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所示。
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图1系统结构框图
无线传感网络系统主要包括协调器节点、路由节点和终端节点
其中协调器节点负责整个无线传感网络的初始化与组网,并且路由节
点和终端节点会主动搜寻该网络并加入网络。
协调器节点分为主协调
器节点和移动协调器节点,其中移动协调器节点通过串口与手持终端
进行连接,实时监测井下环境的数据和用户的具体位置信息。
其中ZigBee网络协调器与ARM嵌入式平台组成嵌入式网关
实际应用表明,该系统在煤矿井下定位和环境监测方面将具有很。
2020.101概述煤炭作为重要的能源物质,煤炭可用于煤炭、冶金还原剂、发电等,为国民经济发展提供了支撑。
我国煤炭资源分布多在地表层下,开采煤矿需要开设矿井。
由于煤矿地质条件、矿金装备等技术条件限制造成矿难频繁发生。
如何监测煤矿是当前急需解决的技术难题。
目前煤矿监测系统研究主要有顾建疆针对矿井瓦斯监测传感器布线制约、调校周期短等因素造成信号丢失率高问题,设计了一种无线传感器系统。
将系统应用到矿井中,应用结果表明所设计的系统降低了信号丢失率问题。
莫莉针对煤矿井下弯道多、倾斜度高等问题,使用ZigBee 无线传感器网络进行了煤矿监测管理系统设计,实现了甲烷、一氧化碳等数据传输,测试结果表明所设计的系统能够准确监测到井下甲烷、一氧化碳数据,误差在2.22%,满足工程要求。
目前研究多进行硬件设备升级研究,关于井下大数据监测研究较少,将在现有ZigBee 无线传感器的煤矿监测管理系统中增加大数据管理技术从而实现更精准数据分析。
2煤矿监测管理系统需求分析煤矿监测管理系统包含功能有:设备管理、定位管理、人员管理、监测数据管理、系统管理。
基于无线传感器煤矿监测管理系统中有大量的无线传感器,为了方便管理这些传感器,在系统中建立了设备管理模块,主要用于无线传感器设备信息添加、无线传感器设备信息修改、无线传感器设备信息查看、无线传感器设备信息删除;定位管理主要是煤矿定位信息进行管理,包括定位信息添加、定位信息查看、定位信息删除、定位信息修改;人员管理包括人员信息添加、人员信息修改、人员信息删除、人员信息查看;监测数据管理包含监测数据传输、监测数据查看、监测数据挖掘、监测数据备份;系统管理包含系统配置信息管理、系统数据备份管理、系统数据还原管理。
3煤矿监测管理系统设计与实现3.1硬件设计基于ZigBee 无线传感器的煤矿监测管理系统通信协议使用ZigBee 无线技术,非常适合矿井数据监测。
所设计的无线ZigBee 无线监测管理系统如图1所示。
第3期 2008年6月工矿自动化 Industry and Mine Automation No.3 J un.2008 技术进步文章编号:1671-251X (2008)03-0041-03基于ZigB ee 无线传感器网络的煤矿监测系统设计魏作辉1, 艾惠明2(1.龙煤矿业集团鹤岗分公司新陆煤矿,黑龙江鹤岗 154103;2.天地(常州)自动化股份有限公司,江苏常州 213015) 摘要:文章介绍了基于ZigBee 无线传感器网络的煤矿监测系统的结构组成、适用于煤矿井巷环境的ZigBee 无线传感器网络拓扑结构及网络节点的构成、软硬件设计等。
凭借基于ZigBee 技术的无线传感器网络节点可移动、组网快速简单、成本低、网络易维护等特点,该监测系统有着很大的推广应用价值。
关键词:煤矿;监测系统;无线传感器网络;节点;ZigBee ;CC2420 中图分类号:T D655/672 文献标识码:BDesign of Mine Monitoring System Based on ZigBee Wireless Sensor NetworkWEI Zuo 2hui 1, A I Hui 2ming 2(1.Xinlu Coal Mine of Hegang Branch of Longmei Mining Group ,Hegang 154103,China.2.Tiandi (Changzhou )Automation Co.,Lt d.,Changzhou 213015,China ) Abstract :The paper introduced st ruct ure of mine monitoring system