ZigBee无线传感器网络在瓦斯监测系统中的应用
浅谈无线传感器网络在瓦斯监测中的应用
区。
２ 无线 传感 器 网络 在 瓦斯 监测 系统 中的应 用 状
况
２１ 无线传感器网络的功能 ． 无线传感器 网络应用 于煤 矿的瓦斯 监测 系统 ， 主要发挥 以 下两种功能 ： 意识实时监测矿井 种的瓦斯 气体浓度 ； 二是在煤
计算 机 光盘软 件 与应用
工程技术 Ｃ ｍ ｕ ｅ Ｄ Ｓ ｆｗ ｒ ｎ ｐ ｌ ｃ ｔ ｏ ｓ ｏｐ ｔｒ Ｃ ｏ ｔａ ｅ ａ ｄ Ａ ｐ ａ ｉｎ ｉ ２１ ０ ２年第 １ 期 ５
浅 谈 无线 传 感 器 网络 在 瓦 斯 监 测 中 的应 用
刘 哲 ，史好好 （山东省岱庄生建煤 矿生计科 ，济 宁 ２ ７ ０ ７６ ６）
１ 无 线传 感 网络 技 术 的优 势
监 测。 即使矿 井的结构被破坏 ， 网络依然能够通过 自我修复将 信 息及 时传 递出来。 （） ４ 如果将传感器节 点放 置在矿工 的身上或者是机械上 ， 就可 以对采 掘面进行监测 ，收集 到相关信 息， 从而避免 了监测 （ ）布线 工作 复杂 ，劳动 强度 高。 １ （ ）相对 来说 ，监 测点 比较 固定，所 以容 易产 生监测盲 盲区的 出现 ，进 而使 得监测系统 的信息全面性有保障 。 ２
中图分类号：Ｔ ７ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０－ ５９ ２１ １－ １４ ０ Ｄ６ ０７ ９９ （ ２ ５ ０６－ ２ ０）
煤矿 的生产安全影 响到我 国国民生产 的发展 。 在煤矿 企业 的运作过程 中， 瓦斯事故带来 的危害最大 ， 而且有着最高的死 亡率 。 瓦斯涌 出状况大 多数发生在采掘面 ， 而 这就使煤矿的瓦 斯监测 工作变 得困难起来 。 而无线传感 网络技术成为解决这一 难题 的突破 口。 文章讨论 了无线传感 网络技术 的优势和实际应 用，并提出了煤矿 企业的瓦斯检测系统建设方案 。
无线传感技术在煤矿瓦斯监测系统中的应用
无线传感技术在煤矿瓦斯监测系统中的应用摘要：瓦斯事故是煤矿五大灾害之一，在煤矿各类重大、特大事故中所占的比重最大。
一次瓦斯爆炸事故，不仅造成大量的人员伤亡而且造成巨大的经济损失。
因此加强煤矿瓦斯的监测对实现安全生产、保障职工安全、提高生产效率具有重要意义。
基于此，本文详细探讨了无线传感技术在煤矿瓦斯监测系统中的应用，旨在实现煤矿企业安全一体化管理，避免了不必要的人员和财产损失。
关键词：无线传感技术；煤矿瓦斯监测系统；应用瓦斯是我国煤炭生产面临的主要问题之一，瓦斯监控可以实现对矿井瓦斯的实时监测，在瓦斯事故预防工作中起着重要作用，在煤矿进行布置瓦斯传感器可以实现对采煤工作面、掘进工作面等瓦斯重点防治区域的监测，同时可以实现对井下机电硐室、避难硐室、材料库等重点位置的瓦斯监控，井上监控中心监控主机中可以将井下设定的瓦斯监测点的瓦斯浓度进行显示，但是现阶段采用的瓦斯监控以及预警体系存在传感器校准不及时、信息传递丢失、监测数据利用不充分等问题。
随着物联网技术、无线网络传输技术以及移动动态监测技术的推广发展，为矿井瓦斯监控提供了更多的可以选择方向。
1 无线传感技术简介目前研究较多的井下无线传感器网络都采用无线传感器网络技术（ZigBee）。
ZigBee 的优势是自组无线网络，表面上看不需要布线，可以通过无线自组网方式来传输数据，但在实际使用中，它需要很多传感器节点，形成多路由，然后选择其中一个最佳路由多跳传输，最后到达主节点。
由于在煤矿井下巷道结构非常复杂，存在很多分支、拐弯、上下山、起伏、硐室等，不可能布设大量的无线传感器节点，而且井下环境很差，供电也不方便，因此在井下布置很多无线传感器节点很难维护，不现实。
并且无线信号在井下传输困难，容易受到人员、车辆、物体的遮挡，遇到很多分支、拐弯、起伏、进入硐室等情况时信号就会中断，因此靠自组网技术在井下复杂的巷道条件下传输无线信号是很难实现的，也是极其不可靠的。
基于ZigBee技术的矿井瓦斯监测系统设计
基于ZigBee技术的矿井瓦斯监测系统设计作者：董春阳来源：《电子技术与软件工程》2015年第02期本文针对矿井布线复杂和维护困难的特点，结合当前的ZigBee无线传感器网络技术，提出一种基于ZigBee技术煤矿瓦斯浓度无线传感器监测网络系统的方案。
介绍了监测节点和接收节点的软硬件设计，利用Delphi开发了上位机监测界面，提出一种给出一种低成本、免布线、完整的矿井中瓦斯浓度监测系统的实现方案。
【关键词】ZigBee技术瓦斯监测 CC2430 驱动程序上位机软件目前绝大多数的煤矿监测系统都采用有线方式，即采用光缆、电力线缆或信号线缆等，存在着很大的不便，本文作者通过目前较流行的无线传感器网络，与煤矿瓦斯监测系统相结合，提出了一种与无线传感网络相结合的新型煤矿瓦斯监测系统设计方案，该系统还具有低功耗，能够提供成本低、见效快、高效率的数据传输平台.该系统采用了无线的方式，既避免了铺设线路的麻烦也降低了成本，而且还具有便捷、易于校正的优点。
1 无线传感器网络概述无线传感器网络包括传感器节点、监测对象和观测者。
传感器节点通常由硬件和软件组成。
硬件部分通常由微控制器模块、数据采集模块、射频模块和电源模块组成。
软件部分主要是驱动硬件按照预期的任务有条不紊的工作，传感器节点的软件程序通常由ZigBee协议栈和相关驱动程序组成。
