井下安全定位的RFID模块研究与设计
  摘    要：提出一种解决RFID(Radio Frequency Identifioatlon)标签和阅读器的低功耗和防；中撞方法。针对井下簧全定位综合系统的底层需求，基于低成本和低功耗考虑，设计了阅读器和标签的硬件电路，并在Code Vision AVR下，实现了阅读器和标签的C代码．软件采用改进的随机防冲撞ALOHA算法，利用信道复用技术，在为冲撞标签预留的时隙到达时重发信息，零漏读解决了RFID标签与阅读器通信冲撞问题．实验测试表明，该方法有效地解决了标签和阅读器的冲撞问题，同时，硬件功耗较低，可应用于井下安全定位和身份识。
关键词：井下定位；RFID；防冲撞
    近年来，在煤矿井下安全定位和身份识别上引起关注和应用。如山西大同市应建产量监控系统的238座煤矿中，已有133座煤矿安装了井下人员考勤定位系统；任桥等人做了基于硬件协议栈的网络化射频标签识别系统的研究…；舒琳完成了RFID跳频系统的设计”；Shweta Jain等人实现了一种基于CSMA的MAC协议来解决密集RFID网络环境下的冲撞问题”0。
    RFID应用仍有一些问题尚待改进和解决，包括RFID的成本、电子标签零漏读率、低功耗，以及RFID的标准化问题。本文基于井下安全定位考勤综合系统，从硬件和软件上研究了一种有源RFID标签以及对应的阅读器实现，并提出了一种解决电子标签零漏读率问题的方法。
2系统原理
  1)RFID构成与原理RFID系统包括电子标签(Tag)、阅读器(Interrogator)和数据传输与后台管理系统三部分。

    电子标签(射频卡)内部存有一定格式的数据，以此作为识别的标识性信息，标签可以主动或被动地将内部存储的ID信息调制后通过天线发射出去。应用中将电子标签附在待识别体上，作为识别的电子标记。

    阅读器用来接收电子标签发出的信息，并在某些情况下向标签发送命令或写入信息。
    数据交换与管理系统用于收集并处理从阅读器读到的标签数据，对收集的电子标签数据作不同的处理和数据输出。
    根据标签的不同工作频段，分为低频标签(125～134 kHz／140～148 5 kHz)、高频标签(13．56 MHz)、超高频标签(433 MHz，868～928 MHz)和微波标签(2 4 GHz以上)一。
    根据电子标签获取能量的方式，将RFID标签分为无源(被动标签)和有源(主动标签)2种。无源标签识别距离较短，但成本较低。有源标签由电池供电，可以主动向附近的阅读器发送数据，识别距离比无源RFID远，其应用形式也更加多样化。电池的寿命有限，必须在硬件和软件设计中充分考
虑低功耗的实现。
  2)系统构成与功能  井下安全定位考勤综合系统，如图1所示。
     

   系统主要由电子标签、阅读器、。485网络、中继分站、服务器、客户机组成。
    其中，电子标签为井下人员携带，作为身份标识。阅读器分布在矿井人口以及井道各监测点，通过485总线连接到分站。分站起中继传输信息的作用，连接到Pc服务器，将接收到的电子签信息及标签持有人相关信息保存到数据库，供客户端使用。客户端连接到服务器的数据库，进行数据的查询处理以及相关操作。
    整个系统具有服务器连接设置、硬件端口设
置、井下分站、阅读器故障自诊断；标签号与工号维护、下井人员统计列表、超时下井人员列表、人员实时动态监控、人员考勤统计报表、数据库备份与还原等功能。
3基于成本和低功耗的硬件设计与实现
    井下定位考勤系统的****层是RHD标签及其阅读器模块，其硬件的性能是整个系统的关键。
    1)阅读器与卡的设计选用ATmega88作为标签和阅读器的控制芯片。它具有多种低功耗模式，可在1．8 V工作。内置2倍cLK的硬件乘法器，保证程序和防冲撞算法的高效率执行。选用
ccl020作为无线收发芯片。其发送数据率达153．6 khit，灵敏度一119 dBm，极低耗电量(接收：17 mA)，内置位