一种基于射频识别技术的矿井管理系统的制作方法

1.本技术涉及射频识别技术领域，尤其涉及一种基于射频识别技术的矿井管理系统。


背景技术：

2.随着国民经济的不断发展，人民对矿产资源的需求量越来越大。中国作为矿产资源大国，有着丰富的矿产资源储备。然而，相对于世界许多国家来说，中国的矿产资源长期停留在人工开采水平，生产效率低、安全隐患多。
3.随着计算机和物联网技术的逐渐普及，矿井管理目前正在逐步实现自动化。但是目前对井下设备的管理技术落后，设备使用过程中重生产轻设备，造成设备维修周期长、计划性差，煤矿是被在长时间的运行后，很多设备被过度使用，缺乏保养维修。另外，在煤矿开采时无法确定井下设备以及井下工作人员的实时位置，也不能对煤矿事故作出提前的预防和示警，不能保障井下工作人员的人身安全。


技术实现要素：

4.本技术实施例提供了一种基于射频识别技术的矿井管理系统，用于解决如下技术问题：对井下设备的管理技术不健全、无法确定井下设备及井下工作人员的实时位置。
5.本技术实施例采用下述技术方案：
6.本技术实施例提供一种基于射频识别技术的矿井管理系统，系统包括：安装于各井下设备上的第一采集设备，用于采集所述井下设备的运行状况信息；其中，所述第一采集设备至少包括：温度采集设备；与所述第一采集设备无线通信的数据中心服务器，用于接收并存储所述第一采集设备上传的运行状况信息；安装于各所述井下设备上的rfid抗金属电子标签，用于发送射频信号；以相同间隔安装于井下通道中的若干rfid读写器，用于感应所述rfid抗金属电子标签发送的射频信号，并将感应到的射频信号上传到所述数据中心服务器，以使所述数据中心服务器获取各所述井下设备的设备位置信息；与所述数据中心服务器无线通信的显示设备，用于获取并显示所述数据中心服务器中存储的各所述井下设备的运行状况信息以及设备位置信息；设置于所述井下设备上的led电子标牌，所述led电子标牌与所述数据中心服务器之间无线连接，用于接收并显示所述数据中心服务器发送的所述井下设备的运行状况信息。
7.本技术实施例通过在井下设备上安装采集装置，可以实时采集井下设备中的运行状况数据，实时监测井下设备的状态，判断井下设备是否需要维护。通过在井下设备上安装rfid电子标签，并在井下通道中以均匀的间隔安装rfid 读写器，当rfid电子标签进入rfid读写器的感应范围后，即可接收rfid 电子标签的射频信号并上传到数据中心服务器，以指示井下设备的实时位置。
8.在一种可行的实施方式中，所述温度采集设备包括：设置于所述井下设备壳体内的第一温度传感器，用于采集所述井下设备的设备内部温度，并发送到所述数据中心服务
器；设置于所述井下设备壳体外的第二温度传感器，用于采集所述井下设备相应范围内的井下环境温度，并发送到所述数据中心服务器。
9.在一种可行的实施方式中，所述第一采集设备还包括地势传感器、电流传感器以及电压传感器；所述地势传感器用于采集所述井下设备相应范围内的地势信息，并发送到所述数据中心服务器；所述电流传感器用于采集所述井下设备中的电流信息，并发送到所述数据中心服务器；所述电压传感器用于采集所述井下设备中的电压信息，并发送到所述数据中心服务器。
10.在一种可行的实施方式中，所述系统还包括：安装于各所述井下设备的至少一个微型摄像头，用于拍摄所述井下设备相应范围内的监控画面，并将所述监控画面上传到所述数据中心服务器进行存储；所述微型摄像头的四周安装有红外夜视发光管。
11.在一种可行的实施方式中，所述rfid抗金属电子标签中包括功率放大电路；所述功率放大电路包括放大器芯片ic1、第一电容c1、第二电容c2、第一电感器l1、第三电容c3、第二电感器l2、第三电感器l3、第四电容c4、第五电容c5以及第六电容c6；所述放大器芯片采用rfpa0133410芯片，用于放大所述电子标签发出的射频信号的功率，扩大射频信号的传输距离。
12.在一种可行的实施方式中，所述放大器芯片ic1的第三引脚与所述第一电感器l1连接，第七引脚和第八引脚相连并通过所述第三电容c3接地，以及通过第三电感器l3连接电源；所述放大器芯片ic1的第七引脚和第八引脚相连并与所述第二电感器l2相连；所述第一电感器l1与所述第二电容c2连接，所述第二电容c2与射频信号输入端连接，所述第二电容c2通过所述第一电容c1接地；所述第二电感器l2与所述第五电容c5相连，并通过所述第四电容c4接地；所述第五电容c5与射频信号输出端连接，所述第五电容c5通过所述第六电容c6接地。
13.在一种可行的实施方式中，所述rfid抗金属电子标签包括rfid标签天线；所述rfid标签天线与所述功率放大电路连接，用于扩大射频信号的传输距离；所述rfid标签天线采用2dbi陶瓷天线。