无线传感网络中的观测者既可以主动的查询或接收该网络采集的信息，也可以被动的接收，是WSN的用户也是感知信息的接收者和应用者。
观测者通过对这些信息进行分析、处理，可以知道检测对象所处的状态从而对其采取相应的行动。
WSN的感知对象可以是观测者所重视的对象，如军事装备、有污染的气体、动物等。
感知对象一般通过数字量来表征，如湿度、温度、气体浓度等。
一个对象可以被多个网络感知。
一个无线传感器网络也可以感知网络覆盖范围内的多个对象。
无线传感器网络相比传统网络具有的特点：（1）有限的资源。
（2）使用范围广。
基于ZigBee技术井下瓦斯无线监测系统的设计
46工业安全与环保2013年第39卷第6期I ndust r i al Saf e t y a nd Envi r onm e nt al Pr o t ect i on June2013基于Zi gB ee技术井下瓦斯无线监测系统的设计袁志强(宜春学院物理科学与工程技术学院江西宜春336000)摘要以，11公司的C C2530zi gse e芯片为核心单元，采用Z l r,B傥无线通信协议，设计了一种实用、安全、可靠的煤矿瓦斯无线监测系统。
设计具有移动性强、数据传输稳定和成本低等优点。
关键词Z i s B ee无线监测煤矿瓦斯D es i gn of M i l l e W i r e l es s Syst em f or G as M oni t or i ng B as ed on Zi gB ee Technol ogyY U A N Zhi qi a ns(D epart m ent of E l ect r oni cs and Info嘲of l rw hun U ni ve r si t y Ft dm n，Ji angxi336000)A b s t r act1he paper de si gns a us ef ul，sa f e a nd r el i abl e w i r el es s sys t em f or gas m oni t or i ng i n m i ne，t a ki ng ch i p C C2530Z i s B∞of T I C om pany as t he P o r e uni t a nd u萄ng t he w i r e l e88com m uni cat i on pr ot o col of Zi sB ee．T he de si gn ha s t he m er i t sof st r ong m ob i l i t y，r e l i ab l e t r ans m i s si on a nd l ow cos t．K e yW or ds Zi g B ee w i r el ess m oni t or i ng m i n e gas0引言许多大型煤矿的开采深度和规模不断扩大，有线监测系统成本高，施工周期长，受外界因素影响较大且不容易拓展，很难准确、实时、全面地监测瓦斯芯片设计了一种安全、实用、易扩展的井下瓦斯无线监测系统。
Zigbee无线传感网络在煤矿瓦斯监测系统的设计实现
传感器节 点 作 为无 线 传 感 网络 的核 心 ， 由 传 感 器 模
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ － ０ ５ — ０ ２ 作者简介 ： 孙婷婷（ １ ９ ８ ４ 一 ） ， 女， 安徽淮北人 ， 淮 北 职 业 技 术 学 院 助教 。研 究 方 向 ： 计 算网络 ； 瓦斯 监 控 ； ｚ ｉ ｇ ｂ ｅ ｅ ； 节 点
中 图分 类 号 ： Ｔ Ｄ ７ １ ２ ． ５ ５ ＴＤ ６ ７ ６
文献 标 识 码 ： Ａ
文章编号 ： １ ６ ７ １ — ８ ２ ７ ５ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ４ — ０ １ ２ ４ — ０ ２
０ 引 言
随着经济额发 展 ， 现代 化建 设 步伐 的加 快 ， 能 源 的 需
求量加大 ， 对 煤 炭 的开 采 量 也 日益 增 大 。 煤 矿 事 故 频 发 ， 国 家 对 煤 矿 的安 全 生 产 提 出 了 更 高 的 要 求 。相 应 地 ， 煤 矿
安 全 监 控 技 术 也 在 不 断 改 进 。淮 北 现 有 的 多 处 煤 矿 采 用
图 ２ 无线 、 有 线 网络 结 合 的综 合 监测系统模型 图 ３ 系统 硬 件 设计
３ ． １ 传 感 器 节 点 设 计
的 实 时 采 集 和 传 输 。但 无 线 电 波 会 受 到 井 下 多 种 因 素 的 干扰 ， 无线传感 网络以多跳 的形式 通信 ， 网络稳 定性不 高 。
方 式 很 难 实 现 。将 无 线 传 感 网 络 应 用 到 井 下 瓦嘶 监 控 中
去 的构 想 正 解 决 了 这 一难 题
１ 无 线 传 感 网络 及 ｚ ｉ ｇ ｂ ｅ ｅ 技 术
网 络 和 有 线 网 络 相 结 合 的 方 案 。监 测 系 统 总 体 设 计 模 型
基于ZigBee技术的煤矿瓦斯监测系统
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图 １ 系统 拓 扑 图 数据 管理终端
掘 面等一 些危 险地 点 ， 多仍 是 采 用专 人 配 备 瓦斯 检 测 大
