Nghiên cứu chế tạo hệ thống tự động giám sát người lao động trong hầm

Bộ công thơng
viện điện tử tin học







báo cáo tổng kết đề tài kh&cn cấp bộ

nghiên cứu chế tạo hệ thống giám sát
ngời lao động trong hầm lò

Mã số: 191.08RD/HĐ-KHCN

chủ nhiệm đề tài: ks. Kiều mạnh cờng












7173

17/3/2009

Hà nội - 2008




[1]
BỘ CÔNG THƯƠNG
VIỆN NGHIÊN CỨU ðIỆN TỬ, TIN HỌC, TỰ ðỘNG HÓA




BÁO CÁO TỔNG KẾT ðỀ TÀI CẤP BỘ NĂM 2008
ðề tài: Nghiên cứu chế tạo hệ thống giám sát người lao ñộng trong hầm lò

(Thời gian thực hiện: 2 năm)





Chủ nhiệm ñề tài: KS. Kiều Mạnh Cường
Cơ quan chủ trì: Viện Nghiên cứu ðiện tử, Tin học, Tự ñộng hóa - VIELINA

Hà nội - 12/2008
[2]
MỤC LỤC



Diễn giải một số từ viết tắt…………………………………………………………… ………….………………
Lời mở đầu ………………………………………………………………………………………….…….… …… …… 1
I. Những vấn đề chung ………………………………………………………………….… … …………2
1.1. Thông tin về đề tài …………………………………………………………………………… …………2
1.2. Tính cấp thiết của đề tài……………………………………………………………….…… … …….2
1.3. Tình hình nghiên cứu trong nước và trên thế giới………………… ………….……………3
1.3.1. Tình hình nghiên cứu trong nước……………………………………… …………………… 3
1.3.2. Tình hình nghiên cứu trên thế giới……………………………………… ………… ………4
II. Nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống giám sát người lao động trong hầm lò (Tên
gọi: V-Link)………………………………………………………………………………………… 10
2.1. Một số đặc điểm của môi trường khai thác than hầm lò tại Việt Nam……… … 11
2.2. Công nghệ nhận biết đối tượng qua sóng vô tuyến (RFID)……………………….……13
2.2.1. Khái quát về công nghệ RFID……………………………………………………………….… 13
2.2.2. Tìm hiểu một số công nghệ thu/phát vô tuyến……………………………….…….….16
2.2.2.1. Công nghệ WiFi……………………………………………………………………………….….… 16
2.2.2.2. Công nghệ WiMax………………………………………………………………………….……… 17
2.2.2.3. Công nghệ Bluetooth…………………………………………………………………….….….… 17
2.2.2.4. Công nghệ Zigbee (IEEE 802.15.4)……………………………………… ……….… ……18
2.3. Thiết kế hệ thống V-Link……………………………………………………………………….…… 24
2.3.1. Lựa chọn công nghệ thực hiện…………………………………………………………….… 24

2.3.2. Sơ đồ khối nguyên lý hệ thống V-Link…………………………………………… ….….27
2.3.3. Xác định các yếu tố chính ảnh hưởng đến chỉ tiêu chất lượng của hệ
thống……………………………………………………………………………… …………………….29
2.4. Thiết kế chế tạo Trạm trung tâm (V-Link Master)…………………………… … …….32
2.4.1. Sơ đồ khối nguyên lý………………………………………………………… … ……32
2.4.2. Lưu đồ thuật toán…………………………………………………………………… …….….… 35
2.4.3. Thiết kế, chế tạo mạch in và vỏ hộp…………………………………………… ….……36
2.5. Thiết kế chế tạo Trạm khu vực (V-Link Slave)………………………………… …….… 37
2.5.1. Sơ đồ khối nguyên lý………………………………………………………………………….……37
2.5.2. Lưu đồ thuật toán………………………………………………………….……………………… 49
2.5.3. Thiết kế, chế tạo mạch in và vỏ hộp…………………………………….……… ………52
2.6. Thiết kế chế tạo Máy di động (V-Link Mobile)…………………………… ……….………52
2.6.1. Sơ đồ khối nguyên lý………………………………………………………………….… ………52
2.6.2. Lưu đồ thuật toán……………………………………………………….………….…… ……… 55
2.6.3. Thiết kế, chế tạo mạch in và vỏ hộp……………………………………….….… ……….56
2.7. Phác thảo Phần mềm quản lý hệ thống…………………………… ………….…….……… 57
2.8. Tính toán các thông số cơ bản của hệ thống…………………… ……… ….… …………58
a. Kênh vô tuyến RF 2.4 GHz………………………………………….……….……….………….58
b. Đường truyền dữ liệu RS-232, RS-485………………………………… ……….……….60
[3]
2.9. Thử nghiệm hệ thống trên mặt bằng………………………………………… ……………….62
III. Kết luận…………………………………………………………………………………….… ……………65
3.1. Các kết quả đã đạt được…………………………………………………………… … … ……….65
3.2. Các công việc tiếp theo……………………………………………………………… … …………69
3.3. Xu hướng phát triển của đề tài……………………………………………… …… …………… 69
3.4. Đề xuất – Kiến nghị……………………………………………………………… …….… …………69
IV. Phụ lục……………………………………………………………………………… … ……….………… 70
4.1. Danh mục các sơ đồ nguyên lý …………………………………….……….… ………………….70
4.2. Danh mục các bản vẽ gia công cơ khí………………………….……….….… ……… ……….70
4.3. Danh mục chương trình mã nguồn………….………………………….…… ….… … ………70

4.4. Thuyết minh ñề tài………………………………………………………….………70
4.5. Hợp ñồng thuê khoán công việc, sản phẩm……………………………… ……… 70
4.6. Dự toán kinh phí ñề tài năm 2008………………………………………… ………70
V. Tài liệu tham khảo…………………………………………………………….….… …………………71
















[4]
DIỄN GIẢI MỘT SỐ TỪ VIẾT TẮT ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG BÁO CÁO
T
TT
T
ừ



vi

vivi
vi
ế
t t
t tt t
t t
ắ
t
tt
t



T
TT
T
ừ



g
gg
g
ố
c
cc
c

IEEE

Institute of Electrical and Electronics Engineers

MAC

Media Access Control

W
-
LAN

Wireless
–

Local Area Network

WiFi

Wireless Fidelity (IEEE 802.11b wireless networking)

WiMax

Worldwide Interoperability for Microwave Access (IEEE 802.16)

ISM

Industrial, Scientific and Medical

RF

Radio Frequency

PAN

Personal Area Network

RAM

Random Access Memory

ROM

Read
-
Only Memory

EEPROM

Electrical Eraseable ROM

CSMA
-
CA

Carrier Sense Multiple Access

With
Collision Avoidance

CSMA
-
CD

Carrier Sense Multiple Access

With
Collision Detection

BS

Base Station

RS

Remote Station

MS

Mobile Set

SL

Slave

MAS

Master

PC

Personal Computer

Tx

Transmiter

Rx

Receiver

FSL

Free Space Loss

RFID

Radio Frequency Identification

ADC

Analog to Digital Converter

LQI

Link Quality Indicator

RSSI

Received Signal Strength Indicator

HF

High Frequency

VHF

Very High Frequency

UHF

Ultra High
Frequency

SHF

Super High Frequency

EHF

Extra High Frequency

BER

Bit Error Rate

EIRP

Effective Isotropic Radiated Power

FFD

Full
-
Function Device

RFD

Reduced
-
Function Device

PHY

Physical Layer

PER

Packet Error Rate

GTS

Guaranteed Time Slot

FHSS

Frequency Hopping Spread Spectrum

CCA

Clear Channel Assessment

ED

Energy Detection

R
FI

Radio Frequency Interference

SNR

Signal to Noise Ratio

[5]
Lời mở đầu
Ngành than Việt Nam ñang trong thời kỳ phát triển mạnh mẽ với tốc ñộ tăng trưởng hàng
năm cao và sản lượng rất lớn. Bên cạnh vấn ñề tăng trưởng là công tác quản lý ñội ngũ
công nhân, hạn chế rủi ro, tai nạn lao ñộng. Trong những năm qua, nhiều tai nạn hầm lò
ñáng tiếc ñã xảy ra do nhiều nguyên nhân như: Sập hầm lò, bục nước, nổ khí mêtan, nổ mìn
sai quy chế v,v… ñòi hỏi phải tăng cường công tác quản lý nhân sự làm việc trong hầm lò.
Từ trước ñến nay ở các mỏ than tại Việt nam, việc quản lý người ra/vào các hầm lò khai
thác chủ yếu ñược thực hiện bằng phương pháp thủ công, ghi chép sổ sách khiến công tác
quản lý gặp nhiều khó khăn, bất cập nên vấn ñề cấp bách ñặt ra là cần phải giám sát vị trí
của người ñi vào hầm lò ñể biết các thông tin phục vụ quản lý như: ðến ca làm việc chưa
thấy vào, hết ca làm việc chưa thấy ra, có ñi vào vùng cấm hay không, có làm việc ñúng vị
trí hay không, vị trí hiện thời ở ñâu,… các câu hỏi ñó rất ñược các cán bộ quản lý công
nhân mỏ quan tâm.
Sau nhiều năm là ñối tác tin cậy cung cấp thiết bị phục vụ công tác an toàn cho một số công