14.本技术实施例通过功率放大电路以及rfid标签天线来增强射频信号的功率和传输距离，以提升rfid读写器感应射频信号的准确率，并且在不影响设备定位的前提下减少在井下通道中安装的rfid读写器的数量，节省成本。
15.在一种可行的实施方式中，所述系统还包括：业务服务器、以相同间隔安装于所述井下通道的若干声光报警装置；所述业务服务器与所述数据中心服务器之间无线通信，用于获取所述数据中心服务器存储的设备运行状况信息；且所述业务服务器与各声光报警装置无线通信，以控制各声光报警装置发出声光报警。
16.本技术实施例通过在业务服务器中分析数据中心服务器中存储的设备运行状况信息，确定井下设备是否出现问题，若出现问题则控制该井下设备所在的区域的声光报警器发出声光报警，提示井下工作人员检查该井下设备的故障原因。
17.在一种可行的实施方式中，所述系统还包括穿戴于井下工作人员身上的第二采集设备，以及设置于所述第二采集设备上的rfid电子标签；所述第二采集设备与所述数据中心服务器之间无线通信，用于采集所述井下工作人员的生命体征数据以及周边环境数据，并将采集的所述生命体征数据以及周边环境数据上传至所述数据中心服务器；所述rfid电
子标签用于存储所述井下工作人员的工号以及身份信息，以及发送相应的射频信号。
18.在一种可行的实施方式中，所述第二采集设备包括心率传感器、血压传感器、地势传感器以及瓦斯浓度传感器；其中，所述心率传感器用于采集所述井下工作人员的心率；所述血压传感器用于采集所述井下工作人员的血压；所述地势传感器用于采集所述井下工作人员相应范围内的地势信息；所述瓦斯浓度传感器用于采集所述井下工作人员相应范围内的瓦斯浓度信息。
19.本技术实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：
20.1.本技术实施例通过安装在各井下设备上的第一采集设备，采集各井下设备的设备运行状况信息，可以实时监测各井下设备自身的运行状况以及周围的环境状况，及时发现设备运行的异常情况，或者发现设备的老化问题，及时维护设备，预防故障的发生。在各井下设备上安装rfid抗金属电子标签，有利于定位各井下设备的实时位置，便于维护人员快速找到井下设备进行维护，节省维护时间。安装在各井下设备上的led电子标牌可以将第一采集设备采集的各种信息显示在显示屏上，供维护人员查看，并根据具体的数据对井下设备进行针对性的维护。
21.2.本技术实施例通过安装在各井下工作人员身上的第二采集设备，采集井下工作人员的生命体征数据以及周边环境数据，可以实时监测井下工作人员的生命体征以及周围的环境，若任意一项数据出现异常情况，可及时通知到该井下工作人员暂停工作返回地面，或对该井下工作人员进行救援。在各井下工作人员身上安装rfid电子标签，有利于定位各井下工作人员的实时位置，在发生突发情况时，可参考各井下工作人员的实时位置进行救援。
附图说明
22.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
23.图1为本技术实施例提供的一种基于射频识别技术的矿井管理系统的结构示意图；
24.其中，101数据中心服务器，103微型摄像头，104业务服务器，105显示设备，111声光报警器；
25.图2为本技术实施例提供的一种功率放大电路；
26.图3为本技术实施例提供的一种rfid读写器在矿井下的分布示意图。
具体实施方式
27.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术中的技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本技术保护的范围。
28.本技术实施例提供一种基于射频识别技术的矿井管理系统。如图1所示，该系统包括安装于各井下设备上的若干第一采集设备、与若干第一采集设备无线通信的数据中心服务器101、安装于各井下设备上的rfid抗金属电子标签、以相同间隔安装于井下通道中的若干rfid读写器、与数据中心服务器101无线通信的显示设备105以及设置于井下设备上的若干led电子标牌。为方便描述，以第一采集设备102、rfid抗金属电子标签108、rfid读写器107、 led电子标牌106为例对方案进行详细解释。