便 携仪进 行 瓦斯监 测 。市场 上还几 乎没 有能实 现移动 测
量， 无缝 覆盖并 且 将 瓦斯 浓度 数 据 传输 到地 面控 制室 的
是 一种 近距离 、 复杂 度 、 功 耗 、 低 低数 据速 率 、 成本 的双 低
用于采集巷道瓦斯浓度 、 转发其他节点的通信数据 ， 保持 无线链 路 的畅通 和传感 器 网络 的强 壮性 。因此 大 多固定
节点 为全功 能器件 和 网络协 调器 ： 固定 节点 用 Ｃ Ｎ总线 Ａ
全 隐患。
关键词： 瓦斯监测 ： ｉ ｅ ； Ｚｇ ｅ 无线传感器网络 ； Ｂ 低功耗
为 了对 瓦斯 浓度 进行 全方位 、 时监测 和智能 预警 ， 实
向无线通 信技术 ， 主要适 合 于 自动 控制 、 传感 、 监控 和 远 程控制 等领域 ， 是一 种廉价 的供 固定 、 便携 或移 动没备 使
点数据 实 时采集 、 网络管 理 、 据分 析 、 理 ， 警 和报 警 数 处 预
等功 能 ， 扑如 图 １ 拓 所示 。
。
系统 ， 矿井下 固定 的地方 安装 瓦斯 监测传 感器 ， 在 再通 过 很 长 的电缆把 测试 到 的浓度等 数据 传到煤 矿上 面 的控 制
室， 缺点 是它 只能 测 固定 地 方 的 瓦斯 浓 度 。虽然 固定 瓦 斯 监测 系统 大量使 用 ， 是仍 然有监 测盲 区 ， 但 并且 对于 采
瓦斯监测 系统 。
Ｏ网 调 络协 器 ■
～ｎ Ｉ Ｕ ’
ZigBee无线传感器网络在煤矿安全监测中的应用
为了从根本上解决煤矿安全问题，需要依靠科技进步手段提高煤矿整体安全技术装备与管理水平。
其中在所有煤矿中建立煤矿安全监测监控系统，从而改善煤矿安全环境和建立包括煤矿安全隐患全面查排、实时监督管理、安全保障等内容的安全管理体系是长治久安防止煤矿安全事故的最重要的两个方面。
近几年来，信息技术被迅速地应用到了煤矿安全生产领域，并取得了明显的经济和社会效益。
本文提出一种新兴无线网络技术ZigBee 在煤矿安全监测中的应用方案，旨在解决煤矿井下各种实时数据采集、信息交互的技术问题。
1ZigBee 概述ZigBee 是一种新兴的近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的无线网络技术，它是一种张双斌（晋城职业技术学院信息工程系晋城048026）摘要本文在研究分析ZigBee 无线传感器网络技术特点的基础之上，提出了一种基于ZigBee 的煤矿安全监测系统应用方案。
详细设计了该系统的网络体系结构、ZigBee 无线传感器网络路由算法和煤矿安全监测系统中数据采集和传输过程，实现了ZigBee 无线传感器网络低能耗、高通信效率、良好稳定性等特性与煤矿井下复杂的环境下通信要求的完美结合。
关键词ZigBee 煤矿安全监测系统路由算法ZigBee 无线传感器网络在煤矿安全监测中的应用（收稿日期：2009年7月21日）Practice of PBB/PBT in Carrier EthernetChen Bing（Shanghai Information Network Co.,Ltd.，Shanghai 200081，China ）AbstractWith the development of PBB/PBB-TE technology,traditional Ethernet technology plays an important role in thedeploying of metro area network.This paper looked back the evolution of Ethernet,described the technical details of PBB/PBB-TE,and discussed their application in the M AN referring to an example of SIN's CE network.Key words PBB ，PBB-TE ，CE ，M EF ，M AN ，tunnel介于无线标记技术和蓝牙之间的技术提案。
推荐-矿山瓦斯无线传感网络控制系统 精品
矿山瓦斯无线传感网络控制系统摘要：论述了煤矿安全监控系统的发展现状及存在的问题，比较用于远程监控系统的通信技术，为本系统的设计选择了一种较优的通信方式，详细介绍Zigbee无线传感技术。
对重点技术的实现原理进行详述；然后对系统设计的详细描述；最后进行系统测试并分析测试结果，进而对本课题的工作进行总结，对系统的进一步完善提出设想。
本文阐述了无线传感器网络的关键技术，重点介绍了一种对煤矿井下瓦斯气体浓度监测的全新的无线传感器网络的设计及节点的硬件和软件设计及实现。
硬件设计主要包括瓦斯传感器、无线传输模块的设计和能量供应模块的设计：其中详细说明了一种带有现场报警功能的新型瓦斯传感器的设计过程，它能够实现对矿井瓦斯浓度的采集和报警控制，以及信号滤波、零点漂移的抑制。
软件设计包括瓦斯气体浓度的采集，节点间的通信等。
此外，本文实现了基IEEE802.15.4/ZigBee标准的无线通信网络的设计，本设计能实现了煤矿井下瓦斯气体浓度的采集和传输，完成了无线传感器网络在安全生产中的应用，达到了煤矿安全监测的目标。
