基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的煤礦瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)探析

高穆

摘 要：在我國煤炭行業(yè)中，瓦斯爆炸是危機(jī)人員安全的首要問題。當(dāng)前，隨著科學(xué)技術(shù)和煤礦挖掘技術(shù)的進(jìn)步，煤炭開采規(guī)模不斷地?cái)U(kuò)大，同時(shí)煤礦井下作業(yè)的工作強(qiáng)度也在增加，在這樣的情況下我們就需要進(jìn)一步加強(qiáng)煤礦挖掘的安全性。隨著煤礦挖掘深度的增加，使得井下存在著更多的瓦斯，瓦斯的含量越高，人們工作的危險(xiǎn)系數(shù)就在不斷增加，給煤炭工作者帶來了嚴(yán)重的危害。近幾年來，煤礦瓦斯爆炸事故頻發(fā)，給煤炭工人和煤炭企業(yè)帶來了嚴(yán)重的損害。當(dāng)前，為了能夠滿足煤礦瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)的需要，相關(guān)人員結(jié)合現(xiàn)代的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究出了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)，用以進(jìn)行煤礦瓦斯監(jiān)測，這種無線傳感器具有普通傳感器不具備的優(yōu)點(diǎn)，提高了瓦斯監(jiān)測的精度，提高了煤礦工人的生命安全保障。本文就煤礦瓦斯的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行探析。

關(guān)鍵詞：無線傳感網(wǎng)絡(luò)；煤礦瓦斯；監(jiān)測系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TN99 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

煤炭行業(yè)是我國最為重要的行業(yè)之一，煤炭是我國工業(yè)生產(chǎn)中重要的能源，近幾年來隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，煤炭的需求量不斷上升，但是也伴隨著更多的煤炭事故的發(fā)生，尤其是煤礦瓦斯爆炸。當(dāng)前，瓦斯爆炸已經(jīng)成為危及煤礦開采安全的最危險(xiǎn)的因素。傳統(tǒng)的監(jiān)測系統(tǒng)一般是采用有線模式進(jìn)行信息的傳遞，其中還需要借助A/D轉(zhuǎn)換器來完成信息的傳遞，因此傳統(tǒng)的監(jiān)測系統(tǒng)具有中間環(huán)節(jié)多、監(jiān)測效果不精準(zhǔn)等缺點(diǎn)，使得煤炭開采的成本大大增加?；跓o線傳感器網(wǎng)絡(luò)的煤礦瓦斯監(jiān)測 ，運(yùn)用無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行瓦斯監(jiān)控，提高了瓦斯監(jiān)測的精確度并且降低了監(jiān)測成本，這樣對(duì)于煤礦的開采來說是很重要的。本文就基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的煤礦瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行探析、不斷進(jìn)行技術(shù)上的改革，提升監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測精準(zhǔn)度和降低瓦斯監(jiān)測的成本。

1.無線傳感網(wǎng)絡(luò)煤礦瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)的相關(guān)介紹

1.1 監(jiān)測系統(tǒng)的組成

整個(gè)的監(jiān)測系統(tǒng)主要由流量傳感器節(jié)點(diǎn)和匯聚節(jié)點(diǎn)兩個(gè)部分組成，其中流量傳感器主要是用作數(shù)據(jù)的采集，流量傳感器對(duì)瓦斯的主要構(gòu)成物質(zhì)——甲烷十分的敏感，因此監(jiān)測系統(tǒng)的精準(zhǔn)度很高，流量傳感器將數(shù)據(jù)收集起來之后傳遞給匯聚節(jié)點(diǎn)。匯聚節(jié)點(diǎn)的主要作用是總體的信息數(shù)據(jù)傳遞和管理作用，它能夠?qū)⒏鱾€(gè)子節(jié)點(diǎn)中的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總和發(fā)送到計(jì)算機(jī)內(nèi)，有效地實(shí)現(xiàn)了煤礦瓦斯監(jiān)控。