29.其中，第一采集设备102用于采集井下设备的运行状况信息，运行状况信息包括井下设备的内部温度、外部温度、电压、电流、周围的地势等。数据中心服务器101用于接收并存储第一采集设备102上传的运行状况信息。rfid 抗金属电子标签108用于发送射频信号。rfid读写器107，用于感应rfid抗金属电子标签发送的射频信号，并将感应到的射频信号上传到数据中心服务器 101，以使数据中心服务器101获取各井下设备的设备位置信息。显示设备105 用于获取并显示数据中心服务器101中存储的各井下设备的运行状况信息以及设备位置信息。led电子标牌106与数据中心服务器101之间无线连接，用于接收并显示数据中心服务器101发送的井下设备的运行状况信息。
30.进一步地，第一采集设备102至少包括温度采集设备、地势传感器、电流传感器、电压传感器。温度采集设备包括设置于井下设备壳体内的第一温度传感器，用于采集井下设备的设备内部温度，并发送到数据中心服务器；设置于井下设备壳体外的第二温度传感器，用于采集井下设备相应范围内的井下环境温度，并发送到数据中心服务器。地势传感器用于采集井下设备相应范围内的地势信息，并发送到数据中心服务器；电流传感器用于采集井下设备中的电流信息，并发送到数据中心服务器；电压传感器用于采集井下设备中的电压信息，并发送到数据中心服务器。数据中心服务器接收到第一采集设备102发送的各种信息后，将收到的信息存储在数据库中。
31.在一个实施例中，在井下设备不存在壳体的情况下，根据不同井下设备的具体结构，安装第一温度传感器与第二温度传感器。例如可以将第一温度传感器安装在需要监控温度的零件旁，如电机等；将第二温度传感器安装在井下设备的表面，并在第二温度传感器与井下设备之间添加隔热材料。具体安装方式可灵活选择，在本技术实施例中不做具体限定。
32.作为一种可行的实施方式，每个井下设备都有一个唯一的编号，每个需要监测的井下设备上都安装有一个第一采集设备，并在该井下设备上安装的第一采集设备中存入对应的井下设备的编号。在该第一采集设备向数据中心服务器发送数据时，同时发送自己监测的井下设备的编号，以便数据中心服务器将收到的数据与井下设备对应。
33.进一步地，led电子标牌106安装在每个需要监测的井下设备上，第一采集设备102将采集的设备运行状况信息发送到数据中心服务器之后，数据中心服务器再将这些运行状况信息发送到对应的led电子标牌106中显示。以便井下工作人员查看各井下设备的运行状况。或者在井下设备出故障时为维修人员提供参考数据。
34.进一步地，rfid抗金属电子标签108安装在每个需要监测的井下设备上，内部存储有对应的井下设备的编号等信息，可以实时发出射频信号。
35.作为一种可行的实施方式，rfid抗金属电子标签108中包括功率放大电路，如图2所示，功率放大电路包括放大器芯片ic1、第一电容c1、第二电容 c2、第一电感器l1、第三电
容c3、第二电感器l2、第三电感器l3、第四电容c4、第五电容c5以及第六电容c6。
36.具体地，放大器芯片ic1的第三引脚与第一电感器l1连接，第七引脚和第八引脚相连并通过第三电容c3接地，以及通过第三电感器l3连接电源；放大器芯片ic1的第七引脚和第八引脚相连并与第二电感器l2相连；第一电感器l1与第二电容c2连接，第二电容c2与射频信号输入端连接，第二电容 c2通过第一电容c1接地；第二电感器l2与第五电容c5相连，并通过第四电容c4接地；第五电容c5与射频信号输出端连接，第五电容c5通过第六电容c6接地。
37.在一个实施例中，放大器芯片采用rfpa0133410芯片，rfpa0133410芯片是一个采用3v～5v单电源供电的放大器芯片，工作频率范围为380mhz～960mhz，采用5v电压供电时，输出功率为1w，小信号增益为 32db@900mhz，增益效率大于60％，可以有效放大电子标签发出的射频信号的功率。
38.作为一种可行的实施方式，rfid抗金属电子标签108还包括rfid标签天线。rfid标签天线与功率放大电路连接，用于扩大射频信号的传输距离。
39.在一个实施例中，rfid标签天线采用2dbi陶瓷天线。
40.进一步地，若干rfid读写器以相同的间隔分布在矿井通道中，数据中心服务器中记录了每个rfid读写器的安装位置。在有rfid电子标签进入某个 rfid读写器的感应范围后，该rfid读写器即可感应该rfid电子标签的射频信号，射频信号中包含该rfid电子标签中保存的编号。rfid读写器读出射频信号中包含的编号，并将编号发送到数据中心服务器。数据中心服务器根据发送该编号的rfid读写器的位置，即可获取该编号对应的井下设备的位置。
