統(tǒng)”，經(jīng)過(guò)資料收集、調(diào)研、方案論證、設(shè)計(jì)、試驗(yàn)室試驗(yàn)、樣機(jī)加工、性能測(cè)試、防爆送檢及井下工業(yè)性試驗(yàn)等階段，歷時(shí)近一年半，完成了全部研究?jī)?nèi)容。礦井人員跟蹤定位及考勤管理系統(tǒng)在完成了全部開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)、樣機(jī)生產(chǎn)加工、實(shí)驗(yàn)室性能

29、測(cè)試和防爆檢測(cè)檢驗(yàn)后，成套產(chǎn)品于2004年10月在重慶松藻煤電集團(tuán)公司二礦、西山焦煤集團(tuán)屯蘭礦、山西離柳焦煤集團(tuán)有限公司朱家店煤礦第二坑口等地進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)安裝和工業(yè)性試驗(yàn)。</p><p>　　我國(guó)現(xiàn)在研發(fā)的新型人員定位系統(tǒng)主要以有源射頻卡為基礎(chǔ)，提高了射頻卡的使用的方便性，但由于基于射頻識(shí)別耦合原理的有效通信距離仍然相對(duì)較短。普遍用于遠(yuǎn)距離射頻識(shí)別的2.4G頻段的信號(hào)對(duì)障礙物的穿透力很弱，信號(hào)衰減快。而礦山的井巷

30、往往錯(cuò)綜復(fù)雜，環(huán)境十分惡劣，當(dāng)多人同時(shí)經(jīng)過(guò)井下同一射頻閱讀基站時(shí)，往往出現(xiàn)漏讀率較高，系統(tǒng)穩(wěn)定性不夠等問(wèn)題。</p><p>　　1.4 井下人員定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)問(wèn)題</p><p>　　井下人員定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有以下幾個(gè)難點(diǎn)問(wèn)題：</p><p>　　1. 礦井下環(huán)境惡劣，通信條件復(fù)雜，并且屬于易燃易爆場(chǎng)所，因此對(duì)通信問(wèn)題提出了嚴(yán)格的要求，而井下人員定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)的

31、關(guān)鍵環(huán)節(jié)正是井下的通信問(wèn)題。目前井下人員定位系統(tǒng)多是基于RFID（射頻識(shí)別）技術(shù)，在井下建立無(wú)線監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)持有射頻標(biāo)簽的工作人員進(jìn)行位置信號(hào)采集，然后送到地面進(jìn)行處理、顯示。但限于發(fā)射功率和通信環(huán)境，井下的無(wú)線通信距離較短，又由于地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，電磁波信號(hào)不能有效的穿透巖層，造成無(wú)線通信局限在狹窄的巷道中。</p><p>　　2. 井下人員定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)還必須要考慮電源的供電問(wèn)題，所有電氣設(shè)計(jì)必須嚴(yán)格按照煤礦安

32、全操作規(guī)程進(jìn)行。井下與地面的通信可以采用工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線，增強(qiáng)通信抗干擾能力，同時(shí)滿足通信需求。</p><p>　　1.5 本項(xiàng)目所做的工作</p><p>　　本項(xiàng)目結(jié)合目前定位系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，主要完成了一下工作：</p><p>　　1. 采取了低頻射頻RFID+CAN+GIS的設(shè)計(jì)方式，即：利用低頻射頻RFID完成井下的無(wú)線監(jiān)測(cè)任務(wù)，利用CAN總線完成井下與地面

33、的通信任務(wù)，利用GIS完成定位系統(tǒng)的顯示任務(wù)。</p><p>　　2. 在處理井下無(wú)線通信的問(wèn)題時(shí)采取了基站+移動(dòng)站的通信形式。基站按照其覆蓋范圍沿巷道分布，移動(dòng)站以射頻標(biāo)簽的形式附著于井下工作人員的身上，由于基站的安裝位置是確定的，當(dāng)某個(gè)基站捕獲到射頻卡后就可以確定相應(yīng)人員的大體位置。從應(yīng)用需求的角度出發(fā)，同時(shí)為了降低成本，系統(tǒng)沒(méi)有采用精確定位的方法，而是如前所述的粗略定位方法，定位精度取決于基站的覆蓋范圍。

34、</p><p>　　3. 系統(tǒng)的電源部分有基站和射頻卡兩個(gè)，基站由于安裝在巷道中需要在井下設(shè)立電源箱（礦用防爆型）為其供電。電源箱將井下變電所輸出的高壓經(jīng)過(guò)變壓、整流、穩(wěn)壓得到本安供電電源輸出；射頻卡由于采取有源形式（識(shí)別距離較遠(yuǎn)），需要設(shè)計(jì)供電部分，可以采用充電電池或者直接從井下工人礦工帽的蓄電池中取電。</p><p>　　4. 地面的顯示部分采用基于GIS開(kāi)發(fā)的圖形顯示界面，方便管

35、理，同時(shí)易于整合其他信息資源（比如地質(zhì)和水文）?？紤]到井下工作環(huán)境的變化性，采用CAN總線可以方便的擴(kuò)充基站，配合煤礦井下巷道的延伸。</p><p>　　2 井下人員定位系統(tǒng)的基本原理</p><p>　　2.1 定位系統(tǒng)概述</p><p>　　井下人員定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目的一是為了礦井正常運(yùn)作時(shí)對(duì)井下工作人員進(jìn)行管理，另外一個(gè)目的是一旦發(fā)生安全事故可以為救援隊(duì)提供

36、被困人員的位置和狀態(tài)信息，贏取寶貴的救援時(shí)間。因此從這兩個(gè)目的出發(fā)來(lái)考慮定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。從目前的應(yīng)用看，定位系統(tǒng)有多種形式。</p><p><b>　　1. GPS</b></p><p>　　GPS（Global Positioning System）全球定位系統(tǒng)具有高精度、全天候、高效率、多功能、操作簡(jiǎn)便等特點(diǎn)，是最常見(jiàn)的一種定位系統(tǒng)，主要為船舶、汽車(chē)、飛機(jī)

37、等運(yùn)動(dòng)物體進(jìn)行定位導(dǎo)航。GPS定位系統(tǒng)正常工作需要空間部分（衛(wèi)星）、地面控制部分（主控站、監(jiān)測(cè)站、地面控制站）和用戶(hù)設(shè)備部分（GPS信號(hào)接收機(jī)）。定位的基本原理是測(cè)量出已知位置的衛(wèi)星到用戶(hù)接收機(jī)之間的距離，然后綜合多顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)按照定位解算方法進(jìn)行定位計(jì)算，計(jì)算出用戶(hù)所在的地理位置的經(jīng)緯度、高度、速度、時(shí)間等信息。</p><p>　　2. 短距離定位技術(shù)</p><p>　　短距離定位是

