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地下礦井無線通信——基于RFID的傳感器網絡 ( 簡體 字) |
| 作者：阮錦屏,趙玉民,吳蔚英 | 類別：1. -> 通信技術 -> 無線通訊 -> RFID |
| 譯者： |
| 出版社：電子工業出版社 |  3dWoo書號： 38570
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NT售價： 375 元 |
| 出版日：4/1/2014 |
| 頁數：392 |
| 光碟數：0 |
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站長推薦：   |
| 印刷：黑白印刷 | 語系： ( 簡體 版 ) |
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| ISBN：9787121225758 |
| 作者序 | 譯者序 | 前言 | 內容簡介 | 目錄 | 序 |
| (簡體書上所述之下載連結耗時費功, 恕不適用在台灣, 若讀者需要請自行嘗試, 恕不保證) |
| 作者序： |
| 譯者序： |
前言：譯 者 序
正如本書作者所述， 地下礦井具有工作條件艱苦和環境危險的特點， 十分需要各種無線通信系統的開發， 特別是當前發展迅速的基于RFID（射頻識別）傳感器網絡的應用。本書作者正是抓住了這一主題， 總結了長期這方面的工作經驗而寫出本書， 應該是具有一定的參考及交流價值。
本書綜合論述了基于RFID傳感器網絡的礦井統一無線通信系統的基礎內容及所能完成的各種任務。其最大特點是著重實踐， 書中收編了從設計開始到制造、 組裝、 本質安全分析、 測試、 實驗室和現場實驗、 不同無線通信系統部署和操作、 網絡設計和應用、 編程方法及相關程序的所有技術細節， 許多可直接參考和應用； 并且理論方面的內容也可作為綜合參考。本書介紹的內容并不是僅能用于地下礦井， 除地下礦井需考慮更嚴格的安全設計外， 其內容同樣可用于其他領域， 如隧道通信、 復雜環境下RFID的各種應用領域、 物聯網等。
但是， 本書校對工作可能比較倉促， 因此在翻譯中不時會發現一些錯誤， 較明顯的我們做了改正， 而有些只能尊重原文或加以適當說明； 并且書中的電路圖及照片圖較多， 由于版面有限， 有些圖就很難看清； 也可發現某些電路圖元件標示不清楚或與說明不符的現象， 類似的圖只可作為示意性參考。這書涉及的內容較多， 只能做綜合參考， 不能像設計報告那樣要求詳細的理論分析。如果需要， 詳細內容經進一步分析或實驗一般就可以理解。
本書翻譯工作的安排如下：吳蔚英完成第1、 4、 5、 6章的翻譯與修訂； 趙玉民完成第12章的翻譯與修訂， 第10、 11章和附錄的修訂及全稿整理； 阮錦屏完成其他7章及前言、 附錄等翻譯工作， 對全書譯稿進行了多次修訂， 并主管了翻譯組織與協調等工作。另外， 又請CETC-54所高工趙曉輝對“附錄”原程序進行了審校， 其他參加及幫助本書翻譯工作的人員將在后面列出。最后， 由深圳市遠望谷信息技術股份有限公司進行了統一審校。主要翻譯人員都是中電科技公司研究所的退休研究員， 從事過長期的科研開發工作， 其中也包括書中涉及的一些領域。我們對這本書的翻譯很有興趣， 也算是豐富退休生活及發揮余熱。但是很遺憾， 由于種種原因， 這項工作持續了很長時間。
順利完成本書的翻譯工作也與深圳遠望谷公司的領導及專家們的指導及支持分不開。深圳遠望谷公司已是國內外知名的RFID上市公司， 對他們支持科研發展、 盡知名企業社會責任的努力深表感謝。孫玉院士也曾推薦過這本書， 認為其主題內容很好， 在此也表示感謝。此外， 還要感謝本書作者、 Springer出版社的版權經理陳青、 電子工業出版社的編輯周宏敏和馮小貝、 深圳遠望谷公司的馬琳和陳露露等多方的理解和支持， 以及為本書翻譯提供幫助的阮志武、 吳鑫、 趙建軍、 阮志彬、 陳秀英、 張樹人等人。又獲悉我國“十二五”規劃， 針對礦業發展將加大對礦井安全支持力度， 包括建立各種通信與定位系統及網絡； 強化礦山信息資源開發利用， 將是礦山工業可持續發展的必經之路。“十二五”規劃也明確了建立傳感信息中心為國家戰略性新興產業之一及要求物聯網技術能有突破性進展。本書介紹的RFID傳感器網絡即可用于該應用， 也希望相關領域能有更多的開拓與發展。