ty khai thác than trong Tập ñoàn than khoáng sản Việt nam - TKV, qua tiếp xúc và trao ñổi
với các cán bộ quản lý, chúng tôi thấy hiện nay công tác quản lý người công nhân vào mỏ
gặp nhiều khó khăn, các hệ thống kỹ thuật trợ giúp hiện tại hầu như chưa có gì, các sản
phẩm nước ngoài chào bán cho ngành mỏ về công tác quản lý nhân sự trong hầm lò rất ñắt
tiền và ñặc biệt là các dịch vụ kỹ thuật sau bán hàng rất khó ñược ñáp ứng kịp thời. Từ thực
trạng ñó, chúng tôi ñặt vấn ñề nghiên cứu một hệ thống “Giám sát người lao ñộng trong
hầm lò” với mong muốn có thể hỗ trợ các cán bộ quản lý sử dụng máy tính ñể quan sát, tìm
kiếm vị trí hiện thời của những công nhân ñang làm việc trong hầm lò. Hệ thống này cũng
có thể tự ñộng phát những báo hiệu cần thiết trợ giúp người có trách nhiệm ra các quyết
ñịnh kịp thời và chính xác, phục vụ ñắc lực cho công tác quản lý, ñảm bảo an toàn lao ñộng
trong môi trường hầm lò, hỗ trợ tìm kiếm cứu nạn khi tai nạn hầm lò xảy ra,…
Chúng tôi chân thành cảm ơn Bộ Công Thương, Bộ Khoa học Công nghệ và Viện Nghiên
cứu ðiện tử, Tin học, Tự ñộng hóa ñã tạo các ñiều kiện thuận lợi ñể ñề tài này ñược thực
hiện thành công và ñạt ñược các kết quả mong muốn. Chúng tôi mong rằng sẽ tiếp tục nhận
ñược hỗ trợ ñể sản phẩm của ñề tài này ñược hoàn thiện và có thể ứng dụng vào môi trường
khai thác than hầm lò.
Nhóm thực hiện ñề tài

[6]
I. NHỮNG VẤN ðỀ CHUNG
1.1 Thông tin về ñề tài
 Tên ðề tài/Dự án: Nghiên cứu chế tạo hệ thống giám sát người lao ñộng trong hầm lò.
 ðơn vị chủ trì thực hiện ðề tài/Dự án: Viện NC ðiện tử, Tin học, Tự ñộng hóa.
 Chủ nhiệm ðề tài/Dự án: Kỹ sư Kiều Mạnh Cường.
 Thời gian thực hiện: 24 tháng.
 Tổng kinh phí thực hiện: 500 triệu ñồng từ Ngân sách nhà nước.
 Giai ñoạn 1: 12 tháng, từ 01/01/2008 ñến 31/12/2008.
 Kinh phí thực hiện giai ñoạn 1: 200 triệu ñồng.
 Sản phẩm ñăng ký
Là một hệ thống gồm:

- 01 Trạm trung tâm.
- 02 Trạm khu vực.
- 10 Máy di ñộng phát mã cá nhân (Máy di ñộng).
- Phần mềm quản lý giám sát người lao ñộng trong hầm lò.
- Các tài liệu nghiên cứu, tài liệu kỹ thuật, các báo cáo liên quan.
Trong ñó, sản phẩm ñăng ký giai ñoạn 1 gồm:
- 05 Máy di ñộng phát mã cá nhân hoàn chỉnh.
- 02 Trạm khu vực hoàn chỉnh.
- 01 Mạch in Trạm trung tâm.
- Các tài liệu nghiên cứu, tài liệu kỹ thuật, các báo cáo liên quan.

1.2 Tính cấp thiết của ñề tài
Hiện nay, các công ty khai thác than hầm lò tại Việt Nam ngày càng mở rộng diện tích khai
thác và khai thác sâu hơn xuống lòng ñất. ðịa hình khai thác rất phức tạp, dễ xảy ra các rủi
ro và tai nạn lao ñộng, vì vậy ñòi hỏi phải tăng cường phương tiện và trình ñộ quản lý ñối
với con người cũng như các thiết bị trong hầm lò. Qua tìm hiểu về yêu cầu và thực trạng
công tác quản lý tại một số công ty than thuộc Tập ñoàn than khoáng sản Việt nam (TKV),
cho thấy hiện nay hầu hết các công ty than ñều quản lý công nhân bằng phương pháp thủ
công, thông thường có 3 ca làm việc/ngày dưới hầm lò, các công nhân ñi làm theo ca phải
ñến ñăng ký vào với Quản ñốc phân xưởng trước khi xuống hầm lò, khi hết ca làm việc
hoặc nghỉ sớm phải ñăng ký ra với Quản ñốc phân xưởng. Qua ñó bộ phận quản lý sẽ theo
dõi, giám sát giờ giấc làm việc của mỗi công nhân và tính công lao ñộng cho từng người.
[7]
Việc quản lý như trên nhìn chung là phù hợp ñối với các công ty nhỏ, số lượng công nhân
ít, ñịa hình khai thác hẹp và ít phức tạp. Tuy nhiên, ngoài số ít các công ty khai thác còn có
mỏ than lộ thiên, các công ty than còn lại ñều là các công ty khai thác than Hầm lò với ñịa
hình khai thác rộng lớn với nhiều ñường lò phức tạp có ñộ sâu hàng trăm mét so với mực
nước biển. Số công nhân làm việc mỗi ca trong hầm lò lên tới hàng trăm người, rất nhiều
hiện tượng rủi ro có thể xảy ra trong ñiều kiện như vậy.
Theo các cán bộ quản lý sản xuất tại các mỏ than hầm lò, thì công tác quản lý người lao

ñộng dưới hầm lò không những yêu cầu theo dõi sát sao giờ giấc vào/ra của mỗi công nhân
tại các cửa lò ñể phát hiện những công nhân ñi làm muộn giờ, hoặc hết ca làm việc mà
không thấy ra, mà còn ñòi hỏi phải nhanh chóng xác ñịnh ñược những công nhân ñi vào các
khu vực cấm, khu vực nguy hiểm, những công nhân bỏ vị trí làm việc và ngủ quên trong
khu mỏ dưới lòng ñất có thể dẫn tới tai nạn lao ñộng ñáng tiếc. Vì vậy các công ty khai thác
than hầm lò hiện nay không những cần một hệ thống giám sát quản lý ñối tượng ñồng bộ tại
các cửa vào/ra, mà còn rất cần một hệ thống trợ giúp xác ñịnh ñược vị trí hoặc khoanh vùng
ñối tượng cần giám sát ñể phục vụ công tác quản lý, tìm kiếm, ứng cứu kịp thời khi có tai
nạn rủi ro xảy ra trong hầm lò.
Qua khảo sát thực tế tại Công ty than Vàng Danh, Công ty than Hạ Long, Công ty than Hòn
Gai, Công ty than Khe Chàm,… thì nhu cầu về hệ thống quản lý giám sát người lao ñộng
trong hầm lò có khả năng xác ñịnh vị trí, hỗ trợ các cảnh báo hạn chế rủi ro,… là rất thiết
thực. Do việc quản lý ñội ngũ công nhân, thợ mỏ gặp nhiều khó khăn vì ý thức chấp hành
các quy ñịnh của nhiều thợ mỏ chưa cao. Tại công ty than Khe Chàm, có gần 2000 công
nhân làm việc theo 3 ca, nghĩa là trong một ca làm việc thường xuyên có gần 700 người lao
ñộng trong hầm lò, với ñội ngũ quản lý giám sát lao ñộng hạn chế về số lượng người và
trang thiết bị như hiện nay, việc quản lý người lao ñộng trong hầm lò gặp rất nhiều khó
khăn. Nên các cán bộ quản lý ở ñây rất quan tâm ñến các hệ thống thiết bị kỹ thuật hỗ trợ
công tác quản lý, ñặc biệt là hệ thống giám sát người lao ñộng trong hầm lò. Tuy nhiên,
hiện tại, nếu ñầu tư cho một hệ thống như vậy bằng cách mua thiết bị của nước ngoài thì chi
phí ban ñầu rất tốn kém nên bài toán kinh tế - kỹ thuật ñặt ra là không khả thi, hơn nữa việc
vận hành khai thác hệ thống thiết bị trong ñiều kiện môi trường hầm lò khắc nghiệt, thường
xảy ra sự cố kỹ thuật, nên các Công ty than cần một nhà cung cấp có khả năng làm chủ
công nghệ, ñáp ứng nhanh yêu cầu về khắc phục sự cố khi cần. Yêu cầu này ñòi hỏi phải
ñầu tư nghiên cứu, chế tạo, sản xuất thiết bị trong nước ñể hạ giá thành sản phẩm, ñáp ứng
ñược các yêu cầu về dịch vụ sau bán hàng.

