基于ZigBee的煤矿监控系统设计与实现
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科技・ 探索・ 争鸣
Ｓ ｃ 科 ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ＆ 技 Ｔ ｅ ｃ ｈ 视 ｎ ｏ ｌ ｏ Байду номын сангаас ｙ 界 Ｖ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ
基于 Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ 的 煤矿监控系统设计与实现
刘 兵 陈 衡 （ 淮 北职 业技 术学 院 电子信 息工 程 系 ， 安徽 淮北 ２ ３ ５ ０ ０ ０ ）
０ 引言
１ 系统设计 方案
基于Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ 的煤 矿监控 系统主要包括 Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ 传感 网络 、本地监 控终端 、 远程 监控终端 以及嵌 入式 网关 ４部分 ， 具体结构框 图如 图 １ 所示。
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Ｉ ： １ 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Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ网络协调器与 Ａ Ｒ Ｍ嵌 入式平台组成嵌入式 网关 ． 主 ４ 实 验测 试 要 负责本地 的监控主站 和远程 ［ ｎ ｔ ｅ Ｉ Ｔ Ｉ ｅ ｔ 监控 站与 Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ 传感 器 网络 为测试整个系统 的实际应用性能 ． 将设计的系统应用到某矿 的实 之 间的数据传输 际工作面 ． 在该采取安装 １ ５ 个Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ 终端节点设备 ． ５ 个路 由节点设 远程 ｌ ｎ ｔ ｅ ｍｅ ｔ 监控站 是用户通过 Ｉ ｎ ｔ ｅ ｍｅ ｔ 网络访 问 Ｗｅ ｂ Ｓ ｅ ｒ ｖ ｅ ｒ 服 备． 分别分布在采 区的各个 工作 面以及 巷道周围的各个位置 ， ｌ Ｏ 个工 务器的相关 网页 ． 从 而实现用户远程对井下环境进行监控和人员定位。 人每人携带一个 Ｚ ｉ ｇ ｂ ｅ ｅ 终端节点 发射模 块 ．在巷道 的不同位置 间行 ２ 系统 硬 件 设 计 走 经过实际应 用与测试 ． 各测量指标符合煤矿井下人员定位 的具体 要求 ． 同时也可以实时的将井下监测数据传输到监控主站。 本 文 所设 计 的系 统 硬 件 电路 主 要 包 括 主控 制 器 模 块 、 Ａ Ｒ Ｍ— Ｗｉ ｎ Ｃ Ｅ平 台、 无线 射频模块 、 传感器模块 和电源管理模 块等 ５ 部分共 ５ 结 论
【 摘 要】 针对煤矿井下安 全的实际需要 ， 针对煤矿 井下环境实时监测与人 员进行 定位 ， 设 计并且 实现利用 Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ 和 Ｗｅ ｂ Ｓ ｅ ｒ ｖ ｅ ｒ 技术相结 合的无线集 中监控 系统。该煤矿监控 系统信息的传输通过 Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ 进行无 线数据传输 ， 系统 由协调器节点、 路 由节点与终端节点组成 ， 各个终端 节点通过各 自唯一的 Ｉ Ｄ号与路 由节点进行数据传输 ． 再经过与路 由节点相连的矿下分站处理后通过 Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ将数据通过 无线传感 网络传输到 监控主站。 实际 实验表 明， 本系统 能够对井下工作人 员进行 实时稳定的定位和时井下整体环境的 实时监测 ， 具有较 高的实际应用价值。
【 ￣
］ Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ ； 无线传感网络 ； 监控 系统 ； 实时监测
本系统主要集成 了 Ｔ Ｘ Ｏ ０ ０ １ 热释红外检 测传感器 、 Ｓ Ｈ Ｔ １ ０ 温湿度 传感器 、 Ｍ Ｊ Ｃ ４ ／ ２ ． ８ Ｊ 型催化燃烧式 Ｃ Ｈ ４传感器和光敏传感 器 ，这些传 针对实际煤 矿井 下生产环境 中易燃 、 易爆 、 电磁环境和地质环 境 感器的信号输出可通过 Ｓ Ｔ Ｍ ３ ２ Ｆ ４ ０ １ 内部集成 的 Ａ ／ Ｄ模块实现数据 的 相 当复杂等情况 ． 使得井下安全稳定 的生产显得尤其重要。 因此 ， 对井 转换和处理。 下环境及人员 的实时监测就加必不 可少 ．本文采用 Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ 技 术构建 无线传感 网络实 现数 据的无线传输 ． 具有功率 消耗 小 、 维护方便 和数 ３ 系统 软 件 设 计 据传输 稳定等优 点 ， 能够提 高煤矿安全生产和灾前防治的效率。