38、相對(duì)于全球定位而言的，其工作原理和GPS定位原理都是基于電磁波定位技術(shù)。短距離定位技術(shù)的應(yīng)用范圍一般為幾十公里，其定位系統(tǒng)主要由分布在定位區(qū)域邊緣的基站和定位區(qū)域中的移動(dòng)接收站組成。移動(dòng)站通過(guò)測(cè)量到基站的距離，然后根據(jù)基站的位置信息按照定位解算方法進(jìn)行計(jì)算，即可計(jì)算出移動(dòng)站在定位區(qū)域中的位置。</p><p>　　2.2 井下人員定位系統(tǒng)的基本原理</p><p>　　由上述可知，GPS定

39、位系統(tǒng)技術(shù)成熟、應(yīng)用廣泛，但對(duì)于井下定位系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)有一定難度。首先由于現(xiàn)有的移動(dòng)通信網(wǎng)的無(wú)線信號(hào)不能穿透到礦井井下，因此不能直接實(shí)現(xiàn)井下與井上的無(wú)線通信，為了通信還要建立井下移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)；另外使用GPS定位系統(tǒng)的成本較高，對(duì)于我國(guó)這樣一個(gè)煤礦眾多，井下工作人員眾多的國(guó)家不太實(shí)用。</p><p>　　實(shí)際上井下人員定位系統(tǒng)正是基于短距離無(wú)線定位技術(shù)，但由于煤礦井下環(huán)境與地面差別較大，信號(hào)在傳輸路徑衰減嚴(yán)重，干擾較

40、多，且不易穿透巷道，無(wú)線傳輸只能局限在巷道中。目前，井下人員定位系統(tǒng)一般采用在井下巷道中建立多處無(wú)線通信基站，由井下的工作人員攜帶無(wú)線收發(fā)裝置，以此實(shí)現(xiàn)井下的無(wú)線通信。實(shí)際上井下人員定位系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)正是井下的無(wú)線通信問(wèn)題，一旦建立起無(wú)線通信系統(tǒng)，即可實(shí)現(xiàn)許多附加的功能，其中包括定位功能。</p><p>　　圖2-1為井下人員定位系統(tǒng)的原理圖。圖中BS為無(wú)線通信基站，基站沿煤礦井下巷道分布，覆蓋井下工作人員的活

41、動(dòng)范圍；MS是移動(dòng)站，即井下工作人員隨身攜帶的無(wú)線收發(fā)裝置，能向基站發(fā)送自身ID以識(shí)別工作人員；現(xiàn)場(chǎng)總線部分負(fù)責(zé)把所有的基站連接起來(lái)和地面進(jìn)行通信，及時(shí)將井下的無(wú)線定位數(shù)據(jù)傳送到地面進(jìn)行處理和顯示；地面的處理顯示中心將接收的定位數(shù)據(jù)與基站的實(shí)際物理位置進(jìn)行比對(duì)，判斷出對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)的位置，再通過(guò)查詢(xún)?nèi)藛TID號(hào)得到人員的位置數(shù)據(jù)。為了直觀顯示結(jié)果可以采用GIS以電子地圖的形式對(duì)人員的位置進(jìn)行顯示；遠(yuǎn)程監(jiān)控部分方便各個(gè)管理層及時(shí)了解礦井的工作情況

42、，實(shí)現(xiàn)多級(jí)監(jiān)管。</p><p>　　圖2-1 井下人員定位系統(tǒng)的原理框圖</p><p>　　圖2-2 井下人員定位系統(tǒng)工作示意圖</p><p>　　圖2-2為系統(tǒng)的工作示意圖，井下不同的巷道中分別安裝有一些BS（基站），BS安裝的物理位置是確定的，這樣井下位置就可以反映到電子地圖上。Tag（電子標(biāo)簽）由工人攜帶，工人在巷道中工作時(shí)，其攜帶的Tag會(huì)被某個(gè)BS所

43、識(shí)別到，由于Tag與實(shí)際的工人人員是一一對(duì)應(yīng)的，因此BS就能識(shí)別出工作人員。當(dāng)BS的數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛婧螅瑓⒄誃S的物理位置和Tag的人員對(duì)應(yīng)列表就可以獲得工作人員的定位信息，同時(shí)可以將監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)進(jìn)行顯示。</p><p><b>　　3 系統(tǒng)的功能劃分</b></p><p>　　由系統(tǒng)的工作原理可以得出系統(tǒng)主要有幾部分功能模塊組成，為了便于對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)系統(tǒng)各

44、部分的工作特點(diǎn)，將井下人員定位系統(tǒng)分為三個(gè)子系統(tǒng)：井下無(wú)線監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)、地面數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)和礦井上下的通信子系統(tǒng)。在具體設(shè)計(jì)各個(gè)子系統(tǒng)時(shí)可以再將其進(jìn)行功能劃分，以方便模塊化設(shè)計(jì)。</p><p>　　3.1 井下無(wú)線監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)</p><p>　　井下無(wú)線監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)主要由無(wú)線監(jiān)測(cè)基站和移動(dòng)站兩部分組成。移動(dòng)站中存儲(chǔ)有包含工作人員個(gè)人信息的數(shù)據(jù)，基站（BS）通過(guò)與移動(dòng)站（MS）通信讀取存儲(chǔ)在移

45、動(dòng)站中的人員信息。然后基站將這些信息傳送到井上的數(shù)據(jù)處理中心，井上的數(shù)據(jù)處理中心根據(jù)井下基站的位置信息，對(duì)基站傳送回來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，然后得出人員的位置信息。</p><p>　　1. 基站（BS）的功能：</p><p>　　a 完成基站（BS）與移動(dòng)站（MS）的無(wú)線通信，要求基站具有無(wú)線收發(fā)功能。</p><p>　　b 完成基站（BS）與地面數(shù)據(jù)處理中心的

46、通信，要求基站具有串行通信功能。</p><p>　　c 完成對(duì)移動(dòng)站的通信控制，要求基站具有一定的數(shù)據(jù)處理能力和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能。</p><p>　　2. 移動(dòng)站（MS）的功能：</p><p>　　a 完成移動(dòng)站（MS）與基站（BS）的無(wú)線通信，要求移動(dòng)站具有無(wú)線收發(fā)功能。</p><p>　　b 完成基站（BS）指令的數(shù)據(jù)操作，要求基站具

47、有一定的數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能。</p><p>　　3.2 地面數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)</p><p>　　地面數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)完成對(duì)井下采集信息的分析與處理。地面數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)包括：數(shù)據(jù)接收部分，數(shù)據(jù)傳輸部分，數(shù)據(jù)分析計(jì)算部分，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部分，數(shù)據(jù)顯示部分。</p><p><b>　　1. 數(shù)據(jù)接收部分</b></p><p>