[8]
1.3 Tình hình nghiên cứu trong nước và trên thế giới
1.3.1 Tình hình nghiên cứu trong nước

Theo chúng tôi khảo sát, hiện tại ở Việt Nam chưa có tổ chức hay cá nhân nào nghiên cứu
chế tạo một hệ thống tương tự như sản phẩm dự kiến của ñề tài này. Các hệ thống quản lý
nhân sự bằng thẻ, áp dụng tại các cửa ra vào ñược các công ty thương mại cung cấp phổ
biến là sản phẩm của các hãng nước ngoài. Tại Viện nghiên cứu ðiện tử, Tin học, Tự ñộng
hóa ñã nghiên cứu và triển khai thành công hệ thống quản lý ñối tượng ra/vào bằng thẻ
RFID, tại một số hội chợ công nghiệp và triển lãm Viễn thông cũng có các doanh nghiệp
chào bán các hệ thống quản lý nhân sự bằng thẻ, tuy nhiên, qua tìm hiểu chúng tôi thấy các
hệ thống này hiện cũng chưa ñược áp dụng rộng rãi tại Việt Nam vì yêu cầu về mặt quản lý
nhân sự tại các cơ quan chưa ñặt ra cấp bách. Trong tương lai, các nhà máy sản xuất lớn,
các tổ chức, ñơn vị có nhu cầu giám sát quản lý nhân sự chặt chẽ trong các tòa nhà là những
khách hàng tiềm năng ñối với dòng sản phẩm này.
Tại các công ty than hầm lò tại Việt Nam, hiện chỉ có công ty than Mạo Khê có lắp ñặt hệ
thống quản lý tập trung công nhân ra/vào hầm lò bằng thẻ. Tuy vậy, hệ thống này ñang ở
giai ñoạn áp dụng thử nghiệm ban ñầu, chưa ñáp ứng ñược yêu cầu quản lý vì chưa quản lý
ñược công nhân vào/ra tại tất cả các cửa hầm lò, chưa xác ñịnh ñược vị trí hiện thời của
người công nhân ñang làm việc hay hoạt ñộng ở ñâu. Các hãng chào bán thiết bị quản lý
người trong hầm lò cho khách hàng là các công ty khai thác than khoáng sản chủ yếu chào
bán các hệ thống quản lý bằng thẻ từ, thẻ thu/phát vô tuyến tần số thấp, phạm vi hẹp, thích
hợp lắp ñặt tại các cửa ra/vào. Chưa thấy có sản phẩm chào bán nào là một hệ thống mạng
vô tuyến quản lý ñối tượng tập trung, có khả năng xác ñịnh vị trí của người lao ñộng trong
hầm lò và hỗ trợ các cảnh báo cần thiết ñối với nghiệp vụ quản lý người lao ñộng tại hiện
trường khai thác.
1.3.2 Tình hình nghiên cứu trên thế giới
ðối với các nước có ngành công nghiệp khai khoáng phát triển như Mỹ, Nhật, Canada,
Trung Quốc, Nga, Australia, … thì các công nghệ phụ trợ cho ngành khai khoáng cũng rất
phát triển, trong ñó có các công nghệ phục vụ cho an toàn lao ñộng trong khai thác than
hầm lò như các Thiết bị bảo hộ, Thiết bị thông gió, Thiết bị ño và cảnh báo khí ñộc, khí
cháy nổ, Hệ thống giám sát vị trí ñối tượng (người lao ñộng, máy móc thiết bị) trong hầm
lò cũng ñược nghiên cứu phát triển tại các nước trên và hiện ñã có sản phẩm thương mại.
Các hệ thống này cho phép xác ñịnh ñược ñối tượng mang theo thẻ trong khoảng cách hàng

chục mét mà không yêu cầu phải quẹt thẻ qua các bộ ñọc thẻ. Công nghệ nòng cốt thường
[9]
ñược sử dụng trong các hệ thống này là công nghệ thu phát không dây tần số cao từ hàng
trăm MHz trở lên.
Chúng tôi giới thiệu hai hệ thống giám sát vị trí ñối tượng ñiển hình sử dụng công nghệ thu
phát không dây tần số cao, thông tin chi tiết về sản phẩm có thể tham khảo tại Website của
nhà cung cấp.
A. Hệ thống EZ – Tracer, Hãng chế tạo: Hellicom - Mỹ, Website:
www.hellicom.com











EZ - Tracer là hệ thống xác ñịnh vị trí ñối tượng theo thời gian thực, dựa trên nền công
nghệ mạng không dây Zigbee, hệ thống này gồm có:
- Thiết bị trung tâm: Thiết bị này kết nối với máy tính qua giao diện USB, kết nối với các
Thiết bị ñọc thẻ qua kênh vô tuyến 2.4GHz. Thiết bị trung tâm có chức năng thu thập thông
tin về vị trí của các thẻ di ñộng từ các Thiết bị ñọc thẻ trong toàn mạng và gửi số liệu ñó
cho PC.
- Thiết bị ñọc thẻ: Là các thiết bị nhận diện mã số của thẻ di ñộng trong vùng phủ sóng của
mình qua kênh vô tuyến, băng tần làm việc 2.4 GHz. Mỗi thiết bị ñọc thẻ gắn với một khu
H.1. Minh h
ọa n

guyên lý h
ệ

th
ố
ng EZ
-
Tracer

[10]
vực xác ñịnh, thiết bị này còn có vai trò ñịnh tuyến các gói dữ liệu trong mạng. Thông tin
về vị trí của Thẻ di ñộng ñược gửi về Thiết bị trung tâm qua một hoặc nhiều chặng vô tuyến
trong mạng. Một Thiết bị ñọc thẻ có khả năng nhận biết ñồng thời 14 Thẻ di ñộng trong
phạm vi phủ sóng của mình.
- Thẻ di ñộng: Phát mã phân biệt thẻ tới các Thiết bị ñọc thẻ qua kênh vô tuyến 2.4 GHz
theo chuẩn Zigbee (IEEE 802.15.4).
- Phần mềm mô phỏng: Cho phép quản lý tối ña 100 Thiết bị ñọc thẻ và 2000 Thẻ di
ñộng.Thực tế, tùy vào nhu cầu cụ thể của từng ứng dụng mà người sử dụng lựa chọn và ñặt
hàng với số lượng các thiết bị cụ thể với nhà cung cấp.
Cấu hình và giá tham khảo:
Thành phần EZ-Tracer EZ-Tracer mở rộng
Thiết bị gốc 1 1
Thiết bị ñọc thẻ 3 9
Thẻ di ñộng 5 50
Công cụ mô phỏng




Phần mềm ñồ họa





Mã nguồn Tùy chọn Tùy chọn
Giá tham khảo $ 1290 $ 4990
[Theo báo giá của Hellicom Taiwan, tháng 5 năm 2008]