关键词：瓦斯传感器；无线传感网；AT89C52；Zigbee;Radio Brushless Machine Control System Design based on A VRAbstract: As the main conversional device of mechanical energy to electrical energy, the motor has mainly three types, such as，the DC motor, the synchronous motor, the asynchronous motor .Because of having lots of disadvantages, the application of the DC motor has been limited strongly.The brushless DC motor has the advantages which includes the simple structure，reliable operation and being convenient. All of these above are possessed by AC motor. They also maintain series of merits from the DC motor. The brushless DC motor operates efficiently, and has excited capacity Base on the development of the brushless DC motor and new kind’s instruction of electrics and electronics, the thesis includes several parts, for examples: operational principles of the brushless DC motor and A VR single chip microputer, the design of the circuit which is used to control the motor, the design of the software and the summary of the whole graduation. The result suggests that the design of the circuit generally achieves the goal and the request of the thesis.Keywords: A VR Single Chip Micyoco; Wireless; Brushless DC Motor目录第1章绪论1.1研究背景与意义目前我国的煤炭产量居世界第一位，我国95%的煤矿开采是地下开采作业，而地下开采的危险性较之露天开采要大的多。
基于ZigBee无线传感器网络的机载瓦斯移动远程监测监控系统研制
斯 监测 监控 系统 远程监 控 能力 和 覆 盖 范 围。 随着 新
监控分站 、 以太 网及光 纤骨 干 网 、 工业 防爆 开关 、 程 远 控 制器和配备 Ｋ ９ Ｊ０系列 监控 软件 的 中心 监控 计算 机
输， 又可将接收 的数据转化 为传 统监 控分 站所需 要 的
模 拟或数字信 号 ， 并通过井 下监 控 分站 以及工 业 以太
网和光 纤骨 干 网交 换机 逐级 传 到地 面 中心监 控 计算 机 和系 统 备 份 监控 服 务 器 ， 不但 可实 现 矿 井 瓦斯 浓
兴低 功 耗无线 传 感 器 网络 通 信 技 术 的发 展 ， 国 内 为 煤 矿 瓦斯 移 动 监 测 技 术 带 来 了前 所 未 有 的发 展 机 遇 。尽 管早 期 徐 大 维 等 提 出 了 基 于 Ｚｇ ｅ ｉＢ ｅ技 术 的
移 动工 作面 瓦 斯监 测 系统 Ｊ 然 而该 系统 没 有 关 注 ， 与传统 瓦 斯 监 测 等 传 感 器 和井 下 分 站 等 设 备 的互 联， 致使 其实 用 性 受 到 一 定 程 度 的影 响。 笔 者 充 分
及系统备份 监控 服 务器 等组 成 ， 图 １ 见 。该 系统 在 传
统机载瓦斯 移 动远 程监 测 系 统上 增加 了防爆 开 关及
远程控制 器等 自动执 行 和控 制设 备 。 当瓦斯 浓 度 超
限等现象 即将 或 已经发 生时 ， 可根据 预警 系统 的判 断 对 其危险 区域或 其 邻 近 区域 的 电力设 备 进行 紧急 断 电控制 。此 外 ， 系 统还 可根 据 实 际传 输 距 离 的需 该
矿井 瓦斯 主 要 是 在 煤 炭 开 采 过 程 中溢 出 的 ， 因
基于ZigBee自适应通信在矿井瓦斯监控系统中的设计与实现
技术的矿井瓦斯监控 系统方案。设计 了基于 Ａ ｍ ｇ１８ Ｔ ｅａ２ Ｌ单片机、 （ ４０射频收发器等芯片的硬 件节 Ｃ＇ ２ ２ 点 。实现 了 以 Ｍ ４瓦斯传 感 器模 块进 行 数据采 集 ， Ｑ－ 以多跳 通信 的形 式将 数据 传输 到监 控 中心 ， 井 下 对 的环 境状 况进 行 实 时监控 。研 究及 实验 结 果表 明 ， 设 计 系统 稳定 、 该 功耗 低 ， 实 际矿 井监 测 中具 有 一 在
了有利 条件 。 该设 计 是 一 种 基 于 Ｚｇ ｅ ｉ ｅ多 跳 自适 应 通 信 的 Ｂ