盡管我們付出了最大努力， 但是本書的內容涉及眾多學科主題， 短時間掌握較困難（譯者與礦業的接觸并不多）， 譯者的精力和水平也有限， 加上本書作者是印度人， 英語寫作風格也有些不適應， 因此錯誤難免。書中在難理解的地方已做了說明或提供原文， 不過我們還計劃開辟網頁供讀者討論及更新勘誤等。目前， 讀者可先通過Email（ruan_jp@sina.com）與譯者聯系。前 言
在過去幾十年里， 無線通信已成為一門獨立的學科。從蜂窩電話到利用無線傳感器網絡的無線數據傳輸， 已經深刻地影響了安全、 生產、 工業生產率， 也影響到我們的生活方式。經過10多年的呈指數的增長， 無線工業已是世界上最大的產業之一。因此， 如果不探索用于采礦業的無線通信， 會是不公正的。
地下礦井具有工作條件艱苦和環境危險的特點， 為礦井工作的順利運作和確保更好的安全性， 需要易操作的全礦范圍的通信系統。適當和可靠的通信系統， 不但可減少機器故障時間， 而且有助于在發生災難時加速救援工作， 也有助于即時地將日常正常采礦作業的信息從地下工作區傳遞到附近地面。因此， 一個可靠和有效的通信系統， 為安全工作和保持地下礦井必要的生產和生產率是不可少的。大多數現有的通常可供地下礦井使用的系統是基于線路（有線）通信的原理， 這在災難環境和某些不便部署線路的地方是無法接受的。而無線通信是一種必需的、 可信的和方便的系統， 對日常的正常工作或災害情況都是十分重要的。目前在全球市場還沒有關于地下礦井和危險地區無線通信技術的相關書籍， 因此一本介紹地下礦井無線通信的綜合書籍， 對采礦和電子工程師都是極其需要的， 以便能提供對這一重要課題和安全系統設計方面的更深入的理解。考慮這些情況， 本書寫作時包括了由作者為地下礦井不同區域無線通信所設計和開發的各種通信設備及其現場實驗結果。
除了存在易燃氣體和危險環境外， 由于地下地層對無線電波的高衰減， 地面應用的無線通信系統不能直接用到地下礦井。在通信路徑上非勻稱的礦井拓撲結構、 不平坦的礦山結構、 復雜的地質結構及大量錯綜復雜的情況， 產生了進一步的障礙。地下礦井無線通信是一項涉及多學科主題的非常復雜的技術， 因此本書的重點是關于地下礦井和危險區域無線通信技術的最近進展。本書給出了一個綜合性的處理， 以提供一個無線通信系統數據、 語音和視頻傳輸的統一的基礎。這本書的新穎之處在于， 它不但包含了無線傳感器網絡、 射頻識別設備、 系統專用的嵌入式軟件、 應用軟件和防爆電路的設計及開發技術， 也涵蓋了廣泛的無線通信系統最新的實踐。
書中詳細闡述了被困礦工安全通信系統、 豎井通信系統、 視距通信系統、 全礦井范圍通信系統和基于Web的信息系統的技術內容， 還介紹了最新的RFID技術、 礦工信息和安全系統、 系統專用的嵌入式軟件和應用軟件。此外， 本書還提供了系統在地下礦井的部署和運行情況。因此， 本書包含了從設計開始， 制造、 組裝、 安全分析、 測試、 實驗室和現場實驗、 部署和不同無線通信系統業務的所有技術細節。全書共分12章， 包括了地下礦井和無線通信技術不同方面的內容， 下面列舉各章的簡要內容。
第1章——礦井通信技術。對全球應用的各種地下礦井通信技術進行了總結。
第2章——適用頻率的評價。收編了為確定不同地下礦區通信系統的精確頻率， 在實驗室和現場給出的實驗結果。
第3章——被困礦工通信。在地下礦井， 有時由于地層裂縫、 坑道頂棚或側壁倒塌而使礦工被困在封閉的地區， 許多礦工還可能被困在大塊倒下的頂棚下面。為找出被困礦工的實際位置以加快救援行動， 在被困礦工與救援隊之間建立通信鏈路是必不可少的。因此， 在這一章中， 討論了由作者開發的被困礦工安全通信系統的系統描述、 技術描述、 框圖、 詳細電路圖、 印制電路板布局、 電源安全保護、 安全分析以及實驗室和現場試驗的結果。