[11]
EZ - Tracer sử dụng các thiết bị thu phát vô tuyến hoạt ñộng tại băng tần 2.4 GHz theo
chuẩn Zigbee IEEE 802.15.4 ñể trao ñổi thông tin nhận diện. Một mạng lưới các Thiết bị
ñọc thẻ sẽ báo cáo các thông tin về vị trí của một Thẻ di ñộng ñang hoạt ñộng trong phạm
vi của mạng về trung tâm quản lý. Các thành phần của hệ thống EZ - Tracer gồm:

B. Hệ thống Tracker Tagging
Hãng chế tạo: Mine Site Technologies, Australia; Website:
www.minesite.com.au
Tracker Tagging là hệ thống ñược chế tạo theo các tiêu chuẩn thiết bị hầm lò. Hệ thống này
cũng sử dụng các Thẻ di ñộng phát mã phân biệt ñối tượng qua băng vô tuyến tới các Thiết
bị ñọc thẻ rồi truyền về Thiết bị trung tâm qua ñường truyền cáp Ethernet hoặc RS-485 tốc
ñộ cao. Các thiết bị thành phần trong hệ thống gồm có: Thẻ di ñộng, Thiết bị ñọc thẻ, Thiết
bị trung tâm và Phần mềm quản lý thẻ.
H.2. Thành ph
ầ
n h
ệ

th
ố
ng xác đ
ị
nh v
ị

trí đ
ố
i t
ượ
ng theo
th
ờ
i gian th

ự
c
EZ
-
Tracer.

Thẻ di ñộng
Thiết bị trung tâm
Phần mềm mô phỏng
Thiết bị ñọc thẻ
[12]
- Thiết bị trung tâm: Là thiết bị ñặt tại trung tâm ñiều hành, thiết bị này kết nối với các Bộ
ñọc thẻ qua cáp Ethernet hoặc RS-485 ñể thu thập thông tin về các Thẻ di ñộng từ các khu
vực khác nhau.
- Bộ ñọc thẻ: ðược bố trí phân tán theo từng khu vực cần giám sát, thiết bị này kết nối với
các Thẻ di ñộng qua kênh vô tuyến UHF 433 MHz hoặc 2.4 GHz ñể nhận diện mã Thẻ.
Thông tin truyền về trung tâm qua mạng cáp RS-485 hoặc Ethernet tốc ñộ cao.
- Thẻ di ñộng: Mỗi thẻ gắn với một mã nhận diện duy nhất sử dụng ñể trả lời khi ñược Bộ
ñọc thẻ yêu cầu. Thẻ di ñộng liên lạc với Bộ ñọc thẻ trên băng tần UHF 433 MHz hoặc 2.4
GHz.
- Phần mềm quản lý: Cài ñặt trên máy tính, phần mềm có tính năng cập nhật vị trí của các
Thẻ di ñộng theo sơ ñồ ñường lò mô phỏng. Thông tin về các ñối tượng ñược quản lý là
một cơ sở dữ liệu gồm các trường: Mã thẻ, Số hiệu ñối tượng, Tên gọi, Vị trí vừa cập nhật,
Thời ñiểm cập nhật gần nhất, Chức trách.
Dưới ñây là hình ảnh về các thành phần trong hệ thống Tracker Tagging:

Các hệ thống ñược giới thiệu trên ñây ñều là các sản phẩm thương mại, tuy nhiên chưa có
hệ thống nào ñược lắp ñặt tại các mỏ than trong nước. Các công ty khai thác than hầm lò
H.3.
H
ệ

th
ố
ng
Tracker Tagging
Tracker TaggingTracker Tagging
Tracker Tagging

[13]
hiện rất quan tâm ñến hệ thống thiết bị quản lý người lao ñộng trong hầm lò. Tuy nhiên, do
việc sử dụng các hệ thống nhập từ nước ngoài còn gặp nhiều khó khăn trong quá trình triển
khai lắp ñặt và sử dụng, ñặc biệt là việc bảo hành bảo trì hoặc hỗ trợ kỹ thuật trong quá
trình vận hành khai thác do ñội ngũ làm thương mại trong nước không làm chủ ñược công
nghệ thiết kế chế tạo, cũng bởi giá thành của các hệ thống ngoại nhập còn khá cao vì thế
ñến nay vẫn chưa có công ty nào lựa chọn lắp ñặt hệ thống giám sát quản lý người lao ñộng
trong hầm lò của nước ngoài như ñã trình bày.
Trong ñiều kiện khai thác than ngày càng mở rộng và xuống sâu dưới lòng ñất với ñịa hình
hầm lò phức tạp thì càng cần thiết ứng dụng các hệ thống kỹ thuật trợ giúp công tác giám
sát, quản lý lao ñộng ñể ñảm bảo an toàn, cũng như tìm kiếm cứu nạn khi có rủi ro, tai nạn
xảy ra ñối với người lao ñộng dưới hầm lò. ðiều này ñặt ra vấn ñề nghiên cứu trong nước

ñể tự chủ về công nghệ, tự chủ khả năng ñiều chỉnh và phát triển công nghệ cho phù hợp
với ñiều kiện thực tế hầm lò khai thác than tại Việt Nam, một mặt hạ giá thành sản phẩm so
với sản phẩm tương ñương của nước ngoài, mặt khác ñội ngũ kỹ thuật trong nước có thể
ñáp ứng nhanh các yêu cầu của người sử dụng do hoàn toàn làm chủ công nghệ thiết kế, chế
tạo hệ thống sản phẩm của mình.











[14]
II. NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ THỐNG GIÁM SÁT
NGƯỜI LAO ðỘNG TRONG HẦM LÒ (TÊN GỌI: V-LINK)
Với mục ñích nghiên cứu, thiết kế, chế tạo một hệ thống giám người lao ñộng thông
qua việc phát hiện số hiệu nhận diện của Máy di ñộng mang theo người khi di
chuyển qua các khu vực xác ñịnh trong hầm lò và tự ñộng cập nhật, hiển thị thông tin
về vị trí của người lao ñộng trong hầm lò trên màn hình máy tính. Qua tìm hiểu tình
hình nghiên cứu trong nước và trên thế giới cũng như tham khảo một số sản phẩm
trong lĩnh vực quản lý nhân sự, giám sát các ñối tượng chuyển ñộng dưới hầm lò.
Chúng tôi xác ñịnh cần nghiên cứu và giải quyết những vấn ñề sau trong quá trình
thực hiện ñề tài này:
- Khảo sát ñặc ñiểm của môi trường khai thác than hầm lò.
- Tìm hiểu các giải pháp công nghệ có thể sử dụng ñể thực hiện ñề tài.
- Phân tích, lựa chọn công nghệ phù hợp nhất.

- Thiết kế tổng thể hệ thống và các thiết bị thành phần.
- Chế tạo các thiết bị ñảm bảo các tiêu chuẩn an toàn trong môi trường hầm lò.
- Thử nghiệm các kết nối và ñánh giá hoạt ñộng của hệ thống trên mặt bằng, xác
ñịnh các yếu tố môi trường thực tế tác ñộng lên chất lượng hệ thống, ñánh giá tác
ñộng của hệ thống ñối với môi trường thử nghiệm, hoàn thiện thiết kế sau quá trình
thử nghiệm hệ thống trên ñiều kiện mặt bằng.
- Kiểm ñịnh chất lượng hệ thống theo TCVN7079 ExiaI về an toàn tia lửa ñối với
các thiết bị ñiện làm việc trong hầm lò tại Trung tâm An toàn mỏ - Viện Khoa học
công nghệ mỏ.
- Thử nghiệm các kết nối và ñánh giá hoạt ñộng của hệ thống dưới mỏ than hầm lò,
xác ñịnh các thông số kỹ thuật của các thiết bị thành phần và toàn hệ thống trong
ñiều kiện môi trường hầm lò khai thác than, ñánh giá ảnh hưởng của hệ thống ñối với
các hoạt ñộng dưới mỏ than hầm lò, hoàn thiện thiết kế kỹ thuật sau quá trình thử
nghiệm hệ thống dưới mỏ than hầm lò.
- Liên hệ các công ty khai thác than hầm lò ñể giới thiệu về hệ thống, nhằm ñưa hệ
thống vào phục vụ công tác an toàn lao ñộng trong lĩnh vực khai thác than hầm lò.