41.在一个实施例中，图3为本技术实施例提供的一种rfid读写器在矿井下的分布示意图，如图3所示，若干个rfid读写器以相同间隔安装在矿井通道中，两个rfid读写器之间的间隔可以根据rfid读写器的感应范围进行设置。若rfid读写器301在感应范围内感应到5个射频信号，则读取出5个射频信号中包含的编号，假设分别为001、002、003、004、005，然后将这5个编号都发送到数据中心服务器。数据中心服务器收到这5个编号后，即可确定当前时间，001-005这5个井下设备位于rfid读写器301的位置。
42.进一步地，系统还包括业务服务器104、以相同间隔安装于井下通道的若干声光报警装置，为方便描述，以声光报警装置111为例对方案进行详细解释。
43.具体地，业务服务器104与数据中心服务器101之间无线通信，用于获取数据中心服务器101存储的设备运行状况信息；且业务服务器104与声光报警装置111无线通信，以控制声光报警装置111发出声光报警。
44.作为一种可行的实施方式，声光报警装置111以相同的间隔安装在井下通道中，两个声光报警器之间的间隔可以根据声光报警器111的音量和声音传播范围进行设置。业务服务器104获取数据中心服务器101存储的各井下设备的运行状况信息，分别分析各井下设备的运行情况，若分析出某个井下设备出现了异常情况，则在数据中心服务器中获取该井下设备的当前位置，从而向该位置附近的声光报警器发出报警指令，提示井下工作人员暂停使用该井下设备，或者对其进行紧急维修。
45.进一步地，系统还包括安装于各井下设备的至少一个微型摄像头103，用于拍摄井下设备相应范围内的监控画面，并将监控画面上传到数据中心服务器 101进行存储。
46.作为一种可行的实施方式，微型摄像头103的四周安装有红外夜视发光管，以便微型摄像头103在光线很暗的环境下也可以拍清楚画面。每个井下设备上至少安装一个微型摄像头，并且实时将拍摄的监控画面上传到数据中心服务器101。数据中心服务器接收到监控画面后，可以在显示设备105中进行显示，也可以只进行存储，在需要调取监控的时候再取出。
47.另外，系统还包括穿戴于井下工作人员身上的若干第二采集设备，以及设置于若干第二采集设备上的rfid电子标签，为方便描述，以第二采集设备110 以及rfid电子标签109为例对方案进行详细解释。
48.具体地，第二采集设备110与所述数据中心服务器101之间无线通信，用于采集井下工作人员的生命体征数据以及周边环境数据，并将采集的生命体征数据以及周边环境数据上传至数据中心服务器101。rfid电子标签109用于存储井下工作人员的工号以及身份信息，以及发送相应的射频信号。
49.作为一种可行的实施方式，每个井下工作人员也拥有唯一的编号。每个井下工作人员身上的rfid电子标签发出的射频信号也可以被rfid读写器107 感应到并读出编号，rfid读写器107将感应到的编号发送到数据中心服务器 101，从而可以指示每个井下工作人员的实时位置。
50.进一步地，第二采集设备110至少包括心率传感器、血压传感器、地势传感器以及瓦斯浓度传感器。心率传感器用于采集井下工作人员的心率；血压传感器用于采集井下工作人员的血压；地势传感器用于采集井下工作人员相应范围内的地势信息；瓦斯浓度传感器用于采集井下工作人员相应范围内的瓦斯浓度信息。
51.作为一种可行的实施方式，第二采集设备110具体可以集成于井下工作人员身上穿戴的工作马甲或头盔中。
52.在一个实施例中，业务服务器104在数据中心服务器101中获取所有井下工作人员的生命体征数据以及周边环境数据，并进行分析。若发现某个井下工作人员的生命体征数据或周边环境数据中的一项或多项出现异常，则向该井下工作人员所在位置附近的声光报警器发出报警指令，提示该井下工作人员迅速返回地面，或者提醒其他井下工作人员查看周围环境情况并返回地面。以起到预防事故发生，保障井下工作人员生命安全的作用。
53.本技术中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置、设备、非易失性计算机存储介质实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
54.上述对本技术特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
55.以上所述仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术。对于本领域技术人员来说，本技术的实施例可以有各种更改和变化。凡在本技术实施例的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的权利要求范围之内。