無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在煤礦通風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究

陳 煒，張 瑩

(渭南師范學(xué)院 物理與電氣工程學(xué)院，陜西 渭南 714000)

能源問(wèn)題直接關(guān)系到國(guó)家社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的命脈，甚至?xí){到國(guó)家安全。煤炭資源是我國(guó)能源結(jié)構(gòu)體系中非常重要的構(gòu)成部分，為了維系社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，我國(guó)每年都要開(kāi)采大量的煤炭資源供人們使用[1]。煤炭大多在礦井中開(kāi)采，開(kāi)采時(shí)會(huì)涌出很多有毒、有害和粉塵等危害性物質(zhì)，威脅礦井人員的身體健康甚至生命安全[2]。煤礦通風(fēng)機(jī)可以不間斷地向井內(nèi)輸入新鮮空氣，將井內(nèi)危害性物質(zhì)排出,是確保煤炭生產(chǎn)安全的重要措施和手段，為了確保礦井絕對(duì)安全，通常要求通風(fēng)機(jī)24 h不間斷工作，對(duì)通風(fēng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程的穩(wěn)定性和可靠性提出了非常高的要求[3]。為了達(dá)到以上目的，需要設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)使用電纜對(duì)信號(hào)進(jìn)行傳輸，在實(shí)踐應(yīng)用中暴露出了很多缺陷[4]。研究基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來(lái)構(gòu)建通風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，與以往的有線電纜模式相比較展現(xiàn)出了很大的優(yōu)勢(shì)。對(duì)于提升礦井通風(fēng)機(jī)運(yùn)行可靠性、確保煤礦生產(chǎn)安全具有重要的實(shí)踐意義。

1 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

1.1 通風(fēng)機(jī)的主要結(jié)構(gòu)

煤礦中通風(fēng)機(jī)是保障煤礦生產(chǎn)安全的重要機(jī)電設(shè)備，主要作用是向礦井內(nèi)部輸入新鮮空氣，對(duì)井內(nèi)的環(huán)境進(jìn)行調(diào)節(jié)，保障井下工作人員的身體健康甚至生命安全[5]。礦井中經(jīng)常使用的對(duì)旋軸流式通風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示。由圖1可以看出，通風(fēng)機(jī)主要由電機(jī)、一級(jí)和二級(jí)葉輪、集流器、擴(kuò)壓器、整流罩和消聲器等部分構(gòu)成[6]。此類型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的能耗相對(duì)較低、工作效率高，具有很好的節(jié)能效果，在煤礦中的應(yīng)用最為廣泛。

圖1 對(duì)旋軸流式通風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of counter rotating axial flow fan

1.2 通風(fēng)機(jī)主要監(jiān)測(cè)參數(shù)

通風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需要重點(diǎn)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)主要是反映通風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的數(shù)據(jù)信息，包括電機(jī)的電流與電壓、定子溫度、軸承溫度及其振動(dòng)情況、通風(fēng)風(fēng)量和負(fù)壓等，通風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中傳感器測(cè)量節(jié)點(diǎn)的分布情況如圖2所示。可以利用電量變送器對(duì)電氣柜中的電流和電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并將其轉(zhuǎn)換成為標(biāo)準(zhǔn)的輸出信號(hào)，再利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)焦た貦C(jī)中進(jìn)行分析。可以對(duì)風(fēng)機(jī)兩側(cè)面的靜壓差進(jìn)行檢測(cè)進(jìn)而計(jì)算獲得通風(fēng)機(jī)的風(fēng)量，利用加速度傳感器對(duì)通風(fēng)機(jī)軸承的振動(dòng)情況進(jìn)行檢測(cè)，利用溫度傳感器對(duì)關(guān)鍵部位的溫度進(jìn)行檢測(cè)；當(dāng)測(cè)量得到的振動(dòng)烈度超過(guò)了裝置的安全振動(dòng)烈度的85%時(shí)，系統(tǒng)會(huì)向外發(fā)出預(yù)警，當(dāng)通風(fēng)機(jī)關(guān)鍵位置溫度超過(guò)最高安全溫度的85%后，系統(tǒng)向外發(fā)出預(yù)警。

圖2 傳感器測(cè)量節(jié)點(diǎn)的分布情況Fig.2 Distribution of sensor measurement nodes

1.3 無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)

