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《基于ZigBee的礦井人員定位及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計.pdf》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、萬方數(shù)據(jù)第12卷第4期2009年10月西安文理學(xué)院學(xué)報：自然科學(xué)版JournalofXi’anUniversityofArts＆Science(NatSciEd)V01．12No．4Oct．2009文章編號：1008-5564(2009)04-0109-03基于ZigBee的礦井人員定位及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計林少鋒，趙國輝(西安通信學(xué)院通信指揮系，陜西西安710106)摘要：針對礦井生產(chǎn)安全問題，結(jié)合ZigBee技術(shù)優(yōu)勢，設(shè)計了一種基于ZigBee技術(shù)的井下人員定位及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，用于實現(xiàn)安全預(yù)警和高效救援，適用于各類環(huán)
2、境下煤礦的安全管理．文中詳細分析了系統(tǒng)的構(gòu)成、定位原理以及低功耗標識卡的設(shè)計．關(guān)鍵詞：礦井；人員定位；ZigBee；CC2420中圖分類號：TP274文獻標識碼：A煤礦井下環(huán)境惡劣，安全隱患多，水、火、瓦斯、煤塵、頂板等自然災(zāi)害時刻都在威脅礦井工作人員的生命安全，尤其是在事故發(fā)生后，如果能夠?qū)崿F(xiàn)對井下工作人員的正確定位跟蹤，使地面監(jiān)控中心實時掌握井下人員的位置，隨時保持聯(lián)系，實現(xiàn)人員的調(diào)度，這對于提高生產(chǎn)安全和工作效率，具有十分重要的意義．而目前井下通信系統(tǒng)¨。21的功能比較單一，可擴展性較差，不利于大規(guī)模礦山應(yīng)用．
3、本文介紹一種基于ZigBee技術(shù)"o的礦井人員定位系統(tǒng)和環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)．該系統(tǒng)可對井下人員實時跟蹤定位，對井下重要儀器設(shè)備實時監(jiān)控和故障預(yù)報，快速指導(dǎo)礦井突發(fā)性事故的救護工作．1井下人員定位系統(tǒng)簡介由于井下惡劣的通信環(huán)境，特別是嚴重的噪聲干擾和電波衰落，嚴重影響了通信系統(tǒng)的實際應(yīng)用．國內(nèi)現(xiàn)有的RFID射頻讀寫系統(tǒng)、SuperRFID等井下通信系統(tǒng)的功能比較單一，可擴展性較差，不利于大規(guī)模礦山應(yīng)用．RFID射頻讀寫系統(tǒng)是在在礦井進口處，或其他井下一些關(guān)鍵通道口，使用射頻卡(RFID)讀取(刷卡)的方法對下井人員進行登記記
4、錄來跟蹤的方法；SuperRFID定位系統(tǒng)除了收發(fā)通信距離稍遠一些外，它面臨著一般RFID所面臨的同樣問題，包括井下通信干擾問題，對通信電纜的依賴問題，有效通信距離有限的問題，讀寫器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格貴的問題等．這兩種方案不僅不能實現(xiàn)真正意義上的井下人員定位跟蹤，無法實時地報告井下人員的具體位置，而且，也無助于改善現(xiàn)有安全生產(chǎn)要素的監(jiān)控系統(tǒng)，只能作為下井人員的考勤登記．而結(jié)合ZigBee技術(shù)和有線以太網(wǎng)，可以實現(xiàn)一種經(jīng)濟實用，工作可靠的井下通信系統(tǒng)，這是一種介于無線標記技術(shù)和藍牙之間的技術(shù)提案H】，具有低速率、低功耗、低
5、成本、多路由、自組織等特點，主要用于近距離無線連接．ZigBee網(wǎng)絡(luò)一般有星型、樹型和網(wǎng)格型3種拓撲結(jié)構(gòu)．其中網(wǎng)格型拓撲結(jié)構(gòu)在邏輯上可理解為子結(jié)點間存在直接連通情況的樹型結(jié)構(gòu)．它允許通信鏈路存在常用路由和備選路由，避免了由于個別結(jié)點故障而阻斷了其下級子網(wǎng)通信出I：1的問題，保持了網(wǎng)絡(luò)的健壯性．2井下人員定位系統(tǒng)設(shè)計分析井下人員定位系統(tǒng)由井上網(wǎng)絡(luò)和井下網(wǎng)絡(luò)兩部分組成．井上網(wǎng)絡(luò)主要進行監(jiān)控管理；井下網(wǎng)絡(luò)由部收稿日期：2009-04-06基金項目：陜西省教育廳專項科研計劃資助項目(06JK282)作者簡介：林少鋒(19r7
6、8一)，男，福建漳州人，西安通信學(xué)院通信指揮系講師，碩士．研究方向：個人通信與移動通信萬方數(shù)據(jù)110西安文理學(xué)院學(xué)報：自然科學(xué)版第12卷署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)大量ZigBee傳感器節(jié)點(協(xié)調(diào)器Coordinator，路由器FFD和終端設(shè)備RFD)組成，通過無線通信方式形成的一個多跳的自組織的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)．通過ZigBee無線自組織網(wǎng)絡(luò)和以太網(wǎng)有線網(wǎng)絡(luò)將采集到的數(shù)據(jù)傳送到地面控制中心CMC(ControlManagementCenter)進行集中處理，ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)如圖1所示．系統(tǒng)工作時，需要井下人員佩帶系統(tǒng)的RFD節(jié)點
7、模塊．礦工身上佩戴由傳感器和ZigBee模塊等集成的終端設(shè)備，主要由各種傳感器、報警器以及ZigBee發(fā)射接收模塊組成．傳感器主要分成兩部分：一部分用于環(huán)境監(jiān)測，如瓦斯?jié)舛?、一氧化碳濃度、空氣濕度等；另一部分用于礦工生命體征的采集，如脈搏、血壓、呼吸、體溫等．傳感器采集上述信號后經(jīng)過放大、A／D轉(zhuǎn)換、信號處理等，最終由ZigBee發(fā)射模塊無線傳輸至礦井巷道壁上的最近的FFD節(jié)點模塊接收．FFD模塊根據(jù)表驅(qū)動路由算法選擇最優(yōu)的通信路徑，通過其他的FFD模塊以多跳通信的方式或直接將終端n以太網(wǎng)lZigBee嵌入網(wǎng)關(guān)IlZ
8、lgBee嵌入網(wǎng)關(guān)圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖傳感器收集的各種參數(shù)傳至巷道上的ZigBee網(wǎng)關(guān)，再用以太網(wǎng)等有線方式將網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)傳輸至地面上的中央控制計算機CMC，并與主系統(tǒng)以標準的SQL—Server數(shù)據(jù)庫進行后臺數(shù)據(jù)交換，包括信號的采集與處理、數(shù)據(jù)的分析統(tǒng)計，對礦井安全狀況做出評估．礦工身上佩戴由傳感器和ZigBee模塊等集成的終端設(shè)備，主要由各種傳感