1.2 監(jiān)測系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

當(dāng)前，傳統(tǒng)的煤礦瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)采用有線模式進(jìn)行信息數(shù)據(jù)的采集和傳遞，因此這種監(jiān)測系統(tǒng)就需要在煤礦架設(shè)數(shù)據(jù)傳輸線路來進(jìn)行通信信息的傳遞和采集。但是，煤礦井下本來就很擁擠，線路的建設(shè)使得擁擠程度增加，不利于煤炭開采工具的使用。另外，煤礦井下結(jié)構(gòu)處于不斷的變化中，在變化的過程中可能會(huì)使得某些線路受損，進(jìn)而影響到整個(gè)線路的監(jiān)控。相比于有線監(jiān)測系統(tǒng)，基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的煤礦瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)具有以下4個(gè)優(yōu)點(diǎn)：一是無線檢測系統(tǒng)中的傳感器體積小，可以在煤礦井下大量的使用，節(jié)省煤礦內(nèi)的空間，有利于大型煤礦開采設(shè)備的使用；二是傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)遍布整個(gè)的煤礦，能夠進(jìn)行高密度的監(jiān)測，提高煤礦監(jiān)測的準(zhǔn)確性，這樣就大大提高了煤礦生產(chǎn)的安全性，對(duì)提高煤礦開采的安全系數(shù)來說是很有意義的；三是無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)具有一定的智能功能，能夠?qū)ΡO(jiān)測到的數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚砗捅４?，同時(shí)能夠依據(jù)環(huán)境的變化進(jìn)行自我調(diào)節(jié)；四是無線監(jiān)控系統(tǒng)的能量是由電池供給的，煤礦井下結(jié)構(gòu)一直在處于不斷的變化之中，利用電池供應(yīng)電量，能夠有效地避免由于斷電使得監(jiān)測系統(tǒng)無法正常工作現(xiàn)象的出現(xiàn)，這樣就大大提高了檢測系統(tǒng)的工作性能。

2.無線傳感器的硬件構(gòu)成

2.1 微處理模塊

上面我們提到過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的煤礦瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)主要由傳感器節(jié)點(diǎn)和匯聚節(jié)點(diǎn)組成，這些節(jié)點(diǎn)的工作效率就顯得很重要。所以說節(jié)點(diǎn)的處理器一般都是選擇ATmega128L單片機(jī)，該種微型處理器相比與過去傳統(tǒng)的處理器來說具有很大的優(yōu)點(diǎn)，單純地從依賴性上說，該處理器對(duì)PC機(jī)在結(jié)構(gòu)上依賴就大大降低，這樣對(duì)于提升監(jiān)測系統(tǒng)的運(yùn)行效果來說是很關(guān)鍵的。而且該微型處理器的使用大大提高了檢測的效率，還在很大程度上降低了能耗的使用，這樣來看這些節(jié)點(diǎn)處理器的應(yīng)用在很大程度上提高了瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)的運(yùn)行效率和效果，對(duì)于提升煤礦的生產(chǎn)安全來說是很重要的。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的煤礦瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)的微處理器的閃存程序是與其他很多種的程序結(jié)合在一起的，所以說生產(chǎn)的時(shí)候的價(jià)格很便宜，這樣就在很大程度上降低了監(jiān)測系統(tǒng)的生產(chǎn)成本。

2.2 無線瓦斯傳感器

無線瓦斯傳感器在監(jiān)測空氣中的可燃?xì)怏w含量的時(shí)候是利用氧化燃燒特性，當(dāng)空氣中的可燃?xì)怏w超過一定濃度時(shí)，無線瓦斯傳感器就會(huì)顯示出一定的信號(hào)，這樣檢測人員就可以快速的根據(jù)其發(fā)出的信號(hào)進(jìn)行判別。無線瓦斯傳感器有很大的優(yōu)點(diǎn)，一般的情況下傳感器是很穩(wěn)定的，它在遇到水蒸氣或者是其他氣體的時(shí)候會(huì)表現(xiàn)地很穩(wěn)定，只有在遇到可燃性氣體的時(shí)候才能表現(xiàn)出一定的信號(hào)，它的這個(gè)特點(diǎn)在很大程度上提高了監(jiān)測系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，對(duì)于提升煤礦的安全生產(chǎn)是很重要的。因?yàn)樵摲N無線瓦斯傳感器的結(jié)構(gòu)簡單，在生產(chǎn)上很低廉，企業(yè)在采購的時(shí)候會(huì)在很大程度上降低生產(chǎn)的成本，最重要的是無線瓦斯傳感器的性能良好，在很大程度上提高了瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)的運(yùn)行效率，所以說很多的煤礦在選擇傳感器的時(shí)候都是優(yōu)先選擇無線瓦斯傳感器，該種傳感器的應(yīng)用在很大程度上提高了煤礦生產(chǎn)的安全。