48、;　　數(shù)據(jù)接收部分完成地面數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)與井下監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)通信的接口，主要是將井下傳送來(lái)的串行數(shù)據(jù)暫存入計(jì)算機(jī)，完成數(shù)據(jù)校驗(yàn)等預(yù)處理，同時(shí)還能接受上層的管理命令，對(duì)井下監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)進(jìn)行控制。</p><p><b>　　2. 數(shù)據(jù)傳輸部分</b></p><p>　　為了方便對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并為監(jiān)管部門(mén)提供監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)需要對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)共享。數(shù)據(jù)傳輸部分主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)在各個(gè)部門(mén)之間

49、的共享傳輸，并控制數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)更新與同步。</p><p>　　3. 數(shù)據(jù)分析計(jì)算部分</p><p>　　考慮到井下無(wú)線監(jiān)測(cè)部分的數(shù)量很多，若使用數(shù)據(jù)處理功能較強(qiáng)的裝置則系統(tǒng)成本必然很高，因此采用井下無(wú)線監(jiān)測(cè)加地面數(shù)據(jù)處理的模式。井下部分只完成數(shù)據(jù)的采集任務(wù)，減輕井下的數(shù)據(jù)處理負(fù)擔(dān)。數(shù)據(jù)傳送到地面后，由地面上計(jì)算功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)完成數(shù)據(jù)的計(jì)算分析與處理。地面數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)事先把基站的位置信

50、息存入計(jì)算，當(dāng)接收到井下的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)后，計(jì)算機(jī)根據(jù)已存入基站的位置信息計(jì)算人員的位置，并可對(duì)人員進(jìn)行位置跟蹤，工作時(shí)間統(tǒng)計(jì)等。數(shù)據(jù)的分析具體包括：位置信息計(jì)算，人數(shù)統(tǒng)計(jì)，時(shí)間計(jì)算，軌跡計(jì)算等。</p><p><b>　　4. 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部分</b></p><p>　　井下人員定位系統(tǒng)一方面要實(shí)時(shí)反映井下人員的位置信息，另一方面還要對(duì)人員的出勤情況，工作內(nèi)容等進(jìn)行記錄和

51、統(tǒng)計(jì)，以方便對(duì)人員的管理。同時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部分還要為顯示部分提供數(shù)據(jù)源，方便通過(guò)直觀的顯示畫(huà)面查看相關(guān)信息。</p><p><b>　　5. 數(shù)據(jù)顯示部分</b></p><p>　　數(shù)據(jù)顯示部分完成人機(jī)接口，方便人員查看信息。數(shù)據(jù)顯示部分要能夠?qū)崟r(shí)顯示井下人員的位置狀況，能夠提供歷史信息的查詢(xún)服務(wù)，能夠接收命令的輸入與執(zhí)行以完成對(duì)系統(tǒng)的管理。</p>&

52、lt;p>　　3.3 井下與地面通信子系統(tǒng)</p><p>　　該通信子系統(tǒng)負(fù)責(zé)完成井下與地面的數(shù)據(jù)傳輸，主要有三個(gè)功能模塊：基站接口、傳輸線路和地面端接口。通信可以用RS-485或現(xiàn)場(chǎng)總線等工業(yè)控制中的遠(yuǎn)程傳輸技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)該子系統(tǒng)的要求是：系統(tǒng)的容量大、傳輸可靠、協(xié)議簡(jiǎn)單、安裝與維護(hù)成本低。</p><p><b>　　1. 基站接口</b></p&g

53、t;<p>　　接口主要完成基站數(shù)據(jù)到傳輸線路的通信，由于基站主控芯片功能有限，若沒(méi)有集成接口則需要設(shè)計(jì)接口電路。</p><p><b>　　2. 傳輸線路</b></p><p>　　根據(jù)選定的通信方案來(lái)確定傳輸線纜的類(lèi)型，如果有可能的話可以和井下其它監(jiān)測(cè)系統(tǒng)共用傳輸線路，節(jié)省成本。</p><p><b>　　3.

54、 地面端接口</b></p><p>　　與計(jì)算機(jī)的通信可以采用標(biāo)準(zhǔn)串口（RS-232），但傳輸線路卻不能使用RS-232這種計(jì)算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)接口，因?yàn)檫@種通信的距離太短（小于等于15m）。因此與基站部分相同，可以設(shè)計(jì)接口將傳輸線路轉(zhuǎn)換為RS-232與PC機(jī)進(jìn)行通信。</p><p>　　4 井下無(wú)線通信子系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1 通信的基本知識(shí)

55、</p><p>　　本報(bào)告中涉及較多的通信內(nèi)容，下面簡(jiǎn)單介紹下通信中要考慮的幾個(gè)問(wèn)題。</p><p>　　4.1.1 信號(hào)的轉(zhuǎn)換與編碼</p><p>　　通常信號(hào)有模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)之分，模擬信號(hào)是在幅值和時(shí)間上都連續(xù)的信號(hào)，數(shù)字信號(hào)則是在幅值和時(shí)間上都離散的信號(hào)。模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)都可以用于數(shù)據(jù)通信，但由于二者之間有明顯的差異，其用途也不相同。比如電話網(wǎng)絡(luò)傳

56、送的是模擬信號(hào)，而計(jì)算機(jī)總線上傳送的是數(shù)字信號(hào)。一般不同的傳輸線路只能傳輸特定的信號(hào)，模擬和數(shù)字信號(hào)不能同時(shí)傳輸。當(dāng)需要是就要對(duì)信號(hào)進(jìn)行變換。比如計(jì)算機(jī)的數(shù)字信號(hào)要通過(guò)電話網(wǎng)絡(luò)傳輸，就要先將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，然后再進(jìn)行傳輸。</p><p>　　在數(shù)字信號(hào)的傳送中，為了使二進(jìn)制“1”和“0”的特性有利于傳輸，需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行編碼幾種比較常見(jiàn)的編碼方法有：不歸零編碼（Non Return to Zero，NRZ

57、）、偽三元碼（Pseudoternary）、曼徹斯特（Manchester）編碼、差分曼徹斯特編碼（Differential Manchester Encoding）等。</p><p>　　4.1.2 差錯(cuò)控制</p><p>　　在數(shù)據(jù)的通信過(guò)程中，數(shù)據(jù)傳輸?shù)母鱾€(gè)環(huán)節(jié)都可能產(chǎn)生差錯(cuò)，為了保證通信的正常進(jìn)行需要對(duì)差錯(cuò)進(jìn)行控制。所謂差錯(cuò)控制是指對(duì)于數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備、數(shù)據(jù)通信線路和通信控制器等產(chǎn)

