導(dǎo)語(yǔ)：無(wú)線傳感器與煤礦安全論文一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

一、煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)介紹

煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)該是一個(gè)功能完善結(jié)構(gòu)復(fù)雜的系統(tǒng)。該系統(tǒng)要具有對(duì)各類信號(hào)積累計(jì)量、開(kāi)關(guān)量、模擬量等進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，快速傳遞，完整保存，及時(shí)處理，清晰顯示，聲光報(bào)警，控制等功能。系統(tǒng)可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的一氧化碳，甲烷等氣體的濃度，井下的濕度，溫度，風(fēng)速以及礦井內(nèi)有無(wú)粉塵和煙霧進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。對(duì)于礦井下的各類設(shè)備可以進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控，比如打開(kāi)或關(guān)閉主通風(fēng)機(jī)，開(kāi)啟或關(guān)閉風(fēng)門。為了監(jiān)控甲烷濃度，一氧化碳濃度，風(fēng)速，累計(jì)產(chǎn)煤量，溫度，煙霧，饋電狀態(tài)，油門狀態(tài)，風(fēng)筒狀態(tài)，局部通風(fēng)機(jī)打開(kāi)和關(guān)閉，所以系統(tǒng)較為復(fù)雜，組成部分也比較多。系統(tǒng)包括主機(jī)、I/O接口電路、分站、無(wú)線傳感器、報(bào)警器、電纜、接線柜、電源箱等設(shè)備。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本組成單位是數(shù)量眾多的移動(dòng)或靜止的傳感器。傳感器是以多跳及自自組織的形式來(lái)構(gòu)建監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的。它的功能是對(duì)網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域內(nèi)的監(jiān)控對(duì)象進(jìn)行信息的測(cè)量、采集、傳送、處理，并報(bào)告給用戶。用戶接受到的數(shù)據(jù)其實(shí)是先由現(xiàn)場(chǎng)的傳感器探測(cè)到，數(shù)據(jù)匯合到匯聚節(jié)點(diǎn)后在通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送過(guò)來(lái)的。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的英文是WirelessSensorNetwork，簡(jiǎn)稱WSN。系統(tǒng)中使用了三大基礎(chǔ)技術(shù)，首先利用傳感器技術(shù)采集數(shù)據(jù)，然后利用通信技術(shù)傳輸信息，最后利用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行處理。煤炭監(jiān)控管理系統(tǒng)，無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸平臺(tái)和地面中心站這三個(gè)部分構(gòu)成了煤礦無(wú)線安全監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

（1）煤炭監(jiān)控管理系統(tǒng)：包括用戶使用的操作界面，網(wǎng)絡(luò)通訊的服務(wù)器以及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的服務(wù)器。

（2）無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸平臺(tái)：平臺(tái)使用的是像CDMA網(wǎng)絡(luò)這樣的無(wú)線公網(wǎng)。

（3）地面中心站：包括監(jiān)控主機(jī)、I/O接口、UPS電源、CDMA無(wú)線路由器、打印機(jī)、配套的監(jiān)控軟件、分站、溫度傳感器、風(fēng)速傳感器、煙霧傳感器、一氧化碳傳感器、瓦斯傳感器、設(shè)備開(kāi)停傳感器、遠(yuǎn)動(dòng)開(kāi)關(guān)等等各類設(shè)備組成。

二、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)

WSN技術(shù)具有非常良好的應(yīng)用相關(guān)性，其應(yīng)用相關(guān)性的優(yōu)越性很好即使是利用平臺(tái)構(gòu)建的系統(tǒng)也無(wú)法企及。一個(gè)性能完善的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)一般都要涉及多個(gè)不同學(xué)科，例如拓?fù)淇刂疲W(wǎng)絡(luò)協(xié)議和安全，數(shù)據(jù)融合等。在應(yīng)用WSN技術(shù)的希望達(dá)到使用小能量即可使系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定地工作，所以WSN技術(shù)應(yīng)用的重要目標(biāo)就是能效比要高。下面用一個(gè)圖形來(lái)反映WSN節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造。

三、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧

無(wú)線網(wǎng)絡(luò)要想構(gòu)建的好那么先決條件就是網(wǎng)絡(luò)協(xié)議建立的是否合理。五協(xié)議，三平臺(tái)架構(gòu)比較得合理，所以五層協(xié)議被九成的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)使用。五層協(xié)議包括：

