基于gprs與zigbee技術(shù)在礦井監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究

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1、基于GPRS與ZIGBEE技術(shù)在礦井監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究本文研究目的是通過分析國(guó)內(nèi)外的礦井監(jiān)測(cè)系統(tǒng)并聯(lián)系我國(guó)的實(shí)際情況，運(yùn)用Zigbee技術(shù)和GPRS技術(shù)來實(shí)現(xiàn)一套無線礦井監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，解決從系統(tǒng)組X方式到系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)等方面的技術(shù)難點(diǎn)，為礦井監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了一套完整的解決方案。關(guān)鍵詞：無線礦井監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；Zigbee；GPRS引言　　隨著煤炭行業(yè)信息X絡(luò)化的發(fā)展，我國(guó)多數(shù)煤礦企業(yè)生產(chǎn)工程實(shí)踐過程中基本采用了各種各樣的安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)，并且發(fā)揮一定的積極參作用。但是現(xiàn)有的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)大多數(shù)是以某項(xiàng)技術(shù)為主，并沒有充分考慮信息技術(shù)的綜合集成功能，因此造成了系統(tǒng)功能單一﹑成本偏高﹑重

2、復(fù)投資的不利局面，以至給先進(jìn)技術(shù)的進(jìn)一步推廣應(yīng)用造成很多困難。把無線傳感器X絡(luò)應(yīng)用到煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)中，通過各種傳感器實(shí)時(shí)采集煤礦井下的環(huán)境信息，由嵌入式系統(tǒng)對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，通過自組織無線X絡(luò)將信息傳輸?shù)骄獾谋O(jiān)控終端設(shè)備，能夠有效彌補(bǔ)有線設(shè)備的許多缺陷，具有價(jià)廉﹑便攜﹑可靠性高﹑易于校正等優(yōu)點(diǎn)。1.礦井監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想　　為了解決無線礦井監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的問題，國(guó)內(nèi)外進(jìn)行多年探索實(shí)踐，但此項(xiàng)技術(shù)并未成熟，國(guó)內(nèi)大部分礦井監(jiān)測(cè)系統(tǒng)使用的技術(shù)是無線GPRS技術(shù)與有線RS-485技術(shù)相結(jié)合。本系統(tǒng)是基于Zigbee技術(shù)和GPRS技術(shù)相結(jié)合無線礦井監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)．系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想是：在

3、煤礦井下利用ZigBee技術(shù)構(gòu)建無線傳感器X絡(luò)，把各種傳感器(溫濕度傳感器、瓦斯?jié)舛葌鞲衅?、壓力傳感器?與Zigbee模塊結(jié)合在一起形成無線傳感器X絡(luò)的終端結(jié)點(diǎn)，終端結(jié)點(diǎn)把采集的數(shù)據(jù)通過多級(jí)路由結(jié)點(diǎn)(由ZigBee模塊構(gòu)成)傳送到X絡(luò)協(xié)調(diào)器(由ZigBee模塊構(gòu)成)上，煤礦井下的所有采集數(shù)據(jù)都匯集到X絡(luò)協(xié)調(diào)器上，X絡(luò)協(xié)調(diào)器通過RS-232總線接口與GPRS通信模塊相連接，GPRS通信模塊將數(shù)據(jù)組成GPRS分組，通過GPRSX絡(luò)和InterX絡(luò)送到遠(yuǎn)距離煤礦監(jiān)測(cè)中心的服務(wù)器上。煤礦監(jiān)測(cè)中心除了接收上傳的采集數(shù)據(jù)外，同時(shí)可以通過InterX絡(luò)，GPRSX絡(luò)和無線傳感器X絡(luò)向