58、生的差錯(cuò)進(jìn)行控制。實(shí)際系統(tǒng)中數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備和通信控制器本身所產(chǎn)生的誤差很小，因此數(shù)據(jù)通信中的差錯(cuò)主要來(lái)自于數(shù)據(jù)通信線路。</p><p>　　差錯(cuò)控制方式基本上有兩類(lèi)：一類(lèi)是接收端檢測(cè)到接收的數(shù)據(jù)有錯(cuò)時(shí)，接收端自動(dòng)糾正錯(cuò)誤；另一類(lèi)是接收端檢測(cè)出錯(cuò)誤后不自動(dòng)糾錯(cuò)，而是通過(guò)反饋信道發(fā)送一個(gè)表示錯(cuò)誤的應(yīng)答信號(hào)，要求重發(fā)，直到正確接收為止。目前通信系統(tǒng)中的差錯(cuò)控制方式有：反饋糾錯(cuò)、前向糾錯(cuò)、混合糾錯(cuò)。</p>

59、<p>　　為了控制差錯(cuò)必須先檢測(cè)出錯(cuò)誤，這就是差錯(cuò)的檢測(cè)。常用的差錯(cuò)檢測(cè)方法是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)。常用的校驗(yàn)碼有：奇偶校驗(yàn)碼、恒比碼、漢明碼、循環(huán)碼。其中循環(huán)碼是一種使用較多的冗余校驗(yàn)技術(shù)。</p><p>　　4.1.3 多路復(fù)用</p><p>　　在通信過(guò)程中，傳輸媒體的帶寬往往超過(guò)傳輸單一信號(hào)的需要，為了提高傳輸媒介的利用率，降低成本，希望在一個(gè)信道上可以同時(shí)傳輸多路信號(hào)

60、，也即是多路復(fù)用問(wèn)題。多路復(fù)用技術(shù)是指在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中，允許兩個(gè)或兩個(gè)以上的數(shù)據(jù)源共享一個(gè)公共傳輸介質(zhì)，把多個(gè)信號(hào)組合起來(lái)再一條物理信道上進(jìn)行傳輸。這樣就好像每個(gè)數(shù)據(jù)源都有自己的信道一樣，因此采用多路復(fù)用可以將若干個(gè)無(wú)關(guān)的信號(hào)合并為一個(gè)能在一條共享信道上傳輸?shù)膹?fù)合信號(hào)。</p><p>　　多路復(fù)用通?？梢苑譃椋侯l分復(fù)用（FDM）、時(shí)分復(fù)用（TDM）、波分復(fù)用（WDM）和碼分復(fù)用（CMD）等。另外碼分多址（Cod

61、e Division Multiple Access，CMDA）是移動(dòng)通信中的一種信號(hào)處理方式，每個(gè)用戶(hù)在通信期間占用所有的頻率和所有時(shí)間，但不同的用戶(hù)具有不同的正交碼，可以區(qū)分不同用戶(hù)的信息，避免相互干擾。</p><p>　　4.1.4 傳輸模式</p><p>　　數(shù)據(jù)傳輸模式是指數(shù)據(jù)在信道上傳輸所采取的方式。在計(jì)算機(jī)內(nèi)部各部件之間，計(jì)算機(jī)與各種外設(shè)之間，計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間，都以通信

62、的方式傳遞數(shù)據(jù)信息。數(shù)據(jù)傳輸模式可以分為不同的類(lèi)型，按數(shù)據(jù)代碼傳輸?shù)捻樞蚩梢苑譃椴⑿袀鬏敽痛袀鬏?；按?shù)據(jù)傳輸?shù)耐椒绞娇梢苑譃橥絺鬏敽彤惒絺鬏敚话磾?shù)據(jù)傳輸?shù)牧飨蚝蜁r(shí)間的關(guān)系可以分為單工、半雙工和全雙工；按傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信號(hào)特點(diǎn)可分為基帶傳輸、頻帶傳輸和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸。</p><p>　　4.1.5 傳輸協(xié)議</p><p>　　在通信過(guò)程中，為了控制通信的雙方進(jìn)行信息的發(fā)送和接收，需要有一

63、個(gè)通信雙方都要遵守的“規(guī)則庫(kù)”，或者說(shuō)通信的雙方需要使用一種共同的“語(yǔ)言”來(lái)進(jìn)行信息的交流。這個(gè)“規(guī)則庫(kù)”或者說(shuō)“語(yǔ)言”就是通信的傳輸協(xié)議。傳輸協(xié)議定義了什么是通信，如何進(jìn)行通信以及何時(shí)進(jìn)行通信等問(wèn)題。</p><p>　　4.2 井下人員定位系統(tǒng)無(wú)線通信解決方案及對(duì)比</p><p>　　經(jīng)過(guò)前面的分析，不難發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的難點(diǎn)集中在井下的無(wú)線通信上。由于井下環(huán)境惡劣，噪聲、干擾嚴(yán)重，給無(wú)線通

64、信帶來(lái)的很大的不便。此外從安全角度來(lái)說(shuō)也不允許無(wú)線設(shè)備的發(fā)射功率過(guò)大，另外還要按照礦用標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行嚴(yán)格設(shè)計(jì)。從技術(shù)角度看，目前短距離無(wú)線通信的解決方案有多種，下面簡(jiǎn)要介紹一下幾種不同的短距離無(wú)線通信方案。</p><p>　　4.2.1 藍(lán)牙(Bluetooth)</p><p>　　藍(lán)牙技術(shù)最初是由Ericsson、Nokia、IBM、Intel、Toshiba等公司聯(lián)合于1998年提出的，

65、主要面向短距離，低功率，低成本的應(yīng)用環(huán)境，以解決手機(jī)、PDA、筆記本電腦等移動(dòng)設(shè)備間的通信問(wèn)題。藍(lán)牙技術(shù)是一種能夠?qū)崿F(xiàn)語(yǔ)音和數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸?shù)拈_(kāi)放性方案，藍(lán)牙技術(shù)產(chǎn)品是采用低能耗無(wú)線電通信技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音、數(shù)據(jù)和視頻傳輸?shù)?，其傳輸速率最高為每? Mb/s，以時(shí)分方式進(jìn)行全雙工通信，傳輸距離在10 m以?xún)?nèi)，增加天線后可達(dá)到100 m。藍(lán)牙產(chǎn)品采用的是跳頻技術(shù)，能夠抗信號(hào)衰落；采用快跳頻和短分組技術(shù)，能夠有效地減少同頻干擾，提高通信的安全性；采

66、用前向糾錯(cuò)編碼技術(shù)，以便在遠(yuǎn)距離通信時(shí)減少隨機(jī)噪聲的干擾；采用24GHz的ISM頻段，以省去申請(qǐng)專(zhuān)用許可證的麻煩；采用FM調(diào)制方式，使設(shè)備變得更為簡(jiǎn)單可靠?？傊?，藍(lán)牙技術(shù)產(chǎn)品與因特網(wǎng)Internet之間的通信，使得家庭和辦公室的設(shè)備不需要電纜也能夠?qū)崿F(xiàn)互通互聯(lián)，大大提高辦公和通信效率。由于藍(lán)牙協(xié)議及相關(guān)堆棧都很復(fù)雜，對(duì)某些簡(jiǎn)單應(yīng)用就是多余的。另外藍(lán)牙的功耗也較大。</p><p>　　4.2.2 HomeRF&l