[15]
2.1 Một số ñặc ñiểm của môi trường khai thác than hầm lò tại Việt Nam
Theo tìm hiểu, khảo sát và thông qua các hoạt ñộng hợp tác nghiên cứu khoa học và chuyển
giao công nghệ tại các ñơn vị thành viên của Tập ñoàn Than Khoáng sản Việt Nam (TKV).
Chúng tôi ñược biết cho tới nay hầu hết các Công ty Than ñã khai thác xuống sâu với ñộ
sâu trung bình khoảng 100m dưới mực nước biển, lượng Than có thể khai thác lộ thiên hiện
không còn nhiều.
Mỗi vùng khai thác Than của một Công ty thường trải rộng trên một ñịa hình hàng chục
km
2

với nhiều ñường lò lắt léo dưới lòng ñất. Trong một vùng khai thác Than lại ñược chia
thành nhiều khai trường khác nhau tùy theo ñường ñi của từng vỉa Than. Sau quá trình trắc
ñịa thăm dò, Than ñược khai thác bằng phương pháp khoan nổ mìn rồi sử dụng nhân công
cùng các phương tiện chuyên dùng ñể xúc và chuyên chở Than lên mặt bằng, các khu vực
dưới lòng ñất ñể tập kết Than trước khi ñưa lên mặt bằng ñược gọi là các “lò chợ”, tại ñây
thường rất nhiều bụi Than và thiếu ánh sáng. Càng vào sâu trong hầm lò càng thiếu ánh
sáng, nguồn sáng ñể ñi lại và duy trì các hoạt ñộng chủ yếu vẫn là từ ánh sáng của các ñèn
lò gắn trên mũ bảo hộ của mỗi người công nhân.
Các máy móc thiết bị làm việc trong môi trường hầm lò phải tuân thủ nghiêm ngặt các tiêu
chuẩn an toàn phòng chống cháy nổ (TCVN 7079) áp dụng ñối với các thiết bị ñiện làm việc
trong môi trường có khí và bụi nổ. Các thiết bị dưới hầm lò phải ñảm bảo có kết cấu kín,
làm bằng vật liệu chống tĩnh ñiện ñể không tự phát ra tia lửa, không gây cháy, không bắt
cháy,… Hiện nay, dưới các hầm lò khai thác than thường có các ñộng cơ công suất lớn ñể
vận hành thông gió và các dây chuyền khai thác. Hệ thống thông tin liên lạc tại các mỏ than
hầm lò ở nước ta vẫn chưa ñược ñầu tư phát triển ñúng mức nên hầu hết hệ thống hầm lò
của các công ty khai thác than vẫn chưa lắp ñặt các thiết bị thông tin liên lạc (ñiện thoại,
nhắn tin,…), tuy nhiên các công ty ñang rất quan tâm phát triển hệ thống thông tin trong
hầm lò song song với các hệ thống kiểm soát khí mỏ tập trung.
Trong hầm lò có thể có các khu vực rất nguy hiểm như: Khu vực lò cụt có thể thiếu Ôxy và
tụ nhiều loại khí nguy hiểm do không ñược thông gió tốt, Khu vực có nguy cơ bục nước
hoặc sập lò, Khu vực chuẩn bị nổ mìn,… ñây là những khu vực ñặc biệt cần thiết phải cảnh
báo cho người ñi vào hầm lò. Trong thực tế ñể ñảm bảo an toàn cho người ñi xuống hầm lò,
ngành Than có quy ñịnh không ai ñược ñi xuống hầm lò một mình, ñặc biệt là những người
mới ñi lò lần ñầu ñều ñược bố trí ít nhất một người có nhiều kinh nghiệm ñi cùng ñể hạn
chế rủi ro, tai nạn.
Chiều cao lớn nhất của ñư
ờ
là 3.5m, cũng có những vị
trí ñư
mới qua ñược. Các ñườ

ng lò th
thường ẩm ướt hoặc ngậ
p nư
di chuyển và dễ xả
y ra tai n
Về vấn ñề con người, nhữ
ng th
theo ca (3 ca/ngày). Mỗ
i ca làm vi
tiếp dưới hầ
m lò tùy theo quy mô c
lượng công nhân tại mỗ
i ca này ñư
nhiệm vụ của mình.
Ngoài l
người thợ có nhiệm vụ
khác nhau như v
ñường lò, ño kiể
m tra khí, thông gió,…
thường, việc di chuyể
n trong h
cùng di chuyển vì ñườ
ng lò th
lò cũng phân tán rả
i rác theo t
trung cao nhất như tạ
i các khu lò ch

Qua tìm hiểu về nhữ
ng khó khăn trong công tác qu
chúng tôi ñược biế
t công tác này hi
việc cũng như ý thức về
an toàn lao ñ
mỏ than thường có hiện tư
ợ
ờ
ng lò thông thường là 3.4m và chiều rộng l
ớ
trí ñư
ờng lò rất nhỏ hẹp mà muốn qua ta ph
ả
ng lò th
ường không bằng phẳng, có vị trí ñộ dố
c
p nư
ớc tới hàng chục cm và thiếu ánh sáng

gây khó khăn cho vi
y ra tai n
ạn trong quá trình lao ñộng hoặc di chuyể
n trong h
ng th
ợ mỏ trực tiếp làm việc tại các hầm lò d
ư
i ca làm vi
ệc trung bình có từ 300 ñế
n 700 công nhân làm vi
m lò tùy theo quy mô c
ủa khu mỏ của mỗ
i Công ty khai thác khác
i ca này ñư
ợc chia về các khai trườ
ng khác nhau trong khu m
Ngoài l
ực lượng công nhân trực tiếp sản xuấ
t theo ca còn có nh
khác nhau như v
ận hành thiết bị
máy móc, xây d
m tra khí, thông gió,…
cũng thường xuyên có mặ
t trong h
n trong h
ầm lò không cho phép tập trung một lư
ợ
ng lò th
ường khá hẹp và gồ ghề, ẩm ướt. Ngườ

i lao ñ
i rác theo t
ừng khu vực sản xuất và tại những khu v
ự
i các khu lò ch
ợ thì số lượng người có thể tớ
i vài ba ch
ng khó khăn trong công tác qu
ả
n lý nhân công lao ñ
t công tác này hi
ện còn gặp nhiều khó khăn do ý th
ứ
an toàn lao ñ
ộng của không ít công nhân mỏ
còn r
ợ
ng công nhân trễ ca, bỏ ca, trốn ca, thậ
m chí ng
H.4.
S
ơ

đ
ồ

khai tr
ườ
ng
m

ộ
t M
ỏ

than h
ầ
m lò

[16]
ớ
n nhất thông thường
ả
i khéo luồn người
c
lên tới 45
0
, nền ñất
gây khó khăn cho vi
ệc
n trong h
ầm lò.
ư
ới lòng ñất chia
n 700 công nhân làm vi
ệc trực
i Công ty khai thác khác
nhau, lực
ng khác nhau trong khu m
ỏ theo
t theo ca còn có nh

ững
máy móc, xây d
ựng sửa chữa
t trong h
ầm lò. Thông
ợ
ng người quá lớn
i lao ñ
ộng trong hầm
ự
c có mật ñộ tập
i vài ba ch
ục người.
n lý nhân công lao ñ
ộng dưới hầm lò,
ứ
c về giờ giấc làm
còn r
ất kém. Tại các
m chí ng
ủ quên dưới lò
[17]
mà không ra khi ñã hết ca làm việc. Thực trạng này gây khó khăn cho công tác quản lý và
cũng ñã có một số tai nạn ñáng tiếc xảy ra khi người lao ñộng không ñến ñúng vị trí làm
việc của mình trong giờ làm việc.
Những ñặc ñiểm của ngành khai thác than hầm lò nói chung và tại Việt Nam nói riêng ñã
ñặt ra yêu cầu là cần có một hệ thống giám sát ñường di chuyển cũng như vị trí làm việc
của người lao ñộng dưới hầm lò phục vụ công tác quản lý và công tác an toàn lao ñộng, ñó
cũng là mục tiêu thực hiện của ñề tài này.
2.2 Công nghệ nhận biết ñối tượng qua sóng vô tuyến (RFID)