煤礦工作環(huán)境比較復(fù)雜，使用有線電纜對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行傳輸容易受到環(huán)境條件的制約，在工程應(yīng)用中暴露出了一些缺點(diǎn)和問(wèn)題。隨著通信領(lǐng)域技術(shù)水平的不斷提升，當(dāng)前無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展非常成熟，在很多工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[7]。因此，本研究在建立通風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)時(shí)，采用無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)傳感器采集獲得的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行傳輸，可以更好地適應(yīng)煤礦復(fù)雜的工作環(huán)境。當(dāng)前能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)線通信的技術(shù)有很多種，常見(jiàn)的包括WLAN技術(shù)、UWB超寬頻技術(shù)、ZigBee技術(shù)、藍(lán)牙技術(shù)以及無(wú)線射頻技術(shù)等[8]。不同的技術(shù)各自有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，適用于不同的工業(yè)場(chǎng)合。在分析不同無(wú)線通信技術(shù)特點(diǎn)以及礦井實(shí)際情況的基礎(chǔ)上，選用ZigBee技術(shù)來(lái)搭建無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)。ZigBee技術(shù)運(yùn)行時(shí)的功耗和成本均相對(duì)較低，數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣入m然較低但完全能滿足本系統(tǒng)實(shí)際工作需要，數(shù)據(jù)傳輸延時(shí)比較短，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)容量較高，可以存儲(chǔ)更多的數(shù)據(jù)，最關(guān)鍵的是通信協(xié)議簡(jiǎn)單，具有較高的安全性。

1.4 通風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)的礦井通風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由傳感器、傳感器節(jié)點(diǎn)、ZigBee協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)、監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)等部分構(gòu)成。其中，傳感器包括電量變送器、負(fù)壓傳感器、振動(dòng)傳感器以及溫度傳感器等?；赯igBee技術(shù)的網(wǎng)線網(wǎng)絡(luò)包含2類節(jié)點(diǎn)，分別為傳感器節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，前者的任務(wù)主要是對(duì)傳感器檢測(cè)得到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行初步整理并將其向外發(fā)送，協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)的作用是實(shí)現(xiàn)與傳感器節(jié)點(diǎn)之間的通信，并作為外部系統(tǒng)的接口，整個(gè)ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的發(fā)送、接收及其與上位機(jī)之間數(shù)據(jù)信息的交互。

基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的煤礦通風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖3所示。系統(tǒng)中利用溫度傳感器對(duì)通風(fēng)機(jī)和電機(jī)的軸瓦溫度進(jìn)行檢測(cè)，利用振動(dòng)傳感器對(duì)風(fēng)機(jī)軸承垂直和水平方向的振動(dòng)情況進(jìn)行檢測(cè)，利用負(fù)壓傳感器對(duì)通風(fēng)機(jī)的負(fù)壓和風(fēng)量大小進(jìn)行檢測(cè)。協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)與監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)之間利用串行接口進(jìn)行連接實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。傳感器節(jié)點(diǎn)有多個(gè)，協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)只有一個(gè)，它們之間構(gòu)成一個(gè)星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)中安裝有監(jiān)測(cè)預(yù)警軟件，可以對(duì)傳輸過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理和分析，一旦發(fā)現(xiàn)通風(fēng)機(jī)的狀態(tài)數(shù)據(jù)超過(guò)了系統(tǒng)設(shè)定的安全閾值，會(huì)立即向外發(fā)出安全預(yù)警，以提示工作人員及時(shí)進(jìn)行處理。

圖3 通風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)示意Fig.3 Overall structure diagram of ventilator monitoring system

2 主要硬件設(shè)計(jì)

2.1 主要傳感器選型

對(duì)于監(jiān)測(cè)系統(tǒng)而言，傳感器是非常重要的基礎(chǔ)硬件設(shè)施，需要利用傳感器對(duì)通風(fēng)機(jī)各種狀態(tài)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，采集的質(zhì)量和效率會(huì)對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行的效果產(chǎn)生重要影響。礦井通風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中結(jié)合實(shí)際情況選用的主要傳感器的型號(hào)及相關(guān)參量。①監(jiān)測(cè)指標(biāo)：電參量、溫度、振動(dòng)、負(fù)壓。②傳感器類型：電量變送器、鉑熱電阻傳感器、加速度傳感器、微壓變送器。③傳感器型號(hào)：JD1940-BS4I、PT100、HS-421、B0300。④輸出信號(hào)為4～20 mA。