based on ZigBee wireless sensor network ,topology of t he ZigBee wireless sensor network which is adapted to environment of coal mine un 2derground and composing ,software and hardware design of t he network node.The monitoring system has great applicatio n value in mine by right of characteristics of ZigBee wireless sensor network ,such as node movable ,rapid and simple in networking ,low co st ,easy maintenance.K ey w ords :coal mine ,monitoring system ,wireless sensor network ,node ,ZigBee ,CC2420收稿日期:2008-01-15作者简介:魏作辉(1981-),男,毕业于吉林省辽源煤校,现在龙煤矿业集团鹤岗分公司新陆煤矿从事煤炭电子信息方面的工作。
0 引言随着微电子技术、数字技术和无线通信技术的发展,研制开发煤矿井下低成本、低功耗、小体积、短距离无线通信的多功能传感器网络成为可能。
Zig 2Bee 技术是一种用于短距离范围内、低传输速率下的各种电子设备之间的无线通信技术。
以ZigBee 技术为通信平台构建的的网络,布点灵活,可根据井下实际情况布置、更换监测点,弥补了有线传感器网络布点不够灵活的缺陷;可设置路由协议,布点时不再需要专门的工程技术人员,只需在一定的距离条件下布点,便可进行有效的监测。
据此,笔者提出了一种基于ZigBee 无线传感器网络的煤矿监测系统的设计方案。
1 网络结构基于ZigBee 无线传感器网络的煤矿监测系统结构如图1所示。
该监测系统由地面控制中心和无线传感器网络组成。
其中,地面控制中心由计算机监测中心和数据集中器组成,计算机通过数据集中器接收井下采集的数据、向下发送控制信息,并处理、显示实际采集的数据及数据变化的曲线等,如果有险情,则发布报警信息。
无线传感器网络则由许多井下信息监测站(节点)构成。
由于矿井巷道一般比较长、呈线状,因此,网络拓扑结构选择平面树型结构,地面控制中心和井口好比树根,巷道就象是树枝,监测站则是树叶或分枝点。
随着新巷道的挖掘,拓扑结构可以不断拓展,监测站也可以不断地延伸下去。
树型网络拓扑结构如图2所示。
图1 基于ZigBee无线传感器网络的煤矿监测系统结构图图2 树型网络拓扑结构图 每个监测站在网络内都有属于自己的唯一的地址。
该地址由线路号和编号2个部分组成,两者均用十进制表示,各2位,每位从0到9,即线路号和编号地址范围为0～99。
十进制与二进制的转换采用8421BCD 码,每个地址占用2B 。
0分配给了地面控制中心,全1为广播地址。
2 节点的设计2.1 节点构成传感器节点一般由数据采集单元、数据处理单元、数据传输单元和电源管理单元等功能模块组成,如图3所示。
数据采集单元负责采集监视区域的信息并完成数据转换,采集的信息包含瓦斯、一氧化碳、煤尘等;数据处理单元负责控制整个节点的处理操作、功耗管理以及任务管理等;数据传输单元负责与其它主控节点进行无线通信、交换控制消息和收发采集数据;电源管理单元选通所用到的传感器。
图3 传感器节点结构图2.2 数据传输单元的设计数据传输单元中,无线传输控制器选用低功耗的MSP430F147,射频芯片选用CC2420。
CC2420是Chipcon 公司推出的首款符合2.4GHz IEEE 802.15.4标准的射频收发器,也是第一款适用于ZigBee 产品的RF 器件。
它基于Chipcon 公司的Smart RF 03技术,以0.18μm CMOS 工艺制成,只需极少的外部元器件,性能稳定且功耗极低。
CC2420的选择性和敏感性指数超过了IEEE 802.15.4标准的要求,可确保短距离通信的有效性和可靠性。
利用该芯片开发的无线通信设备支持数据传输速率高达250kbp s ,可以实现多点对多点的快速组网。
其典型应用电路如图4所示。