67、t;/p><p>　　HomeRF(家庭射頻)是ITU(國(guó)際電信聯(lián)盟)內(nèi)部的一個(gè)組，成立于1998年3月，主要為家庭網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，其主要工作是開(kāi)發(fā)低成本射頻語(yǔ)音、數(shù)據(jù)通信標(biāo)準(zhǔn)。HomeRF技術(shù)是DECT(Digital Enhanced Cordless Telephone：數(shù)字增強(qiáng)型無(wú)繩電話)和WLAN(Wireless Local Area Network：無(wú)線局域網(wǎng))技術(shù)相互融合發(fā)展的產(chǎn)物。HomeRF工作組開(kāi)發(fā)了

68、共享無(wú)線應(yīng)用協(xié)議SWAP(Shared Wireless AccessProtocol)，它融合了無(wú)線局域網(wǎng)IEEE80211采用的CSMA/CA(Carrier SenseMultiple Access with Collision Avoidance：載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)/沖突避免)方式和DECT使用的TDMA(Time-division Multiple Access：時(shí)分多路復(fù)用)方式，適合于話音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，并且特地為家庭小型網(wǎng)絡(luò)進(jìn)

69、行了優(yōu)化。目前使用的家庭射頻芯片工作在2.4GHz頻段，采用數(shù)字跳頻擴(kuò)頻技術(shù)，速率為50 W秒，共有75個(gè)帶寬為1MHz跳頻信道。調(diào)制方式為恒定包絡(luò)的FSK(Fr</p><p>　　4.2.3 ZigBee</p><p>　　ZigBee聯(lián)盟成立于2002年8月，由英國(guó)Invensys公司、日本三菱電氣公司、美國(guó)摩托羅拉公司以及荷蘭飛利浦半導(dǎo)體公司組成，如今已經(jīng)吸引了上百家芯片公司、無(wú)

70、線設(shè)備公司和開(kāi)發(fā)商的加入。</p><p>　　ZigBee使用24GHz波段，采用跳頻技術(shù)，它具有下述特點(diǎn)：</p><p>　　傳輸速率低：10kbps-250kbps；</p><p>　　功耗低：兩節(jié)普通5號(hào)干電池可使用半年到兩年；</p><p>　　成本低：由于ZigBee數(shù)據(jù)傳輸速率低、協(xié)議簡(jiǎn)單，所以大大降低了成本；</p

71、><p>　　網(wǎng)絡(luò)容量大：每個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)最多可支持255個(gè)設(shè)備，也即每個(gè)ZigBee設(shè)備可與另外254臺(tái)設(shè)備相連接；</p><p>　　有效范圍?。河行Ц采w范圍為10m－75m；</p><p>　　工作頻段靈活：使用24GHz，868MHz(歐洲)及915MHZ(美國(guó))免執(zhí)照頻段。</p><p>　　4.2.4 RFID（射頻識(shí)別）&

72、lt;/p><p>　　射頻識(shí)別技術(shù)(RFID，即Radio Frequency Identification)是從20世紀(jì)80年代起走向成熟的一項(xiàng)自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。它利用射頻方式進(jìn)行非接觸雙向通信，實(shí)現(xiàn)人們對(duì)各類(lèi)物體或設(shè)備(人員、物品)在不同狀態(tài)(移動(dòng)或靜止)下的識(shí)別和數(shù)據(jù)交換。與同期或早期的接觸式識(shí)別技術(shù)不同的是RFID系統(tǒng)的射頻識(shí)別卡和讀卡器之間不用接觸就可完成識(shí)別。它具有以下特點(diǎn)：</p><

73、p>　　(1)操作方便，工作距離長(zhǎng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)移動(dòng)目標(biāo)的識(shí)別；</p><p>　　(2)無(wú)硬件接觸，避免了因機(jī)械接觸而產(chǎn)生的各種故障，使用壽命長(zhǎng)；</p><p>　　(3)射頻識(shí)別卡無(wú)外露金屬觸點(diǎn)，整個(gè)卡片完全密封，具有良好的防水、防塵、防污損、防磁、防靜電性能，適合在惡劣環(huán)境條件下工作；</p><p>　　(4)對(duì)無(wú)線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)都經(jīng)過(guò)隨機(jī)序列的加密，并

74、有完善、保密的通信協(xié)議。卡內(nèi)序列號(hào)是唯一的，制造商在卡出廠前已將此序號(hào)固化，安全性高；</p><p>　　(5)卡內(nèi)具有防碰撞機(jī)制，可同時(shí)對(duì)多個(gè)移動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別；</p><p>　　(6)信號(hào)的穿透能力強(qiáng)(可穿透墻壁、路面、衣物、人等)，數(shù)據(jù)傳輸量小，抗干擾能力強(qiáng)，感應(yīng)靈敏，易于維護(hù)和操作。</p><p>　　4.2.5 WIFI</p><

75、;p>　　WIFI全稱(chēng)Wireless Fidelity，采用802.11a/b/g標(biāo)準(zhǔn)，它的最大優(yōu)點(diǎn)就是傳輸速度較高，可以達(dá)到54Mbps，另外它的有效距離也很長(zhǎng)，同時(shí)也與已有的多種設(shè)備兼容。其優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下方面：</p><p>　　(1)無(wú)線電波的覆蓋范圍廣，基于藍(lán)牙技術(shù)的電波覆蓋范圍非常小，半徑大約只有50英尺左右(約合15m)，而WIFI的半徑則可達(dá)100m。</p><p

76、>　　(2) WIFI手機(jī)的無(wú)線通信質(zhì)量非常好，就是在嘈雜的環(huán)境下，也能有很好的過(guò)濾功能。</p><p>　　(3) WIFI技術(shù)傳輸速度非常快，可以達(dá)到11Mbps，符合個(gè)人和社會(huì)信息化的需求。</p><p>　　(4) WIFI手機(jī)通過(guò)TCP/IP協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，在網(wǎng)絡(luò)上的工作效率更高。</p><p>　　4.2.6 無(wú)線MESH網(wǎng)絡(luò)</p&