4、無線傳感器X絡(luò)的終端結(jié)點(diǎn)發(fā)出各種指令。煤礦監(jiān)測(cè)中心接入InterX絡(luò)并且具有外部IP地址，在對(duì)GPRS模塊進(jìn)行了GPRS附著和PDP（PacketDataProtocol,分組數(shù)據(jù)協(xié)議）上下文激活過程后，我們可以使用GPRSX絡(luò)和ZigBeeX絡(luò)來進(jìn)行系統(tǒng)的雙向通信。2.礦井監(jiān)測(cè)系統(tǒng)整體方案規(guī)劃及方案設(shè)計(jì)　　煤礦信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的通信信道主要包括煤礦信息監(jiān)測(cè)管理中心與集中器的通信信道和集中器與采集器的通信信道。絕大部分煤礦信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)都可以采用分布式體系結(jié)構(gòu)，分布式體系結(jié)構(gòu)分為上下兩層：上層（煤礦信息監(jiān)測(cè)管理中心與集中器之間）數(shù)據(jù)的采集采用星型結(jié)構(gòu)，上層信道采用了GPRSX絡(luò)

5、和InterX絡(luò)；下層（集中器與采集器之間）數(shù)據(jù)的采集采用X狀結(jié)構(gòu),下層信道采用ZigBee技術(shù)的無線傳感器X絡(luò)。在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，煤礦信息監(jiān)測(cè)管理中心是具有接收匯集數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)分析、存儲(chǔ)功能的服務(wù)器。采集器是由傳感器模塊和CC2430模塊構(gòu)成；采集器通過傳感器模塊把采集到的數(shù)據(jù)傳送給CC2430模塊。集中器的主要功能就是數(shù)據(jù)的接收、匯總和轉(zhuǎn)發(fā)，集中器主要是由CC2430模塊和GPRS模塊構(gòu)成。集中器利用ZigBeeX絡(luò)把采集器的數(shù)據(jù)匯總過來，對(duì)它們進(jìn)行分時(shí)存儲(chǔ)，并利用通信模塊通過GPRSX絡(luò)把數(shù)據(jù)傳送給管理中心。因此，為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)匯總和轉(zhuǎn)發(fā)，集中器必須具有兩部分通信功能：一

6、是采集器和集中器之間的短距離無線通信，這部分通信主要由ZigBee無線X絡(luò)通信來完成；二是集中器和煤礦信息監(jiān)測(cè)管理中心之間的遠(yuǎn)距離通信，這部分通信主要由GPRSX絡(luò)和InterX絡(luò)來完成。在本設(shè)計(jì)方案中集中器又稱為數(shù)據(jù)傳輸終端設(shè)備，其設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)成為本系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。圖1煤礦信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖　　　　基于Zigbee與GPRS技術(shù)的煤礦信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成原理框圖如下圖3所示。該系統(tǒng)是由傳感器模塊、CC2430模塊、GPRS模塊、GPRSX絡(luò)、InterX絡(luò)等幾個(gè)部分組成。傳感器模塊將采集的參數(shù)傳送到采集器中的CC2430模塊，經(jīng)天線發(fā)射出去后，經(jīng)過路由節(jié)點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)到集中器的C

7、C2430模塊,CC2430模塊處理后的數(shù)據(jù)通過RS-232總線接口傳送給GPRS模塊，再由GPRS模塊發(fā)射出去，經(jīng)過GPRSX絡(luò)和InterX絡(luò)送到煤礦信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中心的上位機(jī)。圖2煤礦信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成原理框圖3.礦井監(jiān)測(cè)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及實(shí)現(xiàn)的技術(shù)路線3.1數(shù)據(jù)傳輸終端設(shè)備　　數(shù)據(jù)傳輸終端一方連接著ZigbeeX絡(luò)，另一方連接著GPRSX絡(luò)，起著管理和協(xié)調(diào)ZigbeeX絡(luò)和GPRSX絡(luò)通信的作用。數(shù)據(jù)傳輸終端設(shè)計(jì)要求和難度都比較高，一般要完成硬件和軟件的設(shè)計(jì)?！　〗K端的總體結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示，主要以CC2430為核心，通過R