本 文将 Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ 技 术与嵌入式技术相结合 ．设计基 于 Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ技术 的煤矿监控系统 ． 并通过实 际应用验证该系统 的有效性 和稳定 性。在 主控制器模块采用 ｓ Ｔ公司的具 有 Ｃ ｏ ｒ ｔ ｅ ｘ — Ｍ３内核 的 Ｓ Ｔ Ｍ３ ２ Ｆ ４ ０ １ 满足要 求的情况 下． 可准确 的对井下人员进行定位和井 下环境进 行监 微处理器 Ｓ Ｔ Ｍ３ ２ Ｆ ４ ０ ｌ与 Ｃ Ｃ ２ ５ ３ ０构成嵌入 式网关 ． 该网关可将数据 测。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 实 时传输 到上位机 ．并可通过 Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ无线传感 网络与各 下级节点进 行实时通信 ． 并且通过 Ｌ Ａ Ｎ总线将其接人局域网 ２ － ２ 无线射频模块 【 参考文献】 无线射频模块 由 Ｔ Ｉ 公司的 Ｃ Ｃ ２ ５ ３ ０ 作 为系统 的主控制器 ． 可实现 ［ １ ］ 葛 巍． 基于 Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ 和矿井 安全监测及 定位系统 的研 究与设 计［ Ｄ 】 ． 东 华大学， 定位功能 ． 根据接受的信号强度与其最近节点的参考位置坐标从而准 ２ ０ １ ３ ． 确计算 出测测人员该时刻的具体位置 Ｃ Ｃ ２ ５ ３ ０内部集成 ８ ０ ５ １内核 和 ［ ２ ］ 张义， 黄友锐， 刘聪美， 曲立 国， 凌六一， 陈珍萍， 葛平平． 基于 Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ 的煤矿安 全 Ｒ Ｆ收发模块 ．只要在其外围添加很 少的元器件 即可完成数据 的接 收 监测及定位系统设计ｆ Ｊ ］ ， 煤炭技术． ２ ０ １ ４ （ ４ ） ． 和发送 。 ２ ． ３ 传感器模块 ［ 责任编辑 ： 侯天 字］
Ｓ ｃ 科 ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ＆ 技 Ｔ ｅ ｃ ｈ 视 ｎ ｏ ｌ ｏ Байду номын сангаас ｙ 界 Ｖ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ
基于 Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ 的 煤矿监控系统设计与实现
刘 兵 陈 衡 （ 淮 北职 业技 术学 院 电子信 息工 程 系 ， 安徽 淮北 ２ ３ ５ ０ ０ ０ ）
０ 引言
１ 系统设计 方案
基于Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ 的煤 矿监控 系统主要包括 Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ 传感 网络 、本地监 控终端 、 远程 监控终端 以及嵌 入式 网关 ４部分 ， 具体结构框 图如 图 １ 所示。
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Ｉ ： １ 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Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ网络协调器与 Ａ Ｒ Ｍ嵌 入式平台组成嵌入式 网关 ． 主 ４ 实 验测 试 要 负责本地 的监控主站 和远程 ［ ｎ ｔ ｅ Ｉ Ｔ Ｉ ｅ ｔ 监控 站与 Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ 传感 器 网络 为测试整个系统 的实际应用性能 ． 将设计的系统应用到某矿 的实 之 间的数据传输 际工作面 ． 在该采取安装 １ ５ 个Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ 终端节点设备 ． ５ 个路 由节点设 远程 ｌ ｎ ｔ ｅ ｍｅ ｔ 监控站 是用户通过 Ｉ ｎ ｔ ｅ ｍｅ ｔ 网络访 问 Ｗｅ ｂ Ｓ ｅ ｒ ｖ ｅ ｒ 服 备． 分别分布在采 区的各个 工作 面以及 巷道周围的各个位置 ， ｌ Ｏ 个工 务器的相关 网页 ． 从 而实现用户远程对井下环境进行监控和人员定位。 人每人携带一个 Ｚ ｉ ｇ ｂ ｅ ｅ 终端节点 发射模 块 ．在巷道 的不同位置 间行 ２ 系统 硬 件 设 计 走 经过实际应 用与测试 ． 各测量指标符合煤矿井下人员定位 的具体 要求 ． 同时也可以实时的将井下监测数据传输到监控主站。 本 文 所设 计 的系 统 硬 件 电路 主 要 包 括 主控 制 器 模 块 、 Ａ Ｒ Ｍ— Ｗｉ ｎ Ｃ Ｅ平 台、 无线 射频模块 、 传感器模块 和电源管理模 块等 ５ 部分共 ５ 结 论