充 当协 调器 节点 ， 通过 接收 的数 据 ， 被 困人员 进行 对
较好 的定位 ， 以进 行 正确快 速 的营救 。
系 统工作 方 式总 体构 架见 图 １３。 ］ ｆ
低 功耗 瓦斯 监 控 系 统 ， 多 跳 通 信 的特 点 可 克 服 因 其 矿 道弯 曲 、 斜 等造 成 的无线 信号 严 重 消耗 问题 Ｊ 倾 。
硬 件模 块 充分 考 虑 了低 功耗 因素 。 图 ２是 瓦 斯传 感
器 节点 的基 本组 成框 图 。
如 果 Ｄ＜ 或 Ｄ≥Ａ＋ Ｓ ｉ ｄ １ ， 据 包 发 往 Ａ Ｃ ｋｐ（ 一 ） 数 另一 路 由器 父 节点 ； 如果 Ａ Ｄ＜ Ｃ ｋｐ ｄ １ ， 据 包 发往 其 中本 ＜ Ａ＋ Ｓ ｉ （ 一 ） 数
（） ａ 未发 生矿 难工作 方式
节 点 （ ｎ— ｅｉ ） 对 其 工 作 区域 内 瓦 斯 浓 度 进 行 Ｅ ｄ ｄｖｃ ， ｅ
数 据采 集 ， 采集 完 成 后 传 输 到 附近 矿 道 上 的路 由节
收 稿 日期 ：０ １ ０ — ５ ２ １— ３ １ 订 ２ １ — ９ １ ；０ ２ ０ — ３修
基于无线传感的煤矿井下瓦斯监测系统的设计
基于无线传感的煤矿井下瓦斯监测系统的设计瓦斯爆炸是煤礦发生的主要事故，危害和后果极大。
基于此，本文设计了基于Zigbee无线传感技术的煤矿井下瓦斯监测系统。
该系统采用红外低浓度瓦斯传感器和温湿度传感器，将采集的物理信号通过Zigbee无线传感技术传输到地面，地上采用GPRS技术将数据传输给地面数据中心，由数据集散控制中心对传输过来的数据进行处理和分析，从而快速做出判断，并进行相应的突发应急处理。
标签：煤矿井下瓦斯监测人员定位无线传感一、瓦斯监测和人员定位系统设计的意义井下事故不发生则以，一旦发生就是大事故，尤其瓦斯爆炸所引起的事故后果是非常严重的，所以如果能对瓦斯浓度进行有效监测，利用物联网大数据技术进行瓦斯浓度的大数据预警预测，在危险事故发生前期就能提前预测大概率发生事故，可以有效避免瓦斯爆炸事故的发生，大大降低井下事故发生率。
目前常规做法是通过有线电缆进行井下勘测节点与地上指挥中心的通信来进行瓦斯监测，同时也可以采集井下的温度和湿度等信息。
但是这样做，网络结构比较复杂，容易出错不说还大大增加了系统成本；此外，因为采用较老的连接方式，所以已经不适应煤矿日趋变化的情况；如果有一小段网络断开，整个网络就不好使了。
二、系统总体方案及工作原理系统主要分为地上和地下两部分监控系统，井下监测主要负责对井下瓦斯浓度进行实时采集和信号数据的传递，地上监控中心主要负责对井下传来的采集信息进行实时管理、分析、控制，瓦斯监测系统结构框图如图1所示。
图1 瓦斯监测系统结构框图在井下布设N个节点，瓦斯监测传感器对井下瓦斯浓度进行实时采集，由瓦斯传感器、温度传感器、湿度传感器采集煤矿地面下瓦斯浓度、温度和湿度的数据，基于ZigBee无线传输技术将采集到的信息传递给地上指挥中心。
指挥中心对传送来的数据进行分析和处理，根据监测过来的温湿度数据和瓦斯浓度数据发出控制信号。
此外，采用GPRS技术将来自于井下的瓦斯浓度数据和温湿度传感数据传送给控制中心，实现井下和地上两个系统之间的数据传输。
基于ZigBee网络的综采面瓦斯浓度监测系统关键技术研究
ＤＯＩ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ９ － ９ ４ ９ ２ ． ２ ０ １ ４ ． ０ ２ ． ０ １ ０
基于Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ 络的综采面瓦斯浓度监测系统关键技术研究
王 海 波
（ 淮南职业技 术学院 ， 安徽淮 南 ２ ３ ２ ０ ０ １ ）
Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｎ Ｋｅ ｙ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｏ ｆ Ｇａ ｓ Ｃｏ ｎ ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｉ ｎ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｏ ｆ
Ｆｕ ｌ Ｉ － Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｚ ｅ ｄ Ｆａ ｃ ｅ Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｚｉ ｇ Ｂｅ ｅ Ｎｅ ｔ ｗｏ ｒ ｋ
低 、成本低 、容量大 、可靠性 高 、 自组 织能力
强 、监测精 度 高 、容错 性好 以及无 需布 线 的特
点 ，正好适合于具有复杂地质构造及恶劣维护条 件 的煤矿井下移动设备和工作面环境参数的监测
监控。
置也不 断发生变化 ，容易造成传输 电缆撕扯和损
坏 ，导致监控系统的瘫痪 ，并且这种破坏后的恢
复周 期一 般较 长 。
３ 系统软硬 件结构 设计
网络节点一般 由以下几个模块组成 ：传感器
（ ２ ）这种主要依靠硬接线的工作方式布线工
安徽省高等学校省级 自 然科学研究项 目 （ 编号 ：Ｋ Ｊ ２ ０ １ ３ Ｂ ２ ６ ４ ） ；淮南 职业技术学 院重点科技基金项 目 （ 编号 ：Ｈ Ｋ Ｊ １ ２ — １ ）
