基于ZigBee技术的矿井安全综合监测系统设计

无线网络化ＺｉｇＢｅｅ技术在矿井监控中的应用　

汪亚霖文方　（贵州大学电气工程学院，贵州贵阳５５０００１）　

摘要：为了改变当前国内落后的煤矿安全监测技术，解决煤矿安全监测中遇到的困难，一种基于ｚｉ邸ｅｅ协议　的无线通信技术的无线传感器网络的矿井环境安全监测系统应运而生。文章对无线通信技术ｚｉ邸ｅｅ进行了介　绍，对ｚｉｇＢｅｅ协议标准进行了研究分析，重点对ｚｉｇＢｅｅ网络的组网进行剖析，综述了采用ＣＣ２４３０完成瓦斯　浓度及温湿度检测系统的设计方案。　关键词：煤矿安全；无线传感网络；Ｚｉ邸ｅｅ技术；ＣＣ２４３０　中图分类号：ＴＰ３９３　文献标识码：Ａ　文章编号：１００９—２３７４（２０１２）１７—００６８—０３　

为了改变当前国内落后的煤矿安全监测技术，　解决煤矿安全监测中遇到的困难，设计了一种基于　

ＺｉｇＢｅｅ协议的无线通信技术的无线传感器网络的　矿井环境安全监测系统。利用无线传感器网络在煤　

矿安全监测中的优势，实现对矿井下瓦斯浓度以及　

温湿度数据的采集与实时监测。本课题采用的是基　

于ＩＥＥＥ８０２．１５．４／ＺｉｇＢｅｅ标准的无线传感器网络技　

术，具有自组织、低成本、较低的传输延时和极低　的功率消耗等特点，弥补了有线监测对线路依赖性　

强的局限。因此无线矿井监测系统具有实际研究价　

研究［ＪＪ．测绘与空间地理信息，２００９，３２（３）．　［３］崔铁军．数字地图制图中的地图数据处理方法Ⅱ］．解放　军测绘学院学报，１９９９，（１）．　【４】郭庆胜，任晓艳．智能化地理信息处理［Ｉ　．武汉：武汉　大学出版社，２００３．　［５】Ｋ．Ａ．ＢＡＩＮ，Ｊ．Ｒ．Ａ．ＧＩＬＥＳ．Ａ　Ｓ￣ｎｄａｒｄ　Ｍｏｄｅｌ　ｆｏｒ　Ｓｔｏｒａｇｅ　ｏｆ　Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｍａｐ　Ｄａｔａ［３３．Ｃｏｍｐｕｔｅｒｓ＆Ｇｅｏｓｃｉｅｎｃｅｓ，１９９７，　２３（６）．　【６】李德仁．论ＧＩＳ技术的主要发展趋势【『］．中国测绘报，　２００３，（４１　【７】余涛平，闫利，谢智颖，左小清．空间移动信息服务客户　端实现［Ｉ］．武汉大学报，２００３，２８（１）．　［８】　张红军．基于３Ｇ技术的小型车辆监控系统Ⅲ．全球定　位系统，２００５，（１）．　

・４２・　煤矿机　电　２０１３年第６期　

基于ＺｉｇＢｅｅ无线传感器网络的煤矿安全监测系统术　

谭小艳　，杨波　，史晏廷　，李锦川Ｉ　

（１．山东科技大学信息与电气工程学院，山东青岛２６６５１０；２．东北电力大学电气工程学院，吉林吉林１３２０１２）　

摘　要：　针对目前煤矿安全监测不足的现状和传统有线监测的弊端，结合ＺｉｇＢｅｅ技术，提出了一　种基于无线传感器网络的煤矿安全监测系统。介绍了系统总体设计，重点讨论了基于ＣＣ２５３０的　

系统各节点的硬件设计，给出了各节点的程序流程及监测主机软件设计。该系统能有效解决我国　现阶段煤矿安全检测中存在监测盲区、实时性差、成本高等问题，对事故的预防和提高煤矿井下安　全监测的效率，具有良好的实用价值和发展前景。　

关键词：　无线传感器网络；ＺｉｇＢｅｅ协议；ＣＣ２５３０芯片；煤矿安全监测系统　中图分类号：ＴＮ９２６　文献标识码：Ａ　文章编号：１００１—０８７４（２０１３）０６—００４２—０５　

Ｃｏａｌ　Ｍｉｎｅ　Ｓａｆｅｔｙ　Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＺｉｇＢｅｅ　

Ｗｉ　ｒｅｌｅｓｓ　Ｓｅｎｓｏｒ　Ｎｅｔｗｏｒｋ　

Ｔａｎ　Ｘｉａｏｙａｎ　，　Ｂｏ　，Ｓｈｉ　Ｙａｎｔｉｎｇ　，Ｌｉ　ｊｉｎｃｈｕａｎ　（１．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ］ｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｑｉｎｇｄａｏ　２６６５　１０，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎｏｒｔｈｅａｓｔ　Ｄｉａｎｌｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｌｉｎ　１３２０１２，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：　Ｉｎ　ｖｉｅｗ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｒａｗｂａｃｋｓ　ｏｆ　ｓａｆｅｔｙ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｉｎ　ｃｏａｌ　ｍｉｎｅｓ，ｕｓｉｎｇ　ＺｉｇＢｅｅ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｐｒｏｐｏｓｅｓ　ｔｈｅ　ｓａｆｅｔｙ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ｓｅｎｓｏｒ　ｎｅｔｗｏｒｋ．Ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｏｖｅｒａｌｌ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ，ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ　