2.2 無(wú)線節(jié)點(diǎn)模塊設(shè)計(jì)

(1)ZigBee芯片選擇。ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是一個(gè)非常廣泛的概念，可以結(jié)合具體應(yīng)用情況選用不同的硬件設(shè)施，進(jìn)而建立不同的通信方案。考慮到CC2430無(wú)線模塊使用的是8051處理器，該型號(hào)處理器的面世時(shí)間比較長(zhǎng)，經(jīng)過(guò)多次產(chǎn)品的迭代研發(fā)，目前該處理器具有優(yōu)良的性能。另外，8051處理器具有很好的兼容性，可以利用多種平臺(tái)和語(yǔ)言對(duì)其進(jìn)行開(kāi)發(fā)，方便監(jiān)測(cè)系統(tǒng)后續(xù)的軟件程序編寫[9]。CC2430無(wú)線模塊處理器為8051，屬于8位處理器，完全能夠滿足系統(tǒng)的需要，可編程閃存和RAM的大小分別為128 KB和8 KB，包含有最高14位的ADC轉(zhuǎn)換器接口，可以同時(shí)與多個(gè)傳感器進(jìn)行連接接收數(shù)據(jù)信息。

(2)無(wú)線節(jié)點(diǎn)模塊設(shè)計(jì)。選用的CC2430無(wú)線模塊屬于高度集成的芯片，芯片內(nèi)部已經(jīng)設(shè)置有大量的電路，包括ADC轉(zhuǎn)換、實(shí)時(shí)時(shí)鐘等。所以,基于CC2430無(wú)線模塊開(kāi)展無(wú)線節(jié)點(diǎn)模塊設(shè)計(jì)工作時(shí)，只需在此基礎(chǔ)上增加設(shè)置部分外圍電路即可。CC2430無(wú)線模塊原理如圖4所示。

圖4 CC2430無(wú)線模塊原理示意Fig.4 Schematic diagram of CC2430 wireless module

2.3 傳感器節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)

(1)傳感器節(jié)點(diǎn)整體結(jié)構(gòu)。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)如圖5所示，整個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)由多個(gè)部分構(gòu)成。其中，利用負(fù)壓傳感器和振動(dòng)傳感器檢測(cè)獲得的數(shù)據(jù)信號(hào)，經(jīng)過(guò)I/V轉(zhuǎn)換電路處理后可以與CC2430主控芯片進(jìn)行連接，溫度傳感器可以通過(guò)電橋測(cè)溫電路實(shí)現(xiàn)與芯片之間的連接。CC2430主控芯片內(nèi)部自帶有A/D轉(zhuǎn)換電路，上述傳感器檢測(cè)獲得的模擬量數(shù)據(jù)信息傳入到芯片內(nèi)部后，可以利用該電路對(duì)模擬量數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，獲得數(shù)字量信號(hào)后再進(jìn)行處理分析。外部傳感器接口的主要作用是實(shí)現(xiàn)傳感器與主控芯片之間的連接。另外還包括按鍵控制模塊、電源轉(zhuǎn)換模塊、天線接口模塊等。電源轉(zhuǎn)換模塊的作用是對(duì)電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換，選用的型號(hào)為BSD5-24D15，此模塊中選用的轉(zhuǎn)換芯片及放大器具體型號(hào)為L(zhǎng)M2576和LM324。按鍵模塊的作用是實(shí)現(xiàn)與協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)之間的通信控制，也可對(duì)無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行復(fù)位處理。

圖5 無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)框架Fig.5 Structural framework of wireless sensor nodes

(2)電壓轉(zhuǎn)換模塊。傳感器節(jié)點(diǎn)中包含有很多類型的硬件設(shè)施，不同類型硬件設(shè)施對(duì)供電電壓的需求量存在很大差異。為了適應(yīng)不同硬件設(shè)施的穩(wěn)定工作基本需要，要求設(shè)計(jì)電壓轉(zhuǎn)換電路對(duì)電壓大小進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以便提供不同形式的電壓。結(jié)合實(shí)際情況，設(shè)計(jì)的電壓轉(zhuǎn)換電路原理如圖6所示。