个多跳的 自 组织 网络ｎ 。通过对现有几种数据传输
技 术 的分 析 ，可 以 看 到 ，Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ 技 术 具 有 功 耗
Zigbee 技术在瓦斯检测及井下人员定位中应用
Zigbee 技术在瓦斯检测及井下人员定位中的应用[摘要] 本文提出了基于zigbee技术的一种无线传感器的设计方案。
硬件部分由cc2431,及瓦斯传感器构成;分为人员携带型和固定型两种;可以实时的、精确的检测井下瓦斯浓度,并实时的对井下人员定位。
另外无线传感器将会把瓦斯及定位信息通过无线接力方式送至井上的控制中心。
[关键词] zigbee人员定位瓦斯检测无线传感器随着科学技术水平的提高和企业管理的规范,我国的煤矿安全生产状况总体上不断的好转。
但是煤矿灾害事故仍然频繁发生,2009年1至10月,全国煤矿瓦斯事故死亡551人。
从以上数据可以看出,瓦斯灾害事故仍然是煤矿企业中危害最大、死亡比例最高的重大事故之一。
我国目前煤矿的瓦斯监测大致分为便携式瓦斯监测器和瓦斯监测系统两种。
其中瓦斯监测系统为固定安装,不能脱离线缆自由移动;而便携式瓦斯监测仪器只能检测到仪器所在位置的瓦斯浓度。
这样就不可避免的留下了瓦斯检测的盲区,为瓦斯事故的发生埋下了隐患。
当事故发生以后,又必须分秒必争的确定井下人员的位置,为营救争取时间。
将人员定位与瓦斯检测融为一体,可以较好的解决以上这两个问题。
1 zigbee1.1 zigbee技术概述zigbee是一种新兴的短距离、低速率、低功耗无线网络技术,主要用于近距离无线连接。
它有自己的无线电标准,在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。
这些传感器只需要很低的功耗,以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器,因此它们的通信效率非常高。
zigbee的基础是ieee802.15.4,这是ieee无线个人区域网工作组的一项标准,被称作ieee802.15.4(zigbee)技术标准。
zigbee不仅只是802.15.4的名字。
ieee仅处理低级mac层和物理层协议,因此zigbee联盟对其网络层协议和api进行了标准化。
同时zigbee联盟还开发了安全层,可以满足数据传输中对安全的要求。
基于ZigBee的瓦斯监测系统设计
瓦斯探测 器 由瓦斯传 感器 Ｉ Ｒ ２ ２ Ｇ Ｊ 、光 源驱动 电
路 、信 号 调 理 电 路 、 Ｃ Ｃ ２ ５ ３ ０ 单 片机及外 围电路组成 ， 如 图２ 所 示
ｌ系统 架 构
基于 Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ的 瓦 斯 监 测 系 统 架 构 如 图 １所 示
Ｋ ｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ： Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ ； ｉ ｎ ｒ ｆ ａ ｒ ｅ ｄ ａ ｂ ｓ ｏ ｐｔ ｒ ｉ ｏ ｎ ； ｇ ａ ｓ ｄ ｅ ｎ ｓ ｉ ｙ； ｔ ｍｏ ｎ ｉ ｔ ｏ ｉ ｒ ｎ ｇ
０引 言
在 矿业 生产 过 程 中 ． 由 瓦 斯 浓 度 超 标 引 发 的 事
图 ２ 瓦 斯 探 测 器 原 理 框 图
自动化应用 ； ２ ０ １ ３ ｌ Ｏ期 ３ ｌ
传 感 检 测 及 物 联 网 系 统
Ｉ Ｒ ２ ２ Ｇ Ｊ 是Ｅ ２ Ｖ公 司 生 产 的基 于 红 外 吸 收 光 谱 原
点 的瓦斯 浓度值 键盘设 置 ４个 按键 ． 分别 为上 下 调节键 、 确定键 和退 出键 。 用 于设 置各监 测点 的浓度
Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ Ｇａ ｓ Ｍｏ ｎ ｉ ｔ ｏ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｚ ｉ ｇ Ｂｅ ｅ
Ｓ Ｕ Ｘｉ ａ ｏ
（ Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｒ ｃ ａ ｌ ａ ｎ ｄ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｉ ｒ ｎ ｇ ， Ｓ ｈ ａ ｎ ｄ ｏ ｎ ｇ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｚ ｉ ｂ ｏ ２ ５ ５ ０ ４ ９ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
ZigBee技术在瓦斯抽排中的应用及研究
ZigBee技术在瓦斯抽排中的应用及研究摘要:本文介绍了瓦斯综合利用在我国的发展前景和存在的一些问题,并重点介绍了基于zigbee技术的煤矿瓦斯智能化采集系统的研究与应用。
关键词:瓦斯利用ZigBee 无线传感器1.引言中国煤矿瓦斯排放全球第一。
2004 年约为200Mt co2e (约为140 m3 ) 。
同时中国的煤炭生产也是全球第一, 约90% 的煤炭产自井工矿。
