矿山安全问题一直困扰着矿山行业的发展,其中以人员与设备的安全问题最为突出。本文分析了人员与设备安全的重要性,结合矿山安全的发展动态以及射频识别技术的发展,说明了课题的研究背景及意义。根据需求制定了设计目标,提出了一种通过射频卡与读卡器实现对人员与设备进行安全监测和管理的总体方案,采用了 433MHz 有源 RFID(Radio Frequency Identification)、CAN(Controller AreaNetwork)通信等技术,完成了设备选型。硬件设计包括读卡器与射频卡两部分,读卡器包含有最小系统、CAN驱动电路、存储电路、串口电路、射频通信电路等,射频卡包含有最小系统、语音提醒电路、按键及显示电路、射频通信电路等。对读卡器与射频卡的原理图以及电路板进行了设计。软件设计包括读卡器、射频卡、组网通信、系统安全功能四个部分。读卡器的设计包含有记录人员上报或紧急疏散等事件的存储程序设计、获取所记录事件时间的实时时钟程序设计。射频卡的设计包含有通过语音提醒人员查看紧急疏散等指令的语音程序设计、通过显示屏告知人员突发事故等内容的显示程序设计。组网通信包括有射频通信设计、CAN通信设计、冲突避免方案设计等。冲突避免方案设计中,针对多个射频卡向读卡器反馈人员设备信息时,可能发生的数据冲突,采用了信道竞争以及二进制退避机制以避免冲突发生。针对多个读卡器向射频卡发送数据时的隐藏终端问题,采用了数据短包的方式避免数据冲突。设计了一款应用于功能测试的测试用上位机。射频卡通信系统的安全功能设计包括有人员设备监测、发送疏散指令、人员事故上报等,并根据不同功能制定了相应的通信流程以及数据传输格式。搭建测试平台对射频卡通信系统进行了通信功能和安全功能的测试。测试平台包括有射频卡、读卡器、上位机、仿真器等。通信功能测试包括有射频通信测试、CAN通信测试以及性能可靠性测试,可靠性测试包括单点通信测试与冲突避免测试。安全功能测试包括有人员监测测试、人员调度测试、工作上报测试。通过测试,本文设计与开发的射频卡通信系统运行稳定,实现了通信功能以及安全功能。