圖6 電壓轉(zhuǎn)換電路原理Fig.6 Principle of voltage conversion circuit

在通風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中負(fù)壓傳感器和振動(dòng)傳感器需要利用24 V直流電壓對(duì)其進(jìn)行供電，電源模塊BSD5-24D15需要用15 V電壓對(duì)地進(jìn)行供電，其他硬件設(shè)施，比如CC2430主控芯片需要利用3.3 V直流電壓對(duì)其進(jìn)行供電。基于以上實(shí)際情況，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)利用24 V直流電壓對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行供電，然后利用圖6的電壓轉(zhuǎn)換電路將24 V電壓轉(zhuǎn)換成15 V和3.3 V電壓，這樣可以很好地滿足不同硬件設(shè)施的供電需求。根據(jù)實(shí)際測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，利用該電路進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)可以將電壓的輸出精度控制在±1%以內(nèi)。

(3)電流輸出信號(hào)調(diào)理電路。為了滿足監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸需要，針對(duì)每個(gè)無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)都設(shè)置有多路溫度信號(hào)、振動(dòng)信號(hào)和負(fù)壓信號(hào)[10]?？紤]到CC2430主控芯片ADC采樣模塊只能對(duì)數(shù)字量信號(hào)進(jìn)行收集，但利用各類傳感器檢測(cè)得到的輸出信號(hào)均為4～20 mA的電流信號(hào)。因此，需要設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換電路將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成為電壓信號(hào)。監(jiān)測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換電路原理如圖7所示。利用該電流輸出信號(hào)調(diào)理電路可以將4～20 mA的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成為0～3 V的電壓信號(hào)，進(jìn)而被CC2430主控芯片進(jìn)行分析與處理。

圖7 監(jiān)測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換電路原理Fig.7 Principle of monitoring signal conversion circuit

2.4 協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)如圖8所示。協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)中選用的主控芯片與傳感器節(jié)點(diǎn)相同，即CC2430。還包括天線接口模塊、調(diào)試接口模塊、電源轉(zhuǎn)換模塊、串口模塊、按鍵控制和LED指示模塊等，其他模塊全部與CC2430主控芯片連接。電源轉(zhuǎn)換模塊選用的適配器為5 V，需要利用電源轉(zhuǎn)換芯片將5 V電壓轉(zhuǎn)換成為3.3 V電壓，以便對(duì)主控芯片進(jìn)行供電，其中電源轉(zhuǎn)換芯片的具體型號(hào)為AS1117-3.3 V。RS232/RS485串口模塊的作用是與監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)交互。本系統(tǒng)中串口模塊選用芯片型號(hào)為MAX3232E，芯片正常工作時(shí)需要利用3.3 V的電壓進(jìn)行供電?；赗S323/RS485通信協(xié)議能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)信息的高效傳輸，保證數(shù)據(jù)傳輸速率以及數(shù)據(jù)的安全和可靠。LED指示模塊的作用是對(duì)協(xié)調(diào)器的工作狀態(tài)進(jìn)行指示，以便工作人員能夠更好地掌握協(xié)調(diào)器的工作狀態(tài)。按鍵控制模塊的作用與傳感器節(jié)點(diǎn)中的按鍵控制模塊基本相同，就是對(duì)協(xié)調(diào)器與傳感器之間的通信過(guò)程進(jìn)行控制，并對(duì)各種硬件設(shè)施進(jìn)行復(fù)位處理。

圖8 協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)Fig.8 Structure of coordinator node

3 通風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

利用KingView 6.53軟件對(duì)通風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟件程序進(jìn)行開(kāi)發(fā)，利用該軟件平臺(tái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)的主要優(yōu)勢(shì)在于可以實(shí)現(xiàn)圖形化、可視化、直觀化數(shù)據(jù)信息的展現(xiàn)，能夠非常直觀地對(duì)通風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行顯示?；谀K化思想對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟件程序進(jìn)行設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，主要的畫面包括數(shù)據(jù)信息報(bào)表界面、監(jiān)測(cè)預(yù)警畫面、監(jiān)測(cè)報(bào)警畫面。在通風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件的預(yù)警界面中，可以看出整個(gè)畫面主要由兩大部分構(gòu)成，分別為通風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)示意圖和通風(fēng)機(jī)趨勢(shì)曲線。預(yù)警界面通過(guò)數(shù)據(jù)及其隨時(shí)間的演變曲線非常直觀地展示各個(gè)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)數(shù)據(jù)信息，工作人員通過(guò)預(yù)警畫面可以實(shí)時(shí)掌握通風(fēng)機(jī)各個(gè)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)的演變趨勢(shì)。