Hiện nay công nghệ nhận biết, quản lý ñối tượng rất phổ biến và ña dạng. Trong phạm vi
báo cáo này, chúng tôi không ñề cập chi tiết tới các hệ thống sử dụng thẻ từ (Thẻ ATM, thẻ
quẹt chấm công,…) hoặc các loại thẻ cần tiếp xúc với bộ ñọc. Chúng tôi sẽ trình bày cụ thể
hơn công nghệ nhận diện ñối tượng sử dụng Chip ñiện tử qua sóng vô tuyến, vì công nghệ
này cho phép nhận diện ñối tượng ở khoảng cách xa hơn, phù hợp với yêu cầu ñặt ra ñối
với hệ thống giám sát người lao ñộng trong hầm lò.
RFID (Radio Frequency Identification Technology) không phải là một công nghệ mới,
nhưng càng ngày càng ñược ứng dụng theo nhiều cách khác nhau nhờ công nghệ luôn ñược
cải tiến và giá thành ngày càng hạ. Khởi ñầu công nghệ này ñược sử dụng trong thế chiến
thứ hai ñể quân ñội phát hiện các máy bay ñồng minh, ngày nay RFID ñã ñược sử dụng
rộng rãi trong lĩnh vực dân sự, từ các khu vực công cộng tới các khu vực cá nhân, từ trong
các bệnh viện ñến các xa lộ,…
2.2.1 Khái quát về công nghệ RFID
Trong các hệ thống RFID, một ñối tượng cần nhận biết sẽ ñược gắn vào một Chip Silicon
và một Anten bức xạ sóng ñiện từ rất nhỏ. Chip Silicon cùng với Anten tích hợp với nhau
tạo thành một “thẻ”, thẻ này có thể ñược quét và nhận biết bởi các bộ ñọc thẻ di ñộng hoặc
bộ ñọc thẻ ñặt cố ñịnh một chỗ qua sóng vô tuyến ñiện từ (RF – Radio Frequency). Chíp
Silicon ñược gán một mã phân biệt duy nhất ñể các bộ ñọc nhận diện ñược ñối tượng mang
nó, ví dụ: Trong một cửa hàng quần áo, các bộ quần áo khác nhau có thể ñược nhận biết các
thông số như kiểu mẫu, kích cỡ, màu sắc, nhà sản xuất, … bằng thiết bị ñiện tử. Trong lĩnh
vực dược phẩm, các lọ thuốc ñược gắn chíp ñiện tử sẽ cho biết các nội dung liên quan ñến
loại thuốc ñó. Trên ñường cao tốc, các ô tô gắn Chip nhận diện sẽ ñược nhận biết và kiểm
tra một cách tự ñộng mỗi khi qua các Trạm kiểm soát giao thông, thu phí,… nên sẽ tiết
kiệm thời gian và hạn chế ùn tắc.
[18]
Bộ ñọc Thẻ sẽ thực hiện việc quét ñọc thông tin về ñối tượng lưu trong Chip Silicon rồi gửi
về Trung tâm quản lý dữ liệu, tại ñây sẽ cho biết thêm các thông tin chi tiết hơn về ñối
tượng ñó. Các thành phần chính của một hệ RFID gồm Thẻ di ñộng, Bộ ñọc thẻ và Trung
tâm quản lý dữ liệu.
Chip ñiện tử: Thường ñược chế tạo từ vật liệu Silicon, dùng ñể ghi thông tin về ñối tượng

sẽ gắn vào và cho phép ñọc thông tin này qua sóng vô tuyến.
Anten:
ðược tích hợp cùng Chip ñể thu/phát dữ liệu với Bộ
ñọc thẻ qua sóng vô tuyến. Nói chung, Anten càng lớn
thì khoảng cách liên lạc càng xa. Tổ hợp Chip và
Anten tạo thành một bộ thu/phát ñược gắn trong một
vỏ thường rất mỏng gọi là Thẻ.
Bộ ñọc thẻ: Còn ñược gọi là Bộ quét thẻ, thiết bị này
cũng có Anten thu/phát riêng sử dụng ñể truyền/nhận
dữ liệu với các Thẻ. Các bộ ñọc thẻ có thể khác nhau về kích thước,
trọng lượng, kiểu dáng và công suất làm việc. Bộ ñọc thẻ có thể là
thiết bị di ñộng hay cố ñịnh.
Trung tâm quản lý dữ liệu: Thường là phần mềm cài ñặt tại máy tính
có chức năng lưu trữ các thông tin liên quan ñến ñối tượng cần quản
lý. Các Bộ ñọc thẻ ñược kết nối về Trung tâm bằng nhiều ñường khác
nhau tùy theo quy mô của hệ thống. Thông tin về ñối tượng cần
giám sát quản lý phải ñược nhập vào cơ sở dữ liệu trước khi Bộ
ñọc thẻ gửi mã nhận diện ñối tượng về Trung tâm.
Về cơ bản các hệ thống RFID ñều bao gồm các thành phần trên ñây, tuy nhiên trong thực tế
có nhiều yếu tố ñòi hỏi phải thay ñổi ít nhiều về mỗi thành phần thiết bị cho phù hợp với
từng ứng dụng khác nhau như sử dụng thẻ “chủ ñộng” hay “thụ ñộng”; sử dụng băng tần
nào; kích thước Anten cho Thẻ và Bộ ñọc thẻ; lưu thông tin gì và nhiều hay ít vào mỗi Thẻ;
các yếu tố ảnh hưởng ñến khoảng cách ñọc Thẻ,… và cân nhắc tới giá thành của thiết bị, vì
ñây là vấn ñề rất quan trọng ñối với người sử dụng khi áp dụng gắn Thẻ RFID cho sản
phẩm hàng hóa với số lượng lớn.

H.5.
Anten th
ẻ

RFID

H.6.
B
ộ ñọc

th
ẻ

RFID

[19]
A. Các loại thẻ RFID
Có ba loại Thẻ RFID ñược phân chia theo phương thức truyền tin và phương thức khởi tạo
kết nối vô tuyến, ñó là:
Thẻ “thụ ñộng”: Thẻ loại này không có nguồn ñiện tích hợp trong vỏ, nghĩa là không có
Pin và cũng không tự khởi tạo một kết nối. Trong trường hợp này Bộ ñọc sẽ truy vấn tới
Thẻ trước tiên qua sóng vô tuyến ñồng thời tạo năng lượng cho hoạt ñộng của Thẻ, sau khi
các thông tin truy nhập ñược xác nhận phù hợp, Thẻ sẽ gửi thông tin về ñối tượng ñã ñược
ghi trong bộ nhớ của Chip tới Bộ ñọc thẻ qua sóng vô tuyến. Tùy theo kích thước của
Anten và tần số làm việc mà Thẻ này có thể ñược ñọc qua khoảng cách lên tới hàng chục
mét theo theo lý thuyết, trên thực tế, các yếu tố môi trường như gió, mặt ñất, mặt nước và
các vật liệu che chắn có thể khiến khoảng cách liên lạc từ Bộ ñọc tới Thẻ giảm ñi vài mét
hoặc ít hơn. Thẻ thụ ñộng ñược sử dụng rất nhiều tại các ứng dụng như: Thẻ mở cửa nhà,
vé ñiện tử thu phí giao thông hay nhiều hơn là trong việc theo dõi các hàng hóa trên ñường
vận chuyển trong chuỗi cung toàn cầu. Tùy theo tính năng của mỗi loại mà Thẻ này có giá
từ vài chục Cent ñến vài ðôla Mỹ.
Thẻ “bán chủ ñộng”: Giống như trường hợp trên, loại thẻ này không tự kích hoạt kết nối,
tuy nhiên thẻ có ñược gắn Pin cung cấp nguồn ñiện cho các hoạt ñộng của mạch Chip ñiện
tử, vì vậy Thẻ loại này có thể ñược tích hợp thêm một vài tính năng như ño nhiệt ñộ hoặc

theo dõi các thông số môi trường xung quanh. Tùy theo tính năng ñược tích hợp thêm mà
giá của loại thẻ này có thể dao ñộng từ vài USD ñến vài chục USD.
Thẻ “chủ ñộng”: Là loại thẻ có thể tự kích hoạt kết nối với Bộ ñọc thẻ và thường có nguồn
ñiện tích hợp trong thẻ nên có thể kết nối vô tuyến với khoảng cách trên vài chục mét. Hiện
nay thẻ loại này có giá từ 20 ðôla Mỹ trở lên và theo xu hướng ngày càng giảm. Ứng dụng
phù hợp với thẻ này là các hệ thống tự ñộng thu phí, ví dụ hệ thống thu phí giao thông cho
phép các xe có thẻ RFID ñược xác nhận thu phí tự ñộng từ tài khoản cá nhân và ñi ở làn
ñường mở giúp cho các tài xế không phải dừng lại ñể mua và trả vé qua cổng soát vé.