第4章——豎井通信。如今在印度和其他一些國家的大部分地下礦井中， 正使用著響鈴信令系統。但這種系統有其自身的缺陷， 需要經改進的移動料車中人與升降機操作員之間的升降機通信。因此， 為在豎井中進行可靠和實時通信， 對用升降機/導索作為電流載體的基于感應的通信系統的設計與開發進行了描述， 并且進行了系統、 技術、 框圖、 詳細電路圖、 印制電路板布局、 電源安全保護、 安全分析和對所開發系統的實驗室和現場試驗的描述。
第5章——視距通信。討論了采用超高頻收發器的視距通信， 對系統描述、 技術細節、 詳細的電路圖和安全方面的問題給出了應有的重視。
第6章——全礦井范圍通信。詳細列舉了用于全礦井范圍通信的漏泄基通信技術。也討論了其技術細節、 安全方面、 安裝和調試的過程。
第7章——采礦業基于Web的信息和決策支持系統。介紹了采用不同模塊的基于Web的系統開發， 用于提高生產和生產率、 輪班和人事管理、 減少產量單貨不符、 設備維修、 庫存管理 、 環境監測、 礦井信息、 災難預報、 礦井安全管理、 法令要求、 災后管理、 用網上保存記錄改進工作、 地下礦井無線通信、 決策、 培訓和其他功能。突出存在的問題和不同模塊的解決方案， 本章概要說明了Web基系統開發的領域。
第8章——ZigBee技術。一種獨特的無線傳感器網絡解決方案：詳細討論了用于地下的射頻識別（RFID）技術的全球進展， 還討論了在地下礦井中該技術的可行性和探索。詳盡闡述了ZigBee技術。
第9章——礦山無線信息和安全系統。在地下礦井， 許多礦工一般在輪班時進入地下， 到不同的工作面開采煤/礦物。按現行的做法， 在災難發生時， 識別與跟蹤礦工是非常困難的。因此， 對地下礦井的管理來說， 不但在正常工作條件時， 而且在災難情況下， 對礦工的識別和編碼是亟須解決的一件事。因此， 本章對由作者開發的利用RFID技術的礦工信息和安全系統進行了詳細的討論， 對在地下與露天礦山的安裝和調試過程及在地下礦井的工作性能也都進行了介紹。
第10章——RFID器件編程。討論了為動態無線傳感器網絡的地下應用所需的專用兼容系統的嵌入軟件， 這可解決大網絡中的冗余問題。該軟件旨在使RFID設備作為協調器、 路由器和不同地下用途的終端設備， 例如礦工和機器跟蹤、 監測礦工不安全的做法和提供現場甲烷和一氧化碳氣體的預警及監測、 車輛相撞的預防、 致命事故預防和提供信息。對不同的設備， 如協調器、 路由器、 終端設備、 氣體監測設備、 接近報警設備、 信息設備還提供了完整的程序代碼。
第11章——跟蹤和監測軟件。詳細討論了采礦用的應用軟件， 也討論了編程方法。該軟件是專門為采礦的不同目的而設計的， 有不同的模塊， 即礦工和車輛跟蹤、 露天礦的路線跟蹤、 防止致命事故和車輛碰撞、 環境監測、 監測礦工的不安全做法、 發送警告信息、 信息通信和準備計算機化的礦工上班時間記錄模塊。不同軟件模塊的算法也被納入該章。
第12章——危險區的本質安全。防爆電路開發的概念是本章的重點。詳細說明了設計和開發防爆電路的技術內容。此外還列舉了有害地區防爆電路的設計過程。
所有各章都精心描述了地下礦井用的不同類型的無線通信系統。每一章是針對特定的方向而寫的。各種作者開發的通信設備的詳細技術內容， 包括實施、 安裝及交付過程， 在相應章節都進行了討論。本書是寫給在礦區通信和自動化領域的現代電信、 電子和儀器儀表、 軟件及系統、 計算機科學、 電氣和采礦專業的工程師、 科學家和研究人員的。對獻身于這類課題的工程師們會從書中獲益匪淺， 尤其在系統的安全設計方面。該書還會使從事該領域研究的大學、 研究所和研發機構的研究人員和企業專業人士獲益。
L.K.Bandyopadhyay博士
S.K.Chaulya博士
P.K.Mishra博士
印度， 丹巴德 |
內容簡介：本書側重介紹了地下礦井和其他危險地區無線通信技術的最新進展。本書全面提供了在這些區域用于傳輸數據、語音和視頻的無線通信系統的統一的基礎內容，并結合介紹了防爆電路設計和開發的方法，這對危險地區的應用是非常重要的。本書的主題內容包括被困礦工安全通信系統、豎井通信系統、視距通信系統、全礦范圍通信系統和基于網絡的信息系統的設計與開發。也詳細討論了RFID技術，包括地下應用的兼容系統用的嵌入式軟件和地下不同設備用的軟件程序代碼。 |
目錄：第1章 礦井通信技術
