資源描述：
《基于ZigBee技術(shù)的煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn).pdf》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、2011年12月礦業(yè)安全與環(huán)保第38卷第6期基于ZigBee技術(shù)的煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)．王飛，宋文，戴劍波，徐素珍(1．中煤科工集團(tuán)重慶研究院，重慶400039；2．瓦斯災(zāi)害監(jiān)控與應(yīng)急技術(shù)國家重點(diǎn)實驗室，重慶400037；3．重慶科能高級技工學(xué)校，重慶400037)摘要：提出一種基于ZigBee技術(shù)的煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計方案，其中包括ZigBee傳感器、ZigBee路由器和ZigBee網(wǎng)關(guān)。ZigBee傳感器以MSP430F249單片機(jī)為核心，周圍連接了ZigBee通信模塊、甲烷傳感器、氧氣傳感器、一氧化碳傳感器、溫度傳感器和聲光
2、報警儀等。ZigBee網(wǎng)關(guān)也以MSP430F249單片機(jī)為核心，連接了ZigBee通信模塊和多功能型嵌入式以太網(wǎng)串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊，實現(xiàn)了ZigBee協(xié)議與以太網(wǎng)協(xié)議的轉(zhuǎn)換。該系統(tǒng)提高了現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)的可擴(kuò)展性、靈活性和穩(wěn)定性，降低了安裝和維護(hù)成本，解決了煤礦安全監(jiān)測盲區(qū)的問題。關(guān)鍵詞：ZigBee；煤礦安全；無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；監(jiān)測系統(tǒng)中圖分類號：TP273；TD76文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B文章編號：1008—4495(2011)06—0041—03我國煤礦目前使用的安全監(jiān)控系統(tǒng)在井下部分連接至礦用網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，在其支巷道、掘進(jìn)區(qū)、綜采采用的是有線信號傳輸方
3、式，使系統(tǒng)只能在固定的工作面和采空區(qū)安裝ZigBee路由器，用于接收和轉(zhuǎn)位置工作，移動性差、設(shè)備安裝的局限性大，在采掘發(fā)ZigBee傳感器上傳的數(shù)據(jù)。ZigBee傳感器可以安工作面存在監(jiān)測盲區(qū)?。為此，提出基于ZigBee技裝在煤礦工人的礦燈上，也可以安裝在礦車、挖掘機(jī)術(shù)的煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計方案，不僅可與有線網(wǎng)等機(jī)械設(shè)備上，還可以隨機(jī)安裝在瓦斯涌出量變化絡(luò)監(jiān)測相互補(bǔ)充，實現(xiàn)井下安全監(jiān)測的無縫覆蓋，還較快的關(guān)鍵位置。這樣，ZigBee網(wǎng)關(guān)、ZigBee路由器可以隨采掘而同步延伸，減少布線難度，降低成本，和ZigBee傳感器可以自組織成一個大
4、規(guī)模的ZigBee提高了數(shù)據(jù)的安全性和穩(wěn)定性，在ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，ZigBee傳感器將環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)傳覆蓋范圍內(nèi)，可以接人各種不同類型的傳感器或監(jiān)輸給ZigBee網(wǎng)關(guān)，ZigBee網(wǎng)關(guān)再將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給監(jiān)控測設(shè)備，對環(huán)境參數(shù)及生產(chǎn)參數(shù)進(jìn)行實時監(jiān)測。主機(jī)，從而實現(xiàn)煤礦井下環(huán)境參數(shù)及生產(chǎn)參數(shù)的實時監(jiān)測。1系統(tǒng)整體方案設(shè)計充分利用ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的實時性好、網(wǎng)絡(luò)容量大、安全性高、功耗小及成本低等特點(diǎn)J，設(shè)計了基于ZigBee技術(shù)的煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。監(jiān)控主機(jī)位于地面的監(jiān)控中心，通過礦用網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)連接至井下工業(yè)
5、光纖環(huán)網(wǎng)，井下工業(yè)光纖環(huán)網(wǎng)主要由礦用網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)組成，安裝在主巷道或較大的支巷道。ZigBee網(wǎng)關(guān)通過有線方式圓、圓圃收稿日期：2011—02—24作者簡介：王飛(1984一)，男，安徽銅陵人，碩士，2009年畢業(yè)于重慶郵電大學(xué)，主要從事煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)和無線通信技術(shù)等方面的研究工作。E—mail：wangtly19841004@圓gmail．com。圖1基于ZigBee技術(shù)的煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖·4l·2011年l2月礦業(yè)安全與環(huán)保第38卷第6期為ZigBee路由設(shè)備進(jìn)行工作的，接收和轉(zhuǎn)發(fā)ZigBee2系統(tǒng)硬件設(shè)計傳感器發(fā)送的環(huán)境參數(shù)數(shù)
6、據(jù)，主要由ZigBee通信模2．1ZigBee傳感器硬件設(shè)計塊和電源轉(zhuǎn)換電路組成，采用2種供電方式，即電池在ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，ZigBee傳感器作供電和有源供電。為終端設(shè)備，采集周圍環(huán)境參數(shù)傳輸至ZigBee網(wǎng)2．3ZigBee網(wǎng)關(guān)硬件設(shè)計關(guān)，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。一ZigBee網(wǎng)關(guān)在ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中是作為ZigBee協(xié)調(diào)器進(jìn)行工作的，實現(xiàn)ZigBee無線傳感器甲烷傳感器ZigBc~通信模塊網(wǎng)絡(luò)與工業(yè)以太網(wǎng)的互聯(lián)，完成二者之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換。ZigBee網(wǎng)關(guān)結(jié)構(gòu)如圖3所示，主要由MSP430F249MSP430F249單片機(jī)
7、、ZigBee通信模塊和以太網(wǎng)串口單片機(jī)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊組成，都是采用1TrL串口方式進(jìn)行通信J。以太網(wǎng)串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊內(nèi)部集成了TCP／IP協(xié)議棧，集成10／100M自適應(yīng)以太網(wǎng)接口，串口通信最高波特率高達(dá)230．4kbit／s，具有TCPServer、TCPClient、UDP和Realc0Mdriver等多種工作模圖2ZigBee傳感器的結(jié)構(gòu)框圖一式，用戶可以輕松完成嵌入式設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)功能。ZigBee傳感器的處理器采用TI公司的MSP430F249單片機(jī)，其是一款16位的、具有精簡指令集的、超低功耗的混合型單片機(jī)，具有豐富的片內(nèi)外設(shè)和方便
8、靈活的開發(fā)手段。另外，MSP430F249價格低廉，適應(yīng)工業(yè)級運(yùn)行環(huán)境，運(yùn)行環(huán)境溫度為一40～85℃。具有2個通用串行通信接口，可工作于圖3ZigBee網(wǎng)關(guān)的結(jié)構(gòu)框圖UART、S