中国约有15000 个生产矿井, 约有600 个国有重点矿井, 其中约有50% 的大型国有煤矿为“高瓦斯矿井”。
但是,大多数煤矿尚没有连接燃气管网; 抽放技术有限, 虽然200 多家煤矿安装了抽放系统, 但是由于各个工作面的瓦斯浓度不一,而抽放方式却比较死板,无法做到有针对性的抽排,所以抽放出来的瓦斯浓度大多很低,综合利用的效果比较差。
目前主要采用的抽放方式有三种,即煤层预抽、边采边抽和采后采空区抽放。
①煤层预抽:即在开采前利用穿层钻孔和顺层钻孔抽放,抽放利用量约占总量的40%。
②边采边抽: 即在开采的同时利用巷道、钻孔进行抽放。
这一部分抽放利用量较小,不超过20%。
③采空区抽放:即在采后的老塘封闭区内抽放,这一部分抽放量超过40% ,对稳定瓦斯利用局势起着重要作用。
不论采用哪一种方式,瓦斯的抽排都离不开瓦斯监控系统,而监控系统的正常工作是建立在各工作场所的各种传感器均正常工作的前提下。
由于在矿井的掘进工作面中大多数采用放炮方式掘进,所以放置在掘进工作面的各种传感器的通信线路容易被炸断,影响监控系统的正常使用。
此外由于有线通信方式布线复杂,劳动强度大,容易出现监控盲点。
伴随着煤矿开采速度的加快,有线网络在覆盖率、扩展性、灵活性方面的问题更为严重。
作者研究了一种无线传感器:利用电池供电,从而避免传感器线路被炸断问题,也容易在一些窄小的巷道布置瓦斯监测点,对减少或避免矿井瓦斯灾害事故具有十分重要的意义。
2.ZigBee技术简介ZigBee 是一种基于IEEE802.15.0 标准的短距离、低速率无线网络技术。
基于Zigbee无线采集与CAN总线融合的矿井瓦斯实时监测研究
FORUM［谄捱©商基丁Zigbee无线采集与CAN总线融合的矿井瓦斯实时监测研究□高国强阳煤集团一矿机电工区信息中心任何企业生产过程中，安全都是第一位，而对煤矿企业来说，保障生产安全最为重要。
据统计，瓦斯安全最为突出，瓦斯事故占煤矿事故的95%以上。
瓦斯的主要成分是甲烷，也称“碳烷”，是无味无色的可燃气体，浓度过大易引发爆炸。
因此，对于矿井瓦斯浓度的监测对于保障工人安全至关重要，监测瓦斯浓度对于保证安全生产和规避风险不可或缺。
国内关于监测瓦斯的设备多选择热敏元件,该元件具有价格低，采购方便的优点，因此应用广泛。
但是，热敏元件监测存在不稳定，安装难度高，调校周期短，易受到外界环境干扰等缺点。
为此，需要提出一种新的技术实现瓦斯监测，且监测准确，控制灵活，而Zigbee无线技术恰好具有这样的优点，使用该技术能够较好的监测瓦斯浓度，保障矿井安全生产。
1Zigbee技术与CAN总线组合随着技术的进步，无线技术的应用得到推广，Zigbee 无线技术是一种耗能小、协议简单、便携的技术，由于其优点突出，故应用普遍，尤其是用于矿井瓦斯监测。
井下环境复杂，瓦斯浓度处于变化波动状态，实时监测尤为重要。
被瓦斯传感器接受的数据需要传到CAN总线，中心站汇总信号之后传到地面监测系统。
解析和处理后的数据再传送至不同的传感器节点，以此进行参数设定和调校。
1.1设计监测分站依据矿井条件设计监测系统，所设计的监测组合系统中，监测分站是瓦斯检测技术中的关键组成部分，监测分站是系统的底层部分。
瓦斯监测系统包括输入/输出模块、控制模块、输入驱动模块3部分组成。
1.2无线传感器节点设计瓦斯监测传感节点由多种部分组成，各部分联系紧密，构成统一的整体。
其中，关键部分为供电模块、传感器、控制单元与通信部分。
考虑到矿井环境恶劣复杂，因此选用低能耗、监测范围广的气体传感器，范围能在0-100%爆炸最低浓度，安全可靠。
各个传感器节点经由网络连接，具有可靠性强、快速、扩充性强、灵巧等优点，适用于井下瓦斯监测。
《2024年基于无线传感器网的矿井瓦斯监测系统的设计与研究》范文
《基于无线传感器网的矿井瓦斯监测系统的设计与研究》篇一一、引言随着煤矿开采的深入发展，矿井安全已成为社会关注的焦点。
瓦斯作为矿井的主要安全隐患之一，其监测与预警显得尤为重要。
传统的矿井瓦斯监测系统多采用有线传输方式，但这种方式存在布线复杂、维护困难等问题。
因此，本研究提出了一种基于无线传感器网络的矿井瓦斯监测系统，旨在提高矿井安全监测的效率和准确性。
二、系统设计1. 整体架构设计本系统主要由无线传感器网络、数据传输网络、数据中心和监控终端四部分组成。
无线传感器网络负责实时监测矿井内的瓦斯浓度、温度、湿度等环境参数；数据传输网络将传感器数据传输至数据中心；数据中心对数据进行处理、分析和存储；监控终端则实现对矿井环境的实时监控和预警。
2. 无线传感器网络设计无线传感器网络是本系统的核心部分，采用ZigBee技术构建。
在矿井内布置多个传感器节点，每个节点负责监测一定范围内的环境参数，并通过无线方式将数据传输至协调器。
协调器负责将各节点数据汇总并传输至数据中心。
3. 数据中心设计数据中心采用云计算技术构建，具备强大的数据处理和分析能力。
数据中心对传感器数据进行分析和处理，实现瓦斯浓度的实时监测和预警。
同时，数据中心还具备数据存储功能，为后续的数据分析和研究提供支持。
三、关键技术及研究1. 无线传感器网络技术本系统采用ZigBee技术构建无线传感器网络，具有低功耗、低成本、组网灵活等优点。
通过优化网络拓扑结构、提高信道利用率等技术手段，提高网络的稳定性和可靠性。
2. 数据处理与分析技术数据中心采用先进的数据处理和分析技术，实现对传感器数据的实时监测和预警。