報(bào)警畫面的主要作用是一旦監(jiān)測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)通風(fēng)機(jī)某個(gè)位置存在安全隱患時(shí)，會(huì)通過(guò)該畫面發(fā)出報(bào)警，同時(shí)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行保存記錄，以便后續(xù)查詢使用。報(bào)警畫面以彈窗的形式出現(xiàn)，同時(shí)伴隨報(bào)警語(yǔ)音，工作人員對(duì)相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行處理完畢后才能將報(bào)警畫面確認(rèn)關(guān)閉。數(shù)據(jù)報(bào)表界面包含2種形式，分別為日?qǐng)?bào)表輸出和查詢報(bào)表輸出。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)每天會(huì)自動(dòng)生成日?qǐng)?bào)表進(jìn)行輸出保存，重點(diǎn)對(duì)報(bào)警記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，包括報(bào)警次數(shù)、時(shí)間以及具體問(wèn)題等。查詢報(bào)表輸出是根據(jù)工作人員實(shí)際需要針對(duì)性地輸出數(shù)據(jù)信息。

4 應(yīng)用效果

為了對(duì)上文研究的基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的煤礦通風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的性能進(jìn)行驗(yàn)證，將系統(tǒng)部署到煤礦工程實(shí)踐中，并對(duì)其各項(xiàng)性能進(jìn)行實(shí)踐測(cè)試。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)正式投入使用以后，各項(xiàng)功能均達(dá)到了預(yù)期效果，可以實(shí)時(shí)掌握礦井通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，徹底改變了礦井通風(fēng)機(jī)處于半失控狀態(tài)的局面。有了通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)信息后，設(shè)備運(yùn)維人員可以對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究，可以更加深入地掌握通風(fēng)機(jī)的工作狀態(tài)。更重要的是系統(tǒng)具備有安全預(yù)警功能，一旦發(fā)現(xiàn)通風(fēng)機(jī)狀態(tài)存在安全隱患時(shí)，會(huì)立即向外發(fā)出警報(bào)，提示工作人員及時(shí)采取有效措施進(jìn)行處理，避免小隱患引發(fā)大的安全事故?？傊?，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在煤礦通風(fēng)機(jī)中的成功實(shí)踐應(yīng)用，不僅降低了通風(fēng)機(jī)設(shè)備的運(yùn)行故障率，為企業(yè)節(jié)省了一定的設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)成本，產(chǎn)生了一定的經(jīng)濟(jì)效益。更重要的是提升了礦井通風(fēng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程的穩(wěn)定性和可靠性，為煤礦安全生產(chǎn)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，創(chuàng)造了較好的安全效益。

5 結(jié)論

以煤礦中使用的通風(fēng)機(jī)為對(duì)象，基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)建立了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，所得結(jié)論主要如下。

(1)選用ZigBee無(wú)線技術(shù)構(gòu)建無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，可更好地適應(yīng)礦井工作環(huán)境。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)利用傳感器對(duì)通風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，通過(guò)傳感器網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)以無(wú)線的形式輸送給協(xié)調(diào)器，進(jìn)而傳輸?shù)奖O(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)中進(jìn)行分析處理。

(2)電量變送器、鉑熱電阻傳感器、加速度傳感器、微壓變送器的型號(hào)分別為JD1940-BS4I、PT100、HS-421、B0300。ZigBee無(wú)線模塊的傳感器節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)中使用的主控芯片型號(hào)為CC2430。

(3)基于模塊化思想對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟件程序進(jìn)行設(shè)計(jì)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的畫面主要有實(shí)時(shí)監(jiān)控畫面、報(bào)警畫面和數(shù)據(jù)報(bào)表畫面，不同畫面可以實(shí)現(xiàn)不同功能。

(4)將設(shè)計(jì)的通風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)部署到煤礦工程實(shí)踐中，取得了較好的應(yīng)用效果，各項(xiàng)功能都得以實(shí)現(xiàn)，為煤礦企業(yè)創(chuàng)造了較好的經(jīng)濟(jì)效益和安全效益。