图4 CC2420典型应用电路图 CC2420可以通过4线SPI 总线(SI 、SO 、SCL K 、CSn )设置芯片的工作模式,并实现读/写缓存数据、读/写状态寄存器等。
通过控制FIFO 和FIFOP 管脚接口的状态可设置发射/接收缓存器。
在SPI 总线接口上进行的地址和数据传输大多是MSB 优先。
CC2420片内有33个16Bit 状态设置寄存器,在每个寄存器的读/写周期中,SI 总线上共有24Bit 数据,分别为:1Bit RAM/寄存器选择位(0:寄存器,1:RAM ),1Bit 读/写控制位(0:写,1:读),6Bit 地址选择位,16Bit 数据位。
在数据传输过程中,CSn 必须始终保持低电平。
另外,通过CCA 管脚状态的设置可以控制清除通道估计,通过SFD 管脚状态的设置可以控制时钟/定时信息的输入。
这些接口必须与微处理器的相应管脚相连,从而实现系统射频功能的控制与管理。
2.3 节点软件设计图5为节点数据发送流程图,其中最关键的部分是对数据的采集判断:如果数据没有异常则发送正常信息;如果有1个数据超标,则发出相应的报警信号;同时也可以监测信息变化的过程,实时地传输・24・工矿自动化2008年6月 采集的数据。
这些都可以由控制中心的具体指令控行控制。
如果当前没有新的指令,就按照上次指令要求工作。
图5 节点数据发送流程图3 结语本文介绍了一种基于ZigBee无线传感器网络的煤矿监测系统。
凭借基于ZigBee技术的无线传感器网络节点可以移动、组网快速简单、成本低、网络易维护等特点,该监测系统在矿井中有着很大的推广应用价值。
参考文献:[1] 原 羿,苏鸿根.基于ZigBee技术的无线网络研究[J].计算机应用与软件,2004,21(6):89～91.[2] 林 炜,吴 健.基于CC2420的ZigBee无线网络系统的实现[J].计算机应用与软件,2005,18(12):34～37.[3] 邵清亮,张芝贤,张振川.基于Ad hoc技术的矿井无线传感器网络的研究与设计[J].工矿自动化,2006(5): 15～18. 第3期 2008年6月工矿自动化 Industry and Mine Automation No.3 J un.2008 文章编号:1671-251X(2008)03-0043-03便携式矿用钢丝绳张力测试仪的设计王 昆1, 樊兆峰2(1.兖矿集团通讯计算中心,山东邹城 273500;2.徐州工程学院,江苏徐州 221008) 摘要:文章介绍了一种基于单片机μPSD3334的钢丝绳张力测试仪的设计,给出了仪器的硬件电路和软件流程图。
该仪器适用于测试煤矿多绳提升钢丝绳的张力及其张力差。
关键词:矿用钢丝绳;张力测试仪;便携式;μPSD3334 中图分类号:T D633 文献标识码:BDesign of a Portable Tester for Tension of Mine2used Wire RopeWAN G Kun1, FAN Zhao2feng2(munication and Comp uter Center of Yankuang Group Co.,Ltd.,Zoucheng273500,China.2.Xuzhou Instit ute of Technology,Xuzhou221008,China) Abstract:The paper int roduced design of a kind of tester for tension of mine2used wire rope based on μPSD3334,and gave hardware circuit and software flow chart of t he tester.The tester used for measuring tension of wire rope of multi2rope lifting of coal mine and tension difference between wire ropes.K ey w ords:mine2used wire rope,tester of tension,portable type,μPSD33340 引言对多绳摩擦提升系统,每根钢丝绳的张力以及各绳的张力差是保证提升机正常运行的重要参数。
《煤矿安全规程》第423条也规定“任一根提升钢丝绳的张力与平均张力之差不得超过±10%”,所以,设计研制出专门的仪器测量钢丝绳的张力差是非常收稿日期:2008-02-18有意义的。