77、gt;<p>　　(無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò))也稱(chēng)為“多跳(mult-hop)”網(wǎng)絡(luò)，它是一種與傳統(tǒng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)完全不同的新型無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。在傳統(tǒng)的無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)中，每個(gè)客戶(hù)端均通過(guò)一條與AP相連的無(wú)線鏈路來(lái)訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)，用戶(hù)如果要進(jìn)行相互通信的話，必須首先訪問(wèn)一個(gè)固定的接入點(diǎn)(AP)，這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)被稱(chēng)為單跳網(wǎng)絡(luò)。而在無(wú)線MESH網(wǎng)絡(luò)中，任何無(wú)線設(shè)備節(jié)點(diǎn)都可以同時(shí)作為AP和路由器，網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以發(fā)送和接收信號(hào)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以與

78、一個(gè)或者多個(gè)對(duì)等節(jié)點(diǎn)進(jìn)行直接通信。這種結(jié)構(gòu)的最大好處在于：</p><p>　　(1)無(wú)論固定組網(wǎng)還是移動(dòng)組網(wǎng)，都能夠迅速按需形成任意拓?fù)洌?lt;/p><p>　　(2)拓?fù)湓庥龉?jié)點(diǎn)高速、高頻變換時(shí)，無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)能夠自動(dòng)調(diào)整拓?fù)洳⒕S持連接；</p><p>　　(3)能夠采用靈活的多跳傳輸，可隨需擴(kuò)展，非常適合有線不方便或成本很高的場(chǎng)合；</p><

79、p>　　基于無(wú)線MESH網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的以上優(yōu)點(diǎn)和煤礦井下環(huán)境惡劣、組網(wǎng)復(fù)雜等特殊條件，無(wú)線MESH網(wǎng)絡(luò)很適合在煤礦井下應(yīng)用。</p><p>　　4.2.7 幾種無(wú)線通信方案的比較</p><p>　　表4-1 無(wú)線通信方案參數(shù)比較</p><p>　　Tab.4-1 Camparison of parameters of several communicatio

80、n program</p><p>　　4.3 無(wú)線通信方案的確定</p><p>　　經(jīng)過(guò)上述比較，得出以下結(jié)論：</p><p>　　1 藍(lán)牙技術(shù)功耗大，通信距離短，協(xié)議復(fù)雜，不適合井下通信。</p><p>　　2 HomeRF技術(shù)中等，但由于是針對(duì)家庭應(yīng)用設(shè)計(jì)，因此有局限性。</p><p>　　3 WIFI技

81、術(shù)先進(jìn)，通信距離遠(yuǎn)，傳輸速率高，但用在定位系統(tǒng)上有點(diǎn)“大材小用”，且成本較高。</p><p>　　4 ZigBee技術(shù)也具有較多優(yōu)點(diǎn)，適合于組建無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)。但考慮到井下環(huán)境復(fù)雜，若采用無(wú)線組網(wǎng)的方式配置起來(lái)較為復(fù)雜，沒(méi)有采用有線通信方式可靠。因此也不予采用。</p><p>　　5 RFID技術(shù)各項(xiàng)指標(biāo)較為中等，功耗較低，通信距離較遠(yuǎn)，技術(shù)成熟，已在多種領(lǐng)域有成功的應(yīng)用。采用RFID技

82、術(shù)對(duì)井下人員攜帶的射頻標(biāo)簽進(jìn)行識(shí)別，再通過(guò)有線方式將基站信息傳送到地面，即可完成井下人員定位的任務(wù)。由于系統(tǒng)的工作頻率與通信距離有較大關(guān)系，考慮到低頻和高頻信號(hào)的傳輸特點(diǎn)，采用RFID中的UHF頻段，這也是目前遠(yuǎn)距離RFID系統(tǒng)的工作頻段，關(guān)于發(fā)射功率問(wèn)題要參考有關(guān)的無(wú)線管制規(guī)定和礦井的安全操作規(guī)程。</p><p>　　4.4 無(wú)線通信子系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　無(wú)線通信子系統(tǒng)

83、由兩部分組成：基站（BS）和移動(dòng)站（MS）。根據(jù)功能劃分部分所述，基站（BS）部分需具有無(wú)線收發(fā)功能、串行數(shù)據(jù)傳輸功能和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、處理功能。移動(dòng)站（MS）部分需具有無(wú)線收發(fā)功能、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理功能。</p><p>　　4.4.1 基站硬件電路設(shè)計(jì)</p><p>　　考慮到基站的功能要求將基站的硬件電路分為五個(gè)功能模塊，如圖4-1所示，這五個(gè)模塊是：通信模塊、時(shí)鐘模塊、無(wú)線收發(fā)模塊、主控

84、單元和電源模塊。這些的模塊的功能如下：</p><p>　　通信模塊：負(fù)責(zé)基站（BS）與地面的通信，完成現(xiàn)場(chǎng)總線與主控單元的接口功能；</p><p>　　時(shí)鐘模塊：負(fù)責(zé)提供日期與時(shí)間數(shù)據(jù)，方便記錄井下的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，當(dāng)基站向地面?zhèn)魉投ㄎ粩?shù)據(jù)時(shí)同時(shí)傳送定位時(shí)間信息；</p><p>　　無(wú)線收發(fā)模塊：完成基站與射頻卡的無(wú)線通信，包括無(wú)線通信協(xié)議和數(shù)據(jù)的防碰撞算法部分；&

85、lt;/p><p>　　主控單元：控制無(wú)線收發(fā)模塊、通信模塊和時(shí)鐘模塊的工作，進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理；</p><p>　　電源模塊：從井下的供電線路中獲取電源，并變換整定出穩(wěn)定可靠的直流電壓，為基站提供不同等級(jí)的電壓，滿足供電要求。</p><p>　　由于通信模塊與井下和地面所采取的通信方式有關(guān)，將其設(shè)計(jì)內(nèi)容放在第三個(gè)子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中來(lái)考慮。下面分別設(shè)計(jì)基站的其他四

86、個(gè)模塊，為了合理的選用器件，按照無(wú)線收發(fā)模塊、主控單元、時(shí)鐘模塊、電源模塊的順序依次進(jìn)行設(shè)計(jì)。</p><p>　　圖4-1 基站原理框圖</p><p><b>　?。?）無(wú)線收發(fā)模塊</b></p><p>　　無(wú)線收發(fā)模塊的設(shè)計(jì)大體有兩種方案：一是利用分立器件搭建無(wú)線收發(fā)電路，另一種是直接選用具有無(wú)線收發(fā)功能的集成芯片。從設(shè)計(jì)的方便性和可

87、靠性來(lái)考慮，應(yīng)選用集成度較高的單片射頻收發(fā)芯片。這是因?yàn)橐环矫婵梢员苊庥梅至⒃罱o(wú)線收發(fā)電路，提高系統(tǒng)工作的可靠性；另一方面由于單片射頻收發(fā)芯片可以獨(dú)立完成無(wú)線收發(fā)任務(wù)，也可以減輕傳輸控制電路的負(fù)擔(dān)。</p><p>　　目前有多種功能不同的單片射頻收發(fā)芯片，下面介紹其中典型的幾種。</p><p><b>　　1） XE1202</b></p>&

