ZigBee技術(shù)在煤礦瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的研究

摘 要：瓦斯是影響煤炭行業(yè)安全生產(chǎn)的突出因素，為了保障礦工人員的工作環(huán)境，本文設(shè)計(jì)了以ZigBee技術(shù)為基礎(chǔ)的井下瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有良好的可靠性、易操作性等優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：

瓦斯?jié)舛冗^(guò)高是引起煤礦事故的主要原因，因此，實(shí)時(shí)了解井下瓦斯?jié)舛仁敲旱V安全生產(chǎn)的一個(gè)重要因素。目前，我國(guó)各大煤礦的瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)大多采用有線監(jiān)測(cè)的方式，但這種方式布線復(fù)雜、維護(hù)成本較大，且如果監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的某一點(diǎn)發(fā)生故障，則整個(gè)網(wǎng)絡(luò)就會(huì)失去控制。基于這一點(diǎn)，利用ZigBee技術(shù)設(shè)計(jì)出一種無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)，通過(guò)計(jì)算機(jī)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)獲得井下各模塊的工作狀態(tài)和數(shù)據(jù)，從某種意義上來(lái)說(shuō)，促進(jìn)了煤炭工業(yè)現(xiàn)代化的管理，減少了煤炭事故的發(fā)生，具有可靠性高、成本低、靈活性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

由于煤礦作業(yè)環(huán)境的特殊性，所以檢測(cè)礦井空氣中的瓦斯?jié)舛仁堑V井安全的基礎(chǔ)，以ZigBee網(wǎng)絡(luò)為架構(gòu)的無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，再其地面中心以下部分是由終端節(jié)點(diǎn)、路由器節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)三部分組成，終端節(jié)點(diǎn)主要用來(lái)瓦斯數(shù)據(jù)的收集，然后傳送給路由器節(jié)點(diǎn)層，協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)層對(duì)其接收到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行總結(jié)，再連接主干網(wǎng)絡(luò)控制中心接收傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到井下瓦斯?jié)舛鹊臓顟B(tài)，系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 系統(tǒng)硬件部分設(shè)計(jì)

在本設(shè)計(jì)中，硬件電路主要有傳感器模塊和無(wú)線通信模塊組成，在實(shí)際的應(yīng)用中，通常把它們放到一個(gè)硬件電路上，因此，有利于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

2.1 傳感器模塊電路

本設(shè)計(jì)采用是應(yīng)用電路簡(jiǎn)單、耗電低、體積小的KGS-20型可燃?xì)鈧鞲衅鳎咚箓鞲衅鞯墓ぷ髟硎窃谕咚沟淖饔孟率瞧錈岽呋l(fā)生燃燒，導(dǎo)致阻值隨著元器件的溫度升高而增大，使電橋失去平衡引起橋路電壓發(fā)生變化，由于該電壓和瓦斯?jié)舛瘸烧壤P(guān)系，所以通過(guò)測(cè)量橋路電壓就可以檢測(cè)出瓦斯?jié)舛戎怠?/p>

2.2 ZigBee無(wú)線通信模塊

設(shè)計(jì)采用基于無(wú)線SOC設(shè)計(jì)、內(nèi)部集成了大量設(shè)計(jì)電路的CC2430作為系統(tǒng)方案的無(wú)線通信模塊，并且集成了一顆8051微控制器和符合了IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的2.4GHz RF射頻收發(fā)器，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信號(hào)的無(wú)線收發(fā)功能。

3 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

程序的總體流程首先是初始化，建立網(wǎng)絡(luò)通訊連接，通過(guò)瓦斯傳感器采集數(shù)據(jù)，對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理及對(duì)比，如果超出所設(shè)范圍則報(bào)警，并執(zhí)行相應(yīng)的控制命令。

3.1 數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)采集部分的功能是利用傳感器來(lái)完成瓦斯數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)可靠的瓦斯數(shù)據(jù)采集，然后再將電信號(hào)經(jīng)過(guò)放大電路放大，經(jīng)與8051單片機(jī)連接，后經(jīng)AD轉(zhuǎn)換獲得所需要的參數(shù)。最后等待系統(tǒng)的無(wú)線傳輸。

3.2 無(wú)線收發(fā)的程序設(shè)計(jì)

由協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)、路由器節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)得到的數(shù)據(jù)傳送給無(wú)線收發(fā)模塊CC2430，然后由其傳送給控制中心，無(wú)線收發(fā)模塊CC2430的工作流程如下：首先初始化CC2430的寄存器參數(shù)并改變其參數(shù)值使其進(jìn)入到待機(jī)模式的狀態(tài)，然后是發(fā)送模式或接受模式的工作模式選擇，最終完成數(shù)據(jù)信號(hào)的無(wú)線收發(fā)的功能。

4 結(jié)束語(yǔ)

本設(shè)計(jì)采用通信技術(shù)和無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)成的瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，達(dá)到了對(duì)于煤礦瓦斯?jié)舛鹊膶?shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)警的功能，減少了煤礦事故的發(fā)生，使人身安全和財(cái)產(chǎn)有了一定的保障，具有良好的實(shí)時(shí)性和可靠性。

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