【 摘 要】 针对煤矿井下安 全的实际需要 ， 针对煤矿 井下环境实时监测与人 员进行 定位 ， 设 计并且 实现利用 Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ 和 Ｗｅ ｂ Ｓ ｅ ｒ ｖ ｅ ｒ 技术相结 合的无线集 中监控 系统。该煤矿监控 系统信息的传输通过 Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ 进行无 线数据传输 ， 系统 由协调器节点、 路 由节点与终端节点组成 ， 各个终端 节点通过各 自唯一的 Ｉ Ｄ号与路 由节点进行数据传输 ． 再经过与路 由节点相连的矿下分站处理后通过 Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ将数据通过 无线传感 网络传输到 监控主站。 实际 实验表 明， 本系统 能够对井下工作人 员进行 实时稳定的定位和时井下整体环境的 实时监测 ， 具有较 高的实际应用价值。
【 ￣
］ Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ ； 无线传感网络 ； 监控 系统 ； 实时监测
本系统主要集成 了 Ｔ Ｘ Ｏ ０ ０ １ 热释红外检 测传感器 、 Ｓ Ｈ Ｔ １ ０ 温湿度 传感器 、 Ｍ Ｊ Ｃ ４ ／ ２ ． ８ Ｊ 型催化燃烧式 Ｃ Ｈ ４传感器和光敏传感 器 ，这些传 针对实际煤 矿井 下生产环境 中易燃 、 易爆 、 电磁环境和地质环 境 感器的信号输出可通过 Ｓ Ｔ Ｍ ３ ２ Ｆ ４ ０ １ 内部集成 的 Ａ ／ Ｄ模块实现数据 的 相 当复杂等情况 ． 使得井下安全稳定 的生产显得尤其重要。 因此 ， 对井 转换和处理。 下环境及人员 的实时监测就加必不 可少 ．本文采用 Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ 技 术构建 无线传感 网络实 现数 据的无线传输 ． 具有功率 消耗 小 、 维护方便 和数 ３ 系统 软 件 设 计 据传输 稳定等优 点 ， 能够提 高煤矿安全生产和灾前防治的效率。
本 文将 Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ 技 术与嵌入式技术相结合 ．设计基 于 Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ技术 的煤矿监控系统 ． 并通过实 际应用验证该系统 的有效性 和稳定 性。在 主控制器模块采用 ｓ Ｔ公司的具 有 Ｃ ｏ ｒ ｔ ｅ ｘ — Ｍ３内核 的 Ｓ Ｔ Ｍ３ ２ Ｆ ４ ０ １ 满足要 求的情况 下． 可准确 的对井下人员进行定位和井 下环境进 行监 微处理器 Ｓ Ｔ Ｍ３ ２ Ｆ ４ ０ ｌ与 Ｃ Ｃ ２ ５ ３ ０构成嵌入 式网关 ． 该网关可将数据 测。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 实 时传输 到上位机 ．并可通过 Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ无线传感 网络与各 下级节点进 行实时通信 ． 并且通过 Ｌ Ａ Ｎ总线将其接人局域网 ２ － ２ 无线射频模块 【 参考文献】 无线射频模块 由 Ｔ Ｉ 公司的 Ｃ Ｃ ２ ５ ３ ０ 作 为系统 的主控制器 ． 可实现 ［ １ ］ 葛 巍． 基于 Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ 和矿井 安全监测及 定位系统 的研 究与设 计［ Ｄ 】 ． 东 华大学， 定位功能 ． 根据接受的信号强度与其最近节点的参考位置坐标从而准 ２ ０ １ ３ ． 确计算 出测测人员该时刻的具体位置 Ｃ Ｃ ２ ５ ３ ０内部集成 ８ ０ ５ １内核 和 ［ ２ ］ 张义， 黄友锐， 刘聪美， 曲立 国， 凌六一， 陈珍萍， 葛平平． 基于 Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ 的煤矿安 全 Ｒ Ｆ收发模块 ．只要在其外围添加很 少的元器件 即可完成数据 的接 收 监测及定位系统设计ｆ Ｊ ］ ， 煤炭技术． ２ ０ １ ４ （ ４ ） ． 和发送 。 ２ ． ３ 传感器模块 ［ 责任编辑 ： 侯天 字］