基于Zigbee技术的井下人员定位系统

介绍了一种基于Zigbee技术的井下人员定位系统。通过分散信号收发器对信号的采集收发,再经数据检测分站传输到地面控制总站以完成井下的人员、设备定位,以提高安全作业、遇险获救的系数。

标签：Zigbee;定位系统;分散信号收发器;数据检测分站

煤矿安全生产一直是各部门各煤矿生产企业最为关心的一个问题。如何提高安全生产系数,实现高效、及时、准确的安全监管,在事故发生是,保证抢救受困人员,降低人员伤亡是亟待解决的一大课题。本文介绍的基于Zigbee技术的井下人员定位系统即是通过时兴的无线通信技术,将井下生产作业情况、人员设备的具体位置信息及时准确反馈到地面控制系统上,既能有效排除安全生产隐患,又能在事故发生时,及时掌握井下具体情况,使救援抢险工作有的方式。

1 Zigbee技术

ZigBee是一种新兴的无线网络技术,短距离、低速率、低功耗。Zigbee无线网络系统配置主动式射频卡,能主动发送数据给读写器,系统由可多到65000个无线数传模块组成,每一个模块可相当于一个基站,在整个系统范围内,它们之间可以进行相互通信。因此,每个网络节点间的通信距离经扩展后可以实现几百米,甚至几公里。

在节能省电方面,一个模块使用两节普通五号电池可支持长达12个月的时间;在高可靠性方面,采用碰撞避免机制,避免了发送数据时的竞争和冲突;从响应时间上,从睡眠转入工作状态约15ms,节点连接网络约30ms;在保密性方面,采用通用的AES-128加密算法,且具备64位出厂编号。

2 利用Zigbee技术的井下人员定位系统

经过实地观测,在井下作业的各个工区通道内安置若干个信号发生器,即Zigbee网络系统的各个节点,再根据数据检测分站的情况完成网络布线,与地面上位机控制系统联网。当配备安装了信号感应器的井下工作人员在各个通道内工作时,被安置在各处的信号发生器感应到,三个以上信号发生器通过测将获取信息传到控制中心的计算机上,根据具体的定位算法即可计算出具体位置,并在上位机系统的控制界面中显示出来。系统将井下各工作面的监测情况显示出来之后,既可

２０１２年第５期　（总第１２１期）　信息通信　

ＩＮＦＯＲＭＡＴＩｏＮ＆ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩｏＮＳ　２０ｌ２　（Ｓｕｍ．Ｎｏ　１２１）　

基于ＺｉｇＢｅｅ煤矿监测系统的智能传感器设计　

饶美丽　，李雪岩　，徐增勇　（１．郑州科技学院电气工程学院，河南郑州４５００６４；２．四川省煤田地质工程勘察设计研究院，四川成都６１００７２；　３．河南交通职业技术学院汽车学院，河南郑州４５０００５）　

摘要：针对传统煤矿监测系统存在的问题，提出了基于ＺｉｇＢｅｅ技术的无线监测系统解决方案。首先重点阐述以ＣＣ２４３０　芯片为核心的智能传感器节点硬件设计，然后介绍了节点的软件设计思路。　关键词：ＺｉｇＢｅｅ；煤矿监测系统；ＣＣ２４３０　中图分类号：ＴＤ７６；ＴＰ２９　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７３－ｌ１３１（２０１２）０５—００５３—０２　

０引言　

目前煤矿监测系统多数采用的是有线的信号传输方式，　

这使监测系统移动性差，设备安装的局限性大，在煤矿井下很　多区域监测受到限制。以瓦斯为例，现有的监测系统很难对　

采空区、综采工作面等瓦斯气体大量聚集的区域实时监测。针　

对目前有线网络很难动态地、全方位地监测的问题，提出了基　

于ＺｉｇＢｅｅ技术的无线监测系统解决方案。　

ＺｉｇＢｅｅ是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低　

成本、高可靠性的无线网络技术，能够实现对一些短距离、特　

殊场合下的环境参数检测和对工作人员进行实时跟踪。在　ＺｉｇＢｅｅ无线传感器网络中，支持全功能设备（ＦＦＤ）和精简功能　

设备（ＲＦＤ）两种类型的物理设备。按照节点类型分为三种节　点：主节点、路由节点以及终端节点。主节点就是协调器，必须　

由一个ＦＦＤ构成，它是网络的核心，负责建立一个网络并下发　地址。路由节点也是一个ＦＦＤ，搜索网络并加入，给加入路由　

的终端节点分配地址。路由节点仅是网络中的一个无线收发　

器，它负责转发通讯和维护网内路径。终端节点是网络中最简