1.1 引言
1.2 有線通信服務
1.2.1 有線通信的類型
1.2.2 載波電流系統
1.2.3 組合系統
1.2.4 光纜通信
1.2.5 有線通信系統的限制
1.3 半無線通信系統
1.3.1 基于漏泄電纜的系統
1.3.2 人身安全定位和監測
1.3.3 增強型數字無繩電信系統
1.3.4 以太網
1.4 穿地通信系統
1.4.1 人員應急(PED)通信系統
1.4.2 發射機外蓋
1.4.3 礦車守衛者礦工跟蹤系統
1.4.4 Delta電磁梯度計信標跟蹤系統
1.4.5 地下無線電氣通信系統
1.4.6 緊急廣播網
1.4.7 甚低頻和低頻的傳播
1.4.8 對TTE的研究
1.5 無線通信服務
1.5.1 袖珍尋呼機
1.5.2 對講機（Walkie-Talkie）系統
1.5.3 藍牙
1.5.4 無線保真(Wi-Fi)
1.5.5 全球微波接入互操作性（WiMAX）
1.5.6 射頻識別技術
1.5.7 超寬帶通信
1.5.8 Watcher（注視者）-ATS
1.5.9 跟蹤器標簽系統
1.6 災難管理用營救系統
1.6.1 地下和城市環境通信
1.6.2 牙齒麥克風
1.6.3 超低頻信標
1.7 結論
參考文獻
網站
第2章 適用頻率的評價
2.1 引言
2.2 穿過媒質的波的傳播
2.3 實驗室試驗
2.3.1 實驗方法
2.3.2 傳輸信號的分析
2.4 結果與討論
2.5 結論
參考文獻
第3章 被困礦工通信
3.1 引言
3.2 系統描述
3.3 發射單元
3.4 接收單元
3.5 技術說明
3.5.1 電源及安全防護
3.5.2 技術規格
3.5.3 可靠元件
3.5.4 輸入和輸出的詳細信息
3.6 安全性分析
3.6.1 發射單元
3.6.2 接收單元
3.7 元件詳細信息
3.7.1 安全性元件額定功率
3.7.2 發射單元元件列表
3.7.3 接收單元元件列表
3.8 系統功能
3.9 場地試驗
3.10 結論
參考文獻
第4章 豎井通信
4.1 引言
4.2 理論
4.2.1 電感應
4.2.2 電流鉗
4.2.3 電磁耦合
4.2.4 后果
4.3 原理
4.4 系統描述
4.5 技術細節
4.5.1 發送單元
4.5.2 接收單元
4.5.3 規格
4.6 現場安裝程序
4.7 實驗室和現場試驗
4.7.1 實驗室試驗
4.7.2 現場試驗
4.8 系統功能
4.9 結論
參考文獻
網站
第5章 視距通信
5.1 引言
5.2 在煤礦坑道中特高頻（UHF）無線電波的傳播
5.2.1 波導模式
5.2.2 表面粗糙度造成的損耗
5.2.3 隧道壁傾斜造成的損耗
5.3 預期的礦井通信范圍和傳輸損耗
5.4 系統描述
5.5 電路圖
5.6 規格
5.7 現場試驗
5.8 功能
5.9 結論
參考文獻
第6章 全礦井范圍通信
6.1 引言
6.2 系統
6.2.1 基本原理
6.2.2 系統描述
6.3 漏泄系統的技術規格
6.4 工作方法
6.5 優點
6.6 電纜類型
6.6.1 長線天線
6.6.2 雙線饋線
6.6.3 Delogne系統
6.6.4 開槽的屏蔽電纜
6.6.5 松編織電纜
6.7 缺點
6.8 現場試驗
6.9 無源放大器的開發
6.9.1 描述
6.9.2 電路圖
6.9.3 規格
6.9.4 現場安裝
6.9.5 天線試驗
6.9.6 性能
6.10 結論
參考文獻
第7章 采礦業的基于Web信息和決策支持系統
7.1 引言
7.2 煤礦需要IT應用的領域
7.2.1 提高生產力和生產率
7.2.2 輪班和人事管理
7.2.3 減少產量單貨不符的情況
7.2.4 設備維修
7.2.5 庫存管理
7.2.6 環境監測
7.2.7 礦史
7.2.8 災難預測及礦山安全管理
7.2.9 法令要求
7.2.10 災后管理
7.2.11 用網上保存的記錄改進工作
7.2.12 地下礦井無線通信
7.2.13 決策
7.2.14 培訓
7.3 系統描述
7.3.1 軟件和數據庫
7.3.2 中間件
7.3.3 硬件
7.4 結論
參考文獻
第8章 ZigBee技術： 一種獨特的無線傳感器網絡解決方案
8.1 引言