(1)提供無(wú)線信號(hào)收發(fā)和信號(hào)轉(zhuǎn)換的物理層。

(2)支持媒體實(shí)時(shí)訪問(wèn)，數(shù)據(jù)成幀及幀檢測(cè)的數(shù)據(jù)鏈路層。

(3)負(fù)責(zé)路由器相關(guān)工作的網(wǎng)絡(luò)層。

(4)負(fù)責(zé)各類信息快速流通的傳輸層。

(5)為保障硬件系統(tǒng)正常工作而提供軟件支撐的應(yīng)用層。三平臺(tái)是：

(1)進(jìn)行能源配置的能源管理平臺(tái)。

(2)負(fù)責(zé)傳感器運(yùn)行的移動(dòng)管理平臺(tái)。

(3)進(jìn)行煤礦各項(xiàng)工作任務(wù)協(xié)調(diào)的任務(wù)管理平臺(tái)。

四、ZigBee介紹

ZigBee是IEEE802.15.4協(xié)議的代名詞。依據(jù)這個(gè)協(xié)議規(guī)定的是一種適用于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的通信技術(shù)，這種技術(shù)適用于較短的距離，功率消耗低是它的一個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)。ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（NetworkTopology）即網(wǎng)絡(luò)中各處的連接策略，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的形式有很多種。一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)是由協(xié)調(diào)器，路由器和終端設(shè)備等三類設(shè)備組織而成的。一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)可以最多使用的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫问胶芏?，主要以?shù)形，環(huán)形，星形，網(wǎng)狀為主，網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)數(shù)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況制定少則幾十個(gè)多則可達(dá)65536個(gè)。靈活的保證，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)可靠性的大大提高主要依靠網(wǎng)絡(luò)的自恢復(fù)能力，網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃砸搽S著數(shù)據(jù)路由的自由靈活組合而大幅度增強(qiáng)。這些特點(diǎn)使得它非常適合于對(duì)可靠性要求高的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)可以包括多個(gè)路由器和終端設(shè)備，而協(xié)調(diào)器只需要一個(gè)就夠了。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的建立、維護(hù)由協(xié)調(diào)器來(lái)負(fù)責(zé)，而路由器的作用是把最佳的路由器為數(shù)據(jù)選擇出來(lái)。標(biāo)準(zhǔn)的7層開(kāi)放式系統(tǒng)互聯(lián)（OSI）模型是ZigBee協(xié)議棧體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，但不需要對(duì)每層都進(jìn)行定義，定義的只是針對(duì)那些要涉及到的ZigBee層。實(shí)際應(yīng)用中七層中僅有物理層（PHY）和介質(zhì)接入控制層（MAC）兩層涉及其中，所以在設(shè)計(jì)時(shí)IEEE802.15.42003標(biāo)準(zhǔn)只定義了處于底部的這兩層。ZigBee聯(lián)盟已經(jīng)設(shè)計(jì)出網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層（API）這兩層的框架，無(wú)需再另外設(shè)計(jì)。其中，應(yīng)用層的框架結(jié)構(gòu)包括了ZigBee設(shè)備對(duì)象（ZDO），應(yīng)用支持子層（APS）和制造商開(kāi)發(fā)的應(yīng)用程序?qū)ο笕齻€(gè)部分。體系結(jié)構(gòu)如圖3所示：ZigBee的功能造成它使用上針對(duì)性較強(qiáng)，它可以使用在包括工業(yè)，農(nóng)業(yè)以及建筑等自動(dòng)化網(wǎng)的建設(shè)中。由于ZigBee中傳感器可以對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集和監(jiān)控，利用這個(gè)特點(diǎn)那么電力行業(yè)，礦山行業(yè)和物流行業(yè)等都可以成為ZigBee技術(shù)的用武之地。對(duì)所建網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)的各個(gè)區(qū)域內(nèi)的移動(dòng)目標(biāo)可以進(jìn)行良好定位是ZigBee技術(shù)的又一個(gè)特色，所以ZigBee技術(shù)在遙測(cè)方面也大放異彩。

將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用到煤礦的安全監(jiān)控系統(tǒng)中，可以實(shí)現(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)組建，傳感器數(shù)據(jù)的采集和傳遞。由于Zigbee技術(shù)成本很低，低復(fù)雜度，低功耗和自組網(wǎng)的特點(diǎn)，使得這個(gè)技術(shù)可以在煤礦安監(jiān)中廣泛應(yīng)用。

作者:朱珠單位:江西省冶金技師學(xué)院