2.3 電源模塊

電源對(duì)于系統(tǒng)的正常運(yùn)行是很重要的，電源的正常運(yùn)行是系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)，所以說無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的煤礦瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)在進(jìn)行工作的時(shí)候要保證電源的正常工作，這樣才能在最大限度上提高煤礦瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)的運(yùn)行效果。電源模塊最主要的功能就是為系統(tǒng)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)提供電能，這樣電源的安全運(yùn)行和壽命的長短都是很重要的，根據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)中節(jié)點(diǎn)的能耗，一般都是選用PAM2400的穩(wěn)壓芯片，這樣在系統(tǒng)的運(yùn)行過程中就可以將整個(gè)系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定在3V和3.3V，該種芯片的運(yùn)行環(huán)境是很廣泛的，它可以在-40℃～125℃進(jìn)行工作，而且還有一個(gè)重要的優(yōu)點(diǎn)就是該種芯片的能耗很低，可以在很大程度上降低監(jiān)測系統(tǒng)的能耗。

3.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的煤礦瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)使用的意義

我們國家是一個(gè)能源大國，并且隨著我們國家經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，各行各業(yè)對(duì)能源的需求不斷增多，煤炭是我們國家的重要能源，這樣對(duì)煤炭的需求量就不斷增多。在這樣的大背景下，煤炭的開采就變得很重要，在煤炭的開采過程中是很容易發(fā)生安全事故的，并且隨著煤礦的不斷開采，煤礦的開采難度不斷加大，產(chǎn)生事故的可能性不斷提高，瓦斯爆炸是煤礦開采過程中經(jīng)常出現(xiàn)的安全事故，為了提高煤礦的生產(chǎn)安全和減少瓦斯爆炸的出現(xiàn)，我們就需要進(jìn)行一定的技術(shù)改革，這樣才能不斷降低瓦斯爆炸出現(xiàn)的幾率，不斷提高煤礦生產(chǎn)的安全?；跓o線傳感器網(wǎng)絡(luò)的煤礦瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)的出現(xiàn)，在很大程度上提高了煤礦生產(chǎn)的安全，在一定程度上避免了瓦斯爆炸安全事故的發(fā)生，而且在進(jìn)行監(jiān)測系統(tǒng)采購的時(shí)候，該種系統(tǒng)的價(jià)格比較低廉，比較適合廣大的煤礦開采企業(yè)的使用。

結(jié)語

為了提高煤礦開采的安全，很多煤礦在進(jìn)行預(yù)防瓦斯爆炸安全事故的時(shí)候都選用基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的煤礦瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)，該種系統(tǒng)的應(yīng)用在很大程度上降低了瓦斯事故的發(fā)生幾率，大大提高了煤礦生產(chǎn)的安全，所以說相關(guān)企業(yè)在進(jìn)行該種系統(tǒng)的生產(chǎn)的時(shí)候一定要保證安全，這樣該種系統(tǒng)在使用的過程中才能保證煤礦的生產(chǎn)安全。

參考文獻(xiàn)

[1]孫英娟，郭聯(lián)志.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在煤礦瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2013（1）：76-77.

[2]龍?jiān)谠疲徶緩V，顧勇，等.基于ZigBee的煤礦瓦斯監(jiān)測無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)[J].河北建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2013，31（3）：51-54.

[3]徐煥超，王振翀，劉睿鑫，等.基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的煤礦瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)軟件的研究[J].微型機(jī)與應(yīng)用，2014 （18）：11-12，16.endprint