88、lt;p>　　XE1202是將無(wú)線發(fā)射與接收功能集成在單一芯片上的射頻收發(fā)芯片，芯片內(nèi)集成了射頻發(fā)射、射頻接收、PLL合成、FSK調(diào)制等電路，具有高速率、超低功耗等功能。可以工作在433MHz、870MHz和915MHz ISM頻段，其數(shù)據(jù)傳輸速率可以達(dá)到76.8kbps。XE1202采用連續(xù)相位的兩級(jí)頻移鍵控（CPFSK）方式。XE1202的接收部分集成有低噪聲放大器（LNA）和下變頻器，采用直接變頻方式，具有濾波通道和接受用的

89、解調(diào)器，微控制器接口可以直接對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并可以產(chǎn)生同步數(shù)據(jù)時(shí)鐘（CLKD）。XE1202的發(fā)射部分可以提供一個(gè)完整的通道，完成從數(shù)據(jù)到天線的傳送，該部分帶有一個(gè)可以對(duì)頻偏進(jìn)行編程的直接上變頻器，并可以對(duì)RF輸出功率進(jìn)行控制。芯片具有3線總線接口，可以通過(guò)3線總線以及外部引腳來(lái)設(shè)置傳輸狀態(tài)，僅需要極少的外部元件（天線匹配網(wǎng)絡(luò)、振蕩電路、SAW振蕩器）即可完成接收和發(fā)射的雙重功能。發(fā)射功率也可以通過(guò)總線來(lái)控制。</p>&

90、lt;p>　　2） nRF2401</p><p>　　nRF2401是單片射頻收發(fā)芯片，工作于2.4～2.5GHz ISM頻段，芯片內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器和調(diào)制器等功能模塊，輸出功率和通信頻道可通過(guò)程序進(jìn)行配置。芯片能耗非常低，以-5dBm的功率發(fā)射時(shí)，工作電流只有10.5mA，接收時(shí)工作電流只有18mA，多種低功率工作模式，節(jié)能設(shè)計(jì)更方便。其DuoCeiverTM技術(shù)使nRF2401可以

91、使用同一天線，同時(shí)接收兩個(gè)不同頻道的數(shù)據(jù)。nRF2401適用于多種無(wú)線通信的場(chǎng)合，如無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、無(wú)線鼠標(biāo)、遙控開(kāi)鎖、遙控玩具等。nRF2401有工作模式有四種：收發(fā)模式、配置模式、空閑模式和關(guān)機(jī)模式。nRF2401的工作模式由PWR_UP 、CE、TX_EN和CS三個(gè)引腳決定。nRF2401的收發(fā)模式有ShockBurstTM收發(fā)模式和直接收發(fā)模式兩種，收發(fā)模式由器件配置字決定。nRF2401的所有配置工作都是通過(guò)CS、CLK1和

92、DATA三個(gè)引腳完成，把其配置為ShockBurstTM收發(fā)模式需要15字節(jié)的配置字，而如把其配置為直接收發(fā)模式只需要2字節(jié)的配置字。由上文對(duì)nRF2401工作模式的介紹，我們可以知道，nRF2401一般工</p><p><b>　　3）nRF9E5</b></p><p>　　nRF9E5是真正的系統(tǒng)級(jí)無(wú)線射頻收發(fā)芯片，內(nèi)嵌高性能8051MCU，4通道12位ADC

93、。內(nèi)置nRF905收發(fā)器，包括所有nRF905芯片的特性，可以工作在Shockburst模式下（自動(dòng)處理前綴，地址和CRC），最大程度抑制了噪聲，工作電壓范圍為1.9V-3.6V。芯片的最大輸出功率為+10dBm。只需極少的外圍元件就能組建一個(gè)完整的射頻收發(fā)電路。芯片還具有載波檢測(cè)功能，能有效的減少數(shù)據(jù)的碰撞。應(yīng)用領(lǐng)域：無(wú)線數(shù)據(jù)通訊、報(bào)警和安全系統(tǒng)、自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)、家庭自動(dòng)化控制、遙控裝置、監(jiān)測(cè)、車(chē)輛安全系統(tǒng)、工業(yè)控制、無(wú)線通信、電信終端

94、等。</p><p><b>　　4）CC1010</b></p><p>　　CC1010是基于Chipcon's Smart RF 技術(shù)的單片可編程UHF收發(fā)器芯片，電路工作在315/433/868/915MHz ISM頻段（300MHz-1000MHz）。在典型的應(yīng)用中，僅需少數(shù)的幾個(gè)外接元件。靈敏度為-109dBm，可編程輸出功率為-20dBm~10d

95、Bm，F(xiàn)SK調(diào)制，數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)76.9kbps，2.7~3.6V低電源工作。芯片內(nèi)嵌與8051兼容的微控制器（MCU）、32KB Flash、2048+128 Bytes SRAM、3通道10bitADC、4個(gè)定時(shí)器、2個(gè)脈沖寬度調(diào)制（PWM）輸出、2個(gè)通用異步串行收發(fā)（UART）接口、實(shí)時(shí)時(shí)鐘（RTC）、看門(mén)狗（WatchDog）、串行外設(shè)接口（SPI）、DES編碼，26個(gè)通用I/O口。適合與計(jì)算機(jī)遙測(cè)遙控、安放、家庭自動(dòng)化、汽車(chē)

96、儀表數(shù)據(jù)讀取等無(wú)線數(shù)據(jù)發(fā)射/接收系統(tǒng)中使用。</p><p>　　上面介紹的幾種射頻收發(fā)芯片都能通過(guò)簡(jiǎn)單的外圍電路來(lái)完成無(wú)線收發(fā)功能。其中前兩種射頻收發(fā)芯片內(nèi)部沒(méi)有集成微控制器（MCU），需要增加微控制器（MCU）來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收進(jìn)行控制，而且內(nèi)部硬件資源較少，但價(jià)格相對(duì)較低，適用于簡(jiǎn)單、低成本的無(wú)線通信電路；后面兩種內(nèi)部集成有與8051兼容的微控制器（MCU），并具有多種硬件資源，功能強(qiáng)大，但同時(shí)價(jià)格也高。

97、</p><p>　　由于井下環(huán)境惡劣，通信條件較差，為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃孕枰褂每煽康耐ㄐ艆f(xié)議和數(shù)據(jù)差錯(cuò)控制算法，另外還要考慮到RFID通信過(guò)程中的數(shù)據(jù)防碰撞問(wèn)題，而這些都需要微處理器（MCU）來(lái)完成。如果選用內(nèi)部沒(méi)有集成MCU的射頻芯片，那么這些工作都要由基站的主控MCU來(lái)完成，這會(huì)增加主控MCU的負(fù)擔(dān)，由于主控MCU還要完成其他的控制任務(wù)，為了保證系統(tǒng)的可靠工作還需要增加一片MCU專(zhuān)門(mén)來(lái)完成無(wú)線收發(fā)的控

