無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在煤礦的應(yīng)用研究

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1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在煤礦監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用研究劉春胡先智(貴州大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與信息學(xué)院貴州貴陽(yáng)550025)摘要：本項(xiàng)目是建立在ZigBee無線通信技術(shù)平臺(tái)上的一種分布式煤礦井下信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，提出一種由無線傳感器網(wǎng)絡(luò)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的RS-485總線的設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)煤礦井下信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)從有線網(wǎng)絡(luò)到無線網(wǎng)絡(luò)的過渡。關(guān)鍵詞：Zigbee；無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；RS-485；Wirelesssensornetworksincollierymonitoringsystem^appliedresearchLiuChunHuXian

2、Zhi(Computerscienceandinfonnationofinstitute,Guizhouuniversity,Guiyang,Guizhou,550025)Abstract：ThisprojectisbasedontheZigBeewirelesscommunicationtechnologyplatforms,adistributedcollieryinformationmonitoringsystem,andputforwardakindofwirelesssensornetwo

3、rkinsteadoftraditionalRS?485busdesign,realizationinformationmonitoringsystemofcollieryfromcablenetworktowirelessnetwork?Keywords：Zigbee,Wirelesssensornetwork,RS-485,o引言近年來，煤礦安全事故頻頻發(fā)生，造成重大人員傷亡和巨大經(jīng)濟(jì)損失，形勢(shì)非常嚴(yán)峻。這一切與我國(guó)煤礦安全信息技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化程度不高密切相關(guān)?，F(xiàn)有煤礦安全信息系統(tǒng)基本上是通過有線網(wǎng)

4、絡(luò)建立的，隨著煤礦的不斷深入開采，煤礦井下的物理結(jié)構(gòu)也不斷地改變，原先設(shè)計(jì)好的有線網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)不能靈活調(diào)整，難以做到完全地監(jiān)測(cè)覆蓋。因此建立一套組網(wǎng)靈活，擴(kuò)展性強(qiáng)，安全可靠的煤礦安全無線網(wǎng)絡(luò)已勢(shì)在必行。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，涌現(xiàn)出許多無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。ZigBee技術(shù)作為一個(gè)新出現(xiàn)的無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(WPAN)通信技術(shù)，因其協(xié)議簡(jiǎn)單、成本小、功耗低、組網(wǎng)容易等特點(diǎn)，在監(jiān)控領(lǐng)域具有廣闊的市場(chǎng)空間。1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)及工作原理Zigbee技術(shù)是基于TEEE802.15.4協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的短距離無線通信技術(shù)。一般井下通信

5、距離比較長(zhǎng)，單個(gè)結(jié)點(diǎn)通信難以滿足要求，系統(tǒng)采用Zigbee鏈?zhǔn)浇M網(wǎng)方式來擴(kuò)大通信距離。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，系統(tǒng)采用雙向通信，移動(dòng)終端把采集的信號(hào)發(fā)送給中繼結(jié)點(diǎn)，中繼結(jié)點(diǎn)收到信號(hào)后再把信號(hào)依次傳給下一個(gè)結(jié)點(diǎn)直到網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，由網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器通過串行口傳給監(jiān)控主機(jī)。本系統(tǒng)有大量自給供電的移動(dòng)終端節(jié)點(diǎn)，每個(gè)終端節(jié)點(diǎn)可以進(jìn)行周圍壞境數(shù)據(jù)的采集及與中繼節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，從而使得眾多的傳感器可通過協(xié)同工作進(jìn)行高質(zhì)量的傳感，組成一個(gè)容錯(cuò)性較好的采集系統(tǒng)。系統(tǒng)中的中繼節(jié)點(diǎn)，主要用于組合從各個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)得到的數(shù)據(jù)以及負(fù)責(zé)信號(hào)的

6、中繼傳輸。除此功能外，該節(jié)點(diǎn)也能夠完成瓦斯?jié)舛燃皽貪穸缺O(jiān)測(cè)及超標(biāo)報(bào)警，對(duì)井下重要設(shè)備的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。收稿日期：2()]()_**_**基金項(xiàng)目：貴州大學(xué)研究生創(chuàng)新基金項(xiàng)忖，校研理工2010032.作者簡(jiǎn)介：劉春(1980-),男，湖北黃岡，碩士研究生，主要從事無線傳輸，嵌入式系統(tǒng)研究。胡先智(1978-),男，湖北黃岡，碩上研究生，主要從事無線傳輸，嵌入式系統(tǒng)研究。/井下目QQ圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖中央控制計(jì)算機(jī)內(nèi)部軟件完成的任務(wù)主要有:系統(tǒng)的控制，數(shù)據(jù)處理以及決定是否發(fā)出報(bào)警,對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行

7、備份，并且自動(dòng)上傳至政府安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局監(jiān)管系統(tǒng)主機(jī)。對(duì)系統(tǒng)的控制包括控制Zigbee網(wǎng)絡(luò)開啟關(guān)閉設(shè)置參數(shù)等。數(shù)據(jù)處理主要是對(duì)收集的參數(shù)與預(yù)先內(nèi)置在系統(tǒng)中正常值進(jìn)行比較，比如對(duì)瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行對(duì)比以決定是否要切斷電源，對(duì)CO濃度進(jìn)行對(duì)比以決定是否要人員撤離；對(duì)濕度進(jìn)行對(duì)比以判斷是否有發(fā)生透水事故的可能等。對(duì)于礦井安全管理的數(shù)據(jù)都可以上傳到當(dāng)?shù)貒?guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局的監(jiān)控主機(jī)，以便于政府對(duì)礦業(yè)安全的監(jiān)管。2系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)和實(shí)現(xiàn)技術(shù)路線2.1傳感器模塊瓦斯傳感器模塊和溫濕度傳感器類型比較多，因?yàn)槊旱V井下對(duì)傳

8、感器有嚴(yán)格工業(yè)要求,要根據(jù)具體礦井來進(jìn)行選擇，在這不作多的敘述。2.2網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)在網(wǎng)絡(luò)屮存在三種邏輯設(shè)備類型：協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，路由器節(jié)點(diǎn)和終端設(shè)節(jié)點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)rh—個(gè)協(xié)調(diào)器以及多個(gè)路由器和多個(gè)終端設(shè)備組成。協(xié)調(diào)器是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的核心，它最主要的作用是啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，其方法是選擇一個(gè)相對(duì)空閑的信道，形成一個(gè)PANDo它也會(huì)協(xié)助建立建立網(wǎng)絡(luò)中的安全層及處理應(yīng)用層的綁定。當(dāng)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)和配置完成之后，它的功能退化成了一個(gè)普通的路由器。路由器的主要功能是提供接力作用，能擴(kuò)展信號(hào)的傳輸