[20]
B. Băng tần vô tuyến trong hệ thống RFID
Kết nối vô tuyến giữa Thẻ RFID và Bộ ñọc thẻ cũng chịu ảnh hưởng bởi tần số ñược sử
dụng, tần số làm việc xác ñịnh tốc ñộ truyền/nhận dữ liệu cũng như khoảng cách liên lạc vô
tuyến giữa hai thiết bị. Tần số cao hơn thường cho phép truyền/nhận với khoảng cách xa
hơn. Các Thẻ hoạt ñộng ở tần số thấp (LF), là các tần số dưới 135 KHz, thích hợp với
những ứng dụng trong khoảng cách ngắn như các hệ thống nhận biết vật nuôi, hệ thống
chống mất cắp, tích hợp vào chìa khóa ô tô,…
Các hệ thống hoạt ñộng tại băng tần 13.56 MHz ñược xếp vào băng sóng cao tần (HF), cả
thẻ tần số thấp hay thẻ cao tần ñều có thể là thẻ bị ñộng, Bộ ñọc thẻ có thể ñọc ñồng thời
nhiều thẻ cao tần với tốc ñộ ñọc nhanh hơn ñối với các thẻ tần số thấp.
Băng tần thứ ba ñược sử dụng trong ứng dụng RFID là băng siêu cao tần (UHF), các Thẻ
siêu cao tần thường ñược gắn vào các kiện hàng ñể vận chuyển từ nhà cung cấp tới các cửa
hàng hoặc ñại lý. Các thẻ này thường hoạt ñộng ở băng tần 450 MHz, 900 MHz hoặc cao
hơn nên có thể ñược ñọc từ khoảng cách xa hơn so với các loại thẻ tần số thấp, thông
thường khoảng cách ñọc thẻ trong thực tế vào khoảng vài mét, tuy nhiên, thẻ UHF rất nhạy
cảm với các yếu tố môi trường như nước (ñộ ẩm, mưa,…), các yếu tố này làm hao tổn năng
lượng Pin của thẻ và có thể làm mất liên lạc giữa thẻ và Bộ ñọc.

2.2.2 Tìm hiểu một số công nghệ thu/phát vô tuyến
Hoạt ñộng liên lạc và trao ñổi thông tin trên thế giới ngày nay hết sức tiện lợi nhờ thành quả
của sự phát triển không ngừng các ngành khoa học công nghệ, ñặc biệt là công nghệ ðiện
tử viễn thông và thông tin liên lạc. Ngoài các công nghệ vô tuyến ñã trở nên quen thuộc như
GSM, CDMA, GPS,… ñã ñược ứng dụng phổ biến trong các mạng ñiện thoại di ñộng,
mạng vệ tinh ñịnh vị toàn cầu, hiện nay cũng ñang xuất hiện một số công nghệ mới hứa hẹn
giải quyết ñược nhiều vấn ñề khác nhau trong các ứng dụng cá nhân và các mạng diện rộng.
Theo ñịnh hướng của ñề tài này là nghiên cứu chế tạo hệ thống giám sát người lao ñộng
trong hầm lò, ñây là một hệ thống giám sát các ñối tượng chuyển ñộng trong một khu vực
xác ñịnh nên chúng ta không bàn tới các công nghệ không dây như mạng GSM hay GPS, ở
ñây chúng tôi xin lựa chọn giới thiệu một số công nghệ không dây gần giống nhau trong
cùng bộ tiêu chuẩn IEEE 802 về công nghệ không dây, ñó là các công nghệ mới trở nên phổ
biến trong một vài năm gần ñây như WiFi, WiMax, Bluetooth, Zigbee.

Biểu ñồ sau ñây trình bày t
ương quan gi
chuẩn IEEE 802, biểu ñồ
này so sánh t
mỗi công nghệ khác nhau.

2.2.2.1 Công nghệ WiFi
WiFi viết tắt từ
Wireless Fidelity
hiện nay, ñược sử dụ
ng nhi
nhiều thiết bị cùng truy nh
ậ
thậm chí có thể cao hơn v
ớ
Các thiết bị WiFi hoạt ñộ
ng
GHz cho phép mở rộng ph
ạ
truyền dữ liệu ở băng tầ
n 5 GHz t
Máy tính xách tay, ðiệ
n tho
một mạng WiFi thườ
ng có bán kính dư
và có thể mở rộng nếu sử
d
thụ năng lượng của Wifi l
ớ
ñộng.

H.7. Bi
ương quan giữa một số công nghệ
không dây thu
này so sánh t
ốc ñộ truyền dữ liệu và ứng dụ
ng phù h

Wireless Fidelity
, là tiêu chuẩn vô tuyến IEEE 802.11
/a/b/g
ng nhi
ều tại các sân bay, khách sạn, nhà ga, quán
Café. WiFi cho phép
ậ
p Internet băng thông rộng với tốc ñộ dữ li
ệ
ớ
i những chuẩn sau này.
ng
ở băng tần miễn ñăng ký 2.4 GHz hoặ
c 5 GHz
ạ
m vi hoạt ñộng hơn so với băng tầ
n 5 GHz tuy nhiên t
n 5 GHz t
ốt hơn so với băng 2.4 GHz. Wifi ñư
ợ
n tho
ại di ñộng và nhiều thiết bị ñiện tử

khác, vùng ho
ng có bán kính dư
ới 100m tùy vào ñiều kiệ
n môi trư
d
ụng các thiết bị lặp hoặc lắp ñặt Anten ñẳ
ng hư
ớ
n nên ñây là một vấn ñề ñáng quan tâm ñố
i v
H.7. Bi
ể
u đ
ồ

so sánh m
ộ
t s
ố

công ngh
ệ

vô tuy
ế
n trong IEEE 802
[21]
không dây thu
ộc nhóm tiêu
ng phù h

ợp ñối với
/a/b/g
/n thông dụng
Café. WiFi cho phép
ệ
u lên tới 54 Mbps
c 5 GHz
. Băng tần 2.4
n 5 GHz tuy nhiên t
ốc ñộ
ợ
c tích hợp trong
khác, vùng ho
ạt ñộng của
n môi trư
ờng xung quanh
ng hư
ớng. Mức tiêu
i v
ới các thiết bị di
n trong IEEE 802

[22]
2.2.2.2 Công nghệ WiMax
WiMax là từ viết tắt của cụm từ Worldwide Interoperability Microwave Access. WiMax là
công nghệ truyền dữ liệu không dây với nhiều phương thức khác nhau, từ truyền/nhận
ñường trục cấu hình ñiểm – ñiểm ñến các thiết bị di ñộng truy nhập Internet. Công nghệ này
cho phép tốc ñộ truyền dữ liệu qua kênh vô tuyến lên tới 75 Mbps. WiMax ñược trình bày
tại tiêu chuẩn IEEE 802.16, băng thông của WiMax và phạm vi hoạt ñộng của nó thích hợp
với những ứng dụng sau:

- Kết nối các ñiểm truy nhập Wifi (Wi-Fi hotspots) với mạng Internet.
- Thay thế các ñường truyền dẫn băng rộng hữu tuyến trong trường hợp bất khả kháng,
ví dụ: WiMax có thể ñược sử dụng ñể ứng cứu ñường trục thông tin liên lạc cấp tỉnh
trong trường hợp một tỉnh bị cô lập bởi thiên tai làm ñứt các tuyến cáp ñường trục
thông tin liên lạc với tỉnh ñó ra bên ngoài.
- Cung cấp các dịch vụ viễn thông và truyền dẫn dữ liệu.
- Cung cấp dịch vụ Internet vô tuyến băng rộng trong phạm vi thành phố.
- Kết nối các thiết bị di ñộng.
WiMax và WiFi thường có thể bị nhầm lẫn với nhau vì ký hiệu gần giống nhau và cùng
thuộc họ tiêu chuẩn IEEE 802, tuy nhiên, hai công nghệ này hướng ñến hai hướng ứng
dụng khác nhau. Trong khi WiFi sử dụng băng tần miễn phí và hướng ñến các ứng dụng cá
nhân với phạm vi hẹp thì WiMax hoạt ñộng tại băng tần trả phí ñể phục vụ kết nối các thiết
bị ñường trục trong khoảng cách lớn. Hiện nay phạm vi hoạt ñộng của các công nghệ này
không ngừng ñược cải thiện nhờ các công nghệ ñiều chế, công nghệ phân tập Anten và các
công nghệ phụ trợ khác. Các thiết bị WiMax yêu cầu sử dụng các Anten lớn ñể cải thiện ñộ
lợi trong thu/phát tín hiệu ñồng thời tiêu thụ nhiều năng lượng, vì vậy WiMax thích hợp
hơn với các thiết bị cố ñịnh.
2.2.2.3 Công nghệ Bluetooth
Bluetooth (IEEE 802.15.1) là giao thức truyền dữ liệu trong khoảng cách ngắn giữa các
thiết bị di ñộng hoặc cố ñịnh tạo nên các mạng dữ liệu cá nhân (PANs), giao thức này nhằm
thay thế ñường cáp dữ liệu RS-232 và cho phép kết nối ñồng bộ vài thiết bị với nhau như
máy tính, máy in, máy Fax, máy Photocopy, máy ñiện thoại di ñộng, các thiết bị ñiều khiển
tương tác và các vật dụng cá nhân,… nên công nghệ này rất thích hợp với những ứng dụng
cá nhân và ứng dụng văn phòng. Bluetooth sử dụng công nghệ trải phổ nhảy tần (FHSS –
Frequency Hopping Spread Spectrum), dữ liệu cần gửi ñược chẻ ra thành nhiều gói nhỏ và
truyền ñi trên 79 tần số khác nhau. Ở chế ñộ thông thường, Bluetooth sử dụng phương thức
[23]
ñiều chế khóa dịch tần Gauss (GFSK) và cho phép truyền dữ liệu với tốc ñộ tới 1 Mbps trên
băng tần miễn phí 2.4 GHz. Giao thức này thích hợp với các ứng dụng yêu cầu tiêu thụ ít
năng lượng trong khoảng cách gần, phạm vi hoạt ñộng của thiết bị Bluetooth từ 1m ñến

100m phụ thuộc vào công suất tiêu thụ của Chíp thu/phát, cụ thể như sau:
Phân chia Công suất cực ñại cho phép
mW (dB)
Khoảng cách kết nối
(xấp xỉ tương ñối)
Nhóm 1 100 mW (20 dBm) ~ 100 m
Nhóm 2 2.5 mW (4 dBm) ~ 10 m
Nhóm 3 1 mW (0 dBm) ~ 1 m
So sánh với Wi-Fi, Bluetooth và Wi-Fi tương ñối giống nhau vì sử dụng cùng băng tần vô
tuyến, tuy nhiên hai công nghệ này sử dụng hai phương thức ñiều chế khác nhau. Bluetooth
phù hợp với các ứng dụng cá nhân trong phạm vi hẹp trong khi Wi-Fi hướng ñến các mạng
truy cập dữ liệu nội bộ và cổng kết nối Internet không dây. Chi phí cho các thiết bị Wi-Fi
cao hơn ñối với thiết bị Bluetooth, tuy nhiên mạng Wi-Fi lại có mức ñộ bảo mật cao hơn.

2.2.2.4 Công nghệ Zigbee (IEEE 802.15.4)
Zigbee là công nghệ mạng không dây hướng ñến các ứng dụng tốc ñộ dữ liệu thấp, tiêu thụ
năng lượng nhỏ, chi phí thấp, các ứng dụng trong lĩnh vực tự ñộng hóa, ñiều khiển từ xa.
Ngay sau ñó tiêu chuẩn IEEE 802.15.4 quy ñịnh về truyền dữ liệu không dây tốc ñộ thấp
cũng ñược tổ chức IEEE xây dựng, vì thế hiệp hội Zigbee và tổ chức IEEE ñã hợp nhất tiêu
chuẩn này và lấy Zigbee là tên thương mại của công nghệ này.
Công nghệ Zigbee ñược nghiên cứu phát triển nhằm thiết lập các kết nối không dây tốc ñộ
thấp, tiêu thụ ít năng lượng, thích hợp với các thiết bị chạy Pin liên tục trong vòng vài tháng
ñến vài năm nhưng không yêu cầu truyền nhận dữ liệu nhanh như kết nối Bluetooth. Tuy
vậy, Zigbee linh hoạt trong việc thiết lập các cấu hình mạng cũng như có giao thức ñồng bộ
dữ liệu tin cậy hơn so với Bluetooth. Các thiết bị thu phát không dây theo tiêu chuẩn này có
thể thu phát dữ liệu trong cự ly từ 10 ñến 100 mét tùy thuộc vào ñiều kiện môi trường
truyền dẫn và mức công suất bức xạ ñầu ra theo yêu cầu của mỗi ứng dụng cụ thể, và hoạt
ñộng với các băng tần ñược miễn ñăng ký trên toàn thế giới (2.4 GHz toàn cầu, 915 MHz
tại châu Mỹ hoặc 868 MHz tại châu Âu). Tốc ñộ dữ liệu ñạt 250 kbps tại băng tần 2.4 GHz,
80 kbps tại băng tần 915 MHz và 20 kbps tại băng tần 868 MHz.

Tổ chức IEEE và hiệp hội Zigbee ñã cùng nhau xây dựng các giao thức hoạt ñộng chung
của bộ tiêu chuẩn. IEEE 802.15.4 tập trung vào xây dựng các ñặc tính kỹ thuật của giao
[24]
thức tại 2 lớp thấp nhất (Lớp vật lý và Lớp liên kết dữ liệu) trong khi hiệp hội Zigbee hướng
ñến các tác vụ ở các lớp cao hơn (từ Lớp mạng ñến lớp Giao diện người dùng), tiêu chuẩn
này nhằm xây dựng một mạng lưới tương thích với tất cả các thiết bị và cung cấp các dịch
vụ bảo mật, cũng như các giải pháp ñiều khiển, tự ñộng hóa trong các tòa nhà sử dụng các
thiết bị truyền dữ liệu không dây. ðảm bảo rằng người sử dụng có thể mua sản phẩm của
bất kỳ nhà cung cấp nào cũng có thể sử dụng tương thích với nhau.
a. So sánh với công nghệ Bluetooth:
Công nghệ Zigbee tương ñối giống so với công nghệ Bluetooth nhưng có phần ñơn giản
hơn. Thiết bị hoạt ñộng theo chuẩn Zigbee truyền dữ liệu với tốc ñộ thấp hơn và hầu hết
thời gian ở trạng thái standby (trạng thái tạm nghỉ), nhờ ñặc tính này mà một nút trong
mạng Zigbee có thể làm việc liên tục từ 6 tháng ñến 2 năm chỉ với nguồn cung cấp gồm 2
quả Pin tiểu loại AA.
Khoảng cách thu/phát theo chuẩn Zigbee là từ 10m – 75m trong khi với Bluetooth tối ña là
10m (không có khuếch ñại công suất thu/phát).
Zigbee kém hơn Bluetooth về tốc ñộ dữ liệu, tốc ñộ truyền nhận của Zigbee là 250 kbps tại
2.4 GHz, 80 kbps tại 915 MHz và 40kbps tại 868 kbps, còn Bluetooth có thể ñạt tới 1
Mbps.
Zigbee sử dụng giao thức Master-slave thông dụng ñối với các mạng hình sao (Star
networks) gồm các thiết bị có ñịa chỉ cố ñịnh và không thường xuyên hoạt ñộng, khi hoạt
ñộng chỉ trao ñổi các gói tin rất nhỏ. Cấu hình này cho phép thiết lập một mạng với tối ña
254 nút. Giao thức của Bluetooth phức tạp hơn nhiều vì chuẩn này hướng ñến việc xử lý
truyền nhận các dữ liệu hình ảnh, âm thanh và các gói dữ liệu lớn trong cấu hình mạng ad
hoc (mạng vô tuyến với ñịa chỉ các nút mạng không ñịnh trước). Các thiết bị Bluetooth có
thể hoạt ñộng với các mạng rời rạc không ñồng bộ (Piconets), nó chỉ cho phép thiết lập một
mạng Piconet Master – Slave với tối ña 8 thiết bị Slave hoạt ñộng trong ñó.
Khi một nút mạng Zigbee ñang ở chế ñộ Standby, nó chỉ mất khoảng 15 ms ñể kích hoạt và
truyền/nhận một gói dữ liệu, cũng như vậy, nhưng một thiết bị Bluetooth phải chờ sau

khoảng 3 s mới có thể kích hoạt và ñáp ứng ñược yêu cầu truyền/nhận từ mạng lưới.