98、制任務(wù)，這樣就增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，同時(shí)也增加了系統(tǒng)成本。因此考慮采用內(nèi)部集成有MCU的射頻芯片。</p><p>　　nRF9E5和CC1010都是內(nèi)部集成有兼容8051MCU的單片射頻收發(fā)芯片，都具有豐富的硬件資源，可以完成復(fù)雜的通信任務(wù)?？紤]到CC1010雖然硬件資源較為豐富，但價(jià)格較高，因此采用nRF9E5。下面具體介紹一下這款芯片。</p><p>　　nRF9E5是挪威Nordi

99、c VLSI公司于2004年2月推出的系統(tǒng)級(jí)RF芯片。該芯片采用+3VDC供電，面積為5mm×5mm，共有32個(gè)外部引腳。nRF9E5嵌入了nRF905 433/868/915MHz無(wú)線收發(fā)芯片、集成增強(qiáng)型MCS 8051微控制器和4個(gè)通道的10位A/D轉(zhuǎn)換器，采樣速率為80kbps，內(nèi)含1.22V電壓基準(zhǔn)、電源管理、PWM輸出、UART異步串口、SPI通訊接口、邏輯接口電路、看門(mén)狗電路、多通道可編程喚醒，以及CRC檢驗(yàn)和多點(diǎn)

100、通信控制，高頻電感和濾波器等已經(jīng)全部?jī)?nèi)置，芯片的一致性能好、穩(wěn)定且不易受干擾。采用GFSK調(diào)制，抗擾能力強(qiáng)，支持多點(diǎn)通訊，數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)0.1Mbps。具有特有的ShockBurst信號(hào)發(fā)射模式和發(fā)射信號(hào)載波監(jiān)測(cè)功能，可有效降低功耗電流、避免數(shù)據(jù)沖突。nRF9E5沒(méi)有復(fù)雜的通訊協(xié)議，完全對(duì)用戶(hù)透明，同種產(chǎn)品之間可以自由通訊，內(nèi)置的CRC糾錯(cuò)硬件電路和協(xié)議免去了軟件開(kāi)發(fā)人員的軟件糾錯(cuò)編程和微控制器的糾錯(cuò)運(yùn)算，降低了無(wú)線應(yīng)用的開(kāi)發(fā)難度。外

101、圍電路連接極為簡(jiǎn)單，只需要一個(gè)晶體管和一個(gè)電阻，nRF9E5輸出端ANT1、ANT2外接50單天線終端</p><p>　　nRF9E5的外部電路非常簡(jiǎn)潔，除了天線輸入輸出匹配濾波網(wǎng)絡(luò)、電壓偏置控制電阻和時(shí)鐘振蕩晶振外，基本不需要其它元件。但由于nRF9E5中沒(méi)有提供程序存儲(chǔ)空間Flash，所以每次上電復(fù)位后它都需要通過(guò)其SPI接口從外部程序存儲(chǔ)空間中導(dǎo)入4K的程序存放在內(nèi)部4K的RAM中，為了適應(yīng)nRF9E5這

102、一特點(diǎn)，我們選用Microchip公司帶SPI接口的串行EEPROM 25AA320芯片作為射頻卡的程序存儲(chǔ)器，該芯片支持低電壓工作，最低工作電壓為l.8V，且該芯片的存儲(chǔ)空間為4K。</p><p>　　表4-2和表4-3分別是nRF9E5的特性和參考數(shù)據(jù)。</p><p>　　表4-2 nRF9E5的特性</p><p>　　Tab.4-2 Features o

103、f nRF9E5 </p><p>　　對(duì)于nRF9E5而言，其最大的優(yōu)點(diǎn)是具有載波檢測(cè)功能。在ShockBurst接收方式下，當(dāng)出現(xiàn)nRF9E5工作信道內(nèi)的射頻載波時(shí)，載波檢測(cè)引腳(CD)被置高，這個(gè)特性很好的避免了同一工作頻率下不同發(fā)射器數(shù)據(jù)包之間的碰撞，有效的防止了信號(hào)的干擾。當(dāng)收發(fā)器準(zhǔn)備發(fā)射數(shù)據(jù)時(shí)，它首先進(jìn)入接收方式并探測(cè)所工作的信道是否空閑。載波檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)一般比靈敏度低5dB，比如，靈敏度為-100

104、dBm，載波檢測(cè)功能探測(cè)低至-105dBm的載波。也就是說(shuō)，載波低于-105dBm，載波檢測(cè)信號(hào)為低(一般為0)，高于-95dBm，則載波檢測(cè)信號(hào)為高(一般為VDD)，介于-105~95dBm之間，載波檢測(cè)信號(hào)可能為低也可能為高。</p><p>　　nRF9E5的內(nèi)部主要由微控制器（MCU）模塊和射頻模塊（nRF905）組成，圖4-1為nRF9E5的結(jié)構(gòu)框圖。下面簡(jiǎn)單介紹一下這兩個(gè)模塊。</p>

105、<p>　　nRF9E5內(nèi)嵌的微控制器兼容工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)8051，典型的指令周期為4~20個(gè)時(shí)鐘周期，與標(biāo)準(zhǔn)8051的12~48個(gè)時(shí)鐘周期相比，運(yùn)算速度要快的多。另外微控制器模塊還比標(biāo)準(zhǔn)8051多了5個(gè)特殊的中斷源：ADC，SPI，2個(gè)射頻相關(guān)中斷，一個(gè)喚醒功能。模塊具有3個(gè)與8052兼容的定時(shí)器，在采用串口通信（UART）時(shí)波特率可以用定時(shí)器1也可以用定時(shí)器2生成。同時(shí)微控制器的時(shí)鐘由外部晶振得到，時(shí)鐘頻率控制靈活。</p&

106、gt;<p>　　表4-3 nRF9E5的參考數(shù)據(jù)</p><p>　　nRF9E5內(nèi)嵌處理器的存儲(chǔ)單元比較特殊，它是由一塊與80C52兼容的256個(gè)字節(jié)RAM和512個(gè)字節(jié)ROM及一個(gè)4K的RAM組成。512個(gè)字節(jié)的ROM中包含一個(gè)初始裝載程序，當(dāng)系統(tǒng)上電或程序復(fù)位時(shí)，這個(gè)初始裝載程序?qū)⒁龑?dǎo)系統(tǒng)通過(guò)SPI接口將用戶(hù)編寫(xiě)的放在一塊外部串行EERPMO程序存儲(chǔ)器中的程序調(diào)入內(nèi)部4K的RMA中，然后系統(tǒng)