通过建立瓦斯浓度与环境参数之间的数学模型，实现瓦斯的精准预测和预警。
同时，数据中心还具备数据存储和挖掘功能，为后续的数据分析和研究提供支持。
3. 监控终端设计与实现监控终端采用人机交互界面，实现矿井环境的实时监控和预警。
通过图形化展示矿井环境参数、瓦斯浓度分布等信息，帮助管理人员直观地了解矿井安全状况。
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种实时有效的井下瓦斯监控 系统 ， 非常必要。 Ｚｇ ｅ 是 一 组基 于 Ｉ Ｅ Ｓ ２ １ ． ｉＢ ｅ Ｅ Ｅ ０ ．５４无线标 准 研制 开发 的
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软件 ２ １ 年第 ３ ０１ ２卷 第 ２期
Ｓ ｆ ａｅ ｏｔ ｒ ｗ
国际 Ｉ Ｔ传媒品牌
Ｚｇ ｅ ｉＢ ｅ无线传 感器 网络在 瓦斯监测 系统 中的应用
宋志月
（ 中国矿 业大学 ，徐 州 ２ １０） ２０ ８
摘
要 ： 了提高矿井下 瓦斯检测 系统 的安全性和 稳定性 ， 用了基 于 Ｚ Ｂｅ 为 采 ｉ ｅ 的无线通信技术和基于 ＤＥ 算 法的无线传感器 ｇ ＥＨ
我们采用一种动态的 ， 能量有效的层次 分簇算法 （ Ｅ Ｈ）３ Ｄ Ｅ ［ｏ １
整个网络 由遍布于监测区的若干无线瓦斯检测节点组成 ， 在簇树 网络 中， 绝大 多数设备是 ＲＦ Ｄ设备 ， ＲＦ 而 Ｄ设备总是 作为簇树 的叶设备连接到 网络 中。任意一个 Ｆ Ｄ都 可以充当 Ｆ
ＲＦ 协 调 器 或 者 网络 协 调 器 ， 其 他 设 备 提 供 同步 信 息 。 系 Ｄ 为
传感 器只需要 很少的能量 ， 以接力的方式通过 无线电波将数据 从一个传 感器传到 另一个传 感器 ， 所以 它们之 间的通信效率非 常 高。Ｚ ｇ ｅ 协 议栈 的 网络 层和 应用 层 ＡＰ ｉＢ ｅ Ｉ由 Ｚｇ ｅ ｉＢ ｅ联盟 进行标准化 。Ｚｇ ｅ ｉＢ ｅ被业界认为是最有可能应用在工业监控、 传感器 网络 、 家庭监控 、 安全系统等领域的无线技术 。
１ 监 控 系统
１１ 网络结构 ．
电标 准 ， 数 千 个 微 小 的 传 感 器 之 间相 互 协 调 实 现 通 信 。这 些 在
由于瓦 斯传 发多跳 ，
能量有 限的特 点 ， 了保 障 网络 的畅 通和节 约能量消 耗 ， 为 必 须合理设计 网络体 系结构 。考虑现在具 有代表性 的 ＭＥ Ｈ（ Ｓ 网 格网） 的体 系结构 ， 以及在节点数 多的大规 模传感器网络中 ，
．
ｃ ｎ ｒ ｔ ｎ ｍｏ ｉ ｒ ｙ ｔｍ ． ｐ ｒｍｅ ｔ ｌ ｅ ｌ ｔ ｈ ｗｓｔ ａ ， ｙ ｔ ｍ ｏ ｌ ｔｌ ｃ ｏ ｄ ｄ ｗｉ ｅ ｎ ｓｉ ａ ｎ ｔ ｒ ｇ ｓ ｓｅ ｅ ｔａｉ ｎ ｔｉ ｏ ｏ ｎｇ ｓ ｓｅ Ｅｘ ｅ ｉ ｎ ａ ｓｕ ｓｓ ｏ ｔ ｒ ｈ ｍｅｓ ｓｅ ｉ ｃ ｍｐ ｅｅ ｙ ａ ｃ ｒ ｅ ｔ ｄ ｍａ ｄ ｇ ｍｏ ｉ ｉ ｙ ｔ ｍ ｓ ｈ ｎ ｓ ｏ ｎ ｃ ｎ ｒ ｄ ｃ ｃ ｉ ｅ ｔ ｆｅ ｔ ｅｙ ａ ｄｐ ｒｏ ｎ ｌ ａ ｕ ｌ ｅ ａ ｅ ｕ ｅａ ｃｄ ｎ ｅ ｃｉ ｌ ｎ ｅ ｓ ｎ ｅ ｓ ａ ｔ ｓ． ｖ ｃ ｉ
，
网络 ， Ｃ ２ ３ 以 Ｃ ４ ０为传感器节点 ， 设计 了瓦斯浓度监测系统。实验结果表 明 ， 该系统完全符合 瓦斯浓度监测的要 求 可 以有效地减少 事故 的发生 ， 降低人 员的伤亡
关键 词 ：ｉ ｅ ；Ｃ ４ ０ 无 线传 感 器 网络 ； 斯 Ｚｇ ｅＣ ２ ３ ； Ｂ 瓦
中图分类号 ： Ｐ ９ ． Ｔ ３ ３０
ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ｎ ｒ ｌ ｓ ｅ ｓ ｒｎ ｔ ｒ ｓｂ ｓ ｄ ｏ Ｅ ａｇ ｒ ｈ ． ｄ ｐ ｅ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ａ ｄ ｗｉ ｅ ｓｓ ｎ ｏ ｅｗｏ ｋ ａ ｅ ｎ ＤＥ Ｈ ｌ ｏ ｉ ｍ ｉ ａ ｏ ｔｄ ｅ ｔ ｓ
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文献标识码 ： Ａ
ｄ ｉ１ ． ６／ｉ ｎ１０ ．９ ０２ １． ．１ ｏ： ０３ ９ ．ｓ． ３６ ７ ． １ ２０ ３ ９ ｊｓ ０ ０ ０
Ａｐ ｌｃ ｔｏ ｏ ｒ ｌ ｓ Ｓｅ ｏ ｔ ｏ ｋｓ Ｂａ ｅｄ ｐ ｉ ａ ｉ ｎ ｆ Ｗｉ ｅ ｅ ｓ ｎｓ ｒ Ｎｅ ｗ ｒ ｓ ｏ Ｚｉ ｎ ｇＢｅ ｎ Ｇａ Ｍｏ ｉｏ ｉ Ｓ ｔ ｍ ｅ ｉ ｓ ｎ ｔ ｒｎｇ ｙｓ ｅ
［ ｙ ｒ ｓ Ｚ ｇ ｅ Ｃ ２ ３ ； ｉ ｌｓ ｓｎｏ ｅ ｒｓＧａ Ｋｅ ｄ］ ｉＢ ｅ； Ｃ ４ ０ Ｗ ｒ ｅｓ ｅ ｓｒ ｔ ｋ ； ｓ ｗｏ ｅ ｎ ｗｏ
０ 引言
近年 来 ， 煤矿事 故经常 发生 ， 成重 大的人 员伤亡和 巨大 造
关一般 安装在 巷 口等 地方。路 由节点主要 用于接 收各个移 动 节点 的数据 。路 由节 点一 般安装 在巷道 的拐弯 处或直巷道 的 固定位置 ， 保持无线链路 的畅通和传感器 网络 的强壮性 。移 动 节点 点主要 用于每 个作 业人 员或作 业机 器所处位 置的监 测 ，