8.2 ZigBee技術
8.2.1 ZigBee協議棧
8.2.2 網絡層
8.2.3 數據鏈路層
8.2.4 通用MAC幀結構
8.2.5 IEEE 802.15.4中的MAC協議概述
8.2.6 物理層
8.2.7 靈敏度和工作距離
8.2.8 安全性
8.2.9 限制
8.3 ZigBee技術專長
8.4 ZigBee與其他無線技術的比較
8.5 ZigBee的特點
8.6 應用領域
8.7 ZigBee的設備制造商
8.8 結論
參考文獻
網站
第9章 礦山無線信息和安全系統
9.1 引言
9.2 功能
9.3 系統
9.3.1 協調器
9.3.2 路由器/終端設備
9.3.3 一氧化碳監測設備
9.3.4 甲烷監測設備
9.3.5 信息設備
9.4 原理及運行過程
9.4.1 跟蹤和監測系統
9.4.2 減少致命事故
9.4.3 碰撞預防系統
9.4.4 效率和生產率監測系統
9.4.5 監測礦工不安全習慣與報警系統
9.4.6 信息通信系統
9.5 系統安裝過程
9.6 系統功能
9.7 地下礦井RFID設備性能分析
9.7.1 評價數據包投遞率實驗
9.7.2 評價信標率實驗
9.8 結論
參考文獻
第10章 RFID器件編程
10.1 引言
10.2 RFID設備的功能
10.3 CC2430芯片
10.4 CC2430模塊
10.5 RFID設備的編程
10.5.1 使用USB接口的調試
10.5.2 利用CC2430調試連接器的調試
10.6 網絡的建立
10.7 網絡拓撲
10.7.1 星形拓撲
10.7.2 對等拓撲
10.7.3 分群樹形拓撲
10.8 網絡層次
10.8.1 應用層（層7）
10.8.2 表示層（層6）
10.8.3 會話層（層5）
10.8.4 傳輸層（層4）
10.8.5 網絡層（層3）
10.8.6 數據鏈路層（層2）
10.8.7 物理層（層1）
10.9 無線應用協議
10.10 媒體訪問控制
10.10.1 MAC應用
10.10.2 MAC操作
10.10.3 MAC應用程序設計
10.10.4 利用TI-MAC庫的編程
10.11 RFID設備的編程和功能
10.11.1 無線網絡編程
10.11.2 不同設備的功能
10.11.3 編程過程
10.12 結論
參考文獻
網站
第11章 跟蹤和監測軟件
11.1 引言
11.2 應用軟件
11.3 工作模式
11.4 流程圖和算法
11.5 軟件安裝和操作步驟
11.5.1 安裝步驟
11.5.2 操作步驟
11.6 結論
第12章 危險區的本質安全
12.1 引言
12.2 本質安全概念
12.3 分類
12.3.1 危險區
12.3.2 防爆設備的溫度
12.4 有關本質安全的標準
12.4.1 ATEX指令
12.5 主要的定義
12.6 IS和關聯設備的分組和分類
12.6.1 電氣設備的分類
12.6.2 簡單設備
12.7 本質安全設備的設計
12.7.1 結構特征
12.7.2 各種組件介紹
12.7.3 簡單電路的設計
12.7.4 參數分析
12.8 本質安全考慮的參數
12.8.1 元件的額定值
12.8.2 連接器
12.8.3 熔斷器
12.8.4 電池和電池組
12.8.5 半導體
12.8.6 故障
12.9 可靠元件
12.9.1 變壓器
12.9.2 限流電阻
12.9.3 隔離電容器
12.10 分流安全組件的使用
12.10.1 安全分流器
12.10.2 并聯分流限壓器
12.10.3 導線和連接
12.10.4 電隔離元件
12.10.5 安全柵
12.11 電磁和超聲波能量輻射設備
12.11.1 無線頻率源
12.12 對首次設計者的建議
12.12.1 基本設計概念
12.12.2 安全性分析
12.12.3 影響本質安全的因素
12.12.4 防爆設備的維護和處理
12.13 本質安全電路設計指南
12.14 本質安全防爆的基本概念
12.15 結論
參考文獻
網站
附錄A RFID設備編程
附錄B TMS軟件不同模塊的流程 |
| 序： |
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