導(dǎo)語：無線傳感器與煤礦安全論文一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，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)該是一個功能完善結(jié)構(gòu)復(fù)雜的系統(tǒng)。該系統(tǒng)要具有對各類信號積累計量、開關(guān)量、模擬量等進行實時采集，快速傳遞，完整保存，及時處理，清晰顯示，聲光報警，控制等功能。系統(tǒng)可以對現(xiàn)場的一氧化碳，甲烷等氣體的濃度，井下的濕度，溫度，風速以及礦井內(nèi)有無粉塵和煙霧進行實時監(jiān)控。對于礦井下的各類設(shè)備可以進行遠程遙控，比如打開或關(guān)閉主通風機，開啟或關(guān)閉風門。為了監(jiān)控甲烷濃度，一氧化碳濃度，風速，累計產(chǎn)煤量，溫度，煙霧，饋電狀態(tài)，油門狀態(tài)，風筒狀態(tài)，局部通風機打開和關(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、I/O接口電路、分站、無線傳感器、報警器、電纜、接線柜、電源箱等設(shè)備。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本組成單位是數(shù)量眾多的移動或靜止的傳感器。傳感器是以多跳及自自組織的形式來構(gòu)建監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的。它的功能是對網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域內(nèi)的監(jiān)控對象進行信息的測量、采集、傳送、處理，并報告給用戶。用戶接受到的數(shù)據(jù)其實是先由現(xiàn)場的傳感器探測到，數(shù)據(jù)匯合到匯聚節(jié)點后在通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送過來的。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的英文是WirelessSensorNetwork，簡稱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，最后利用計算機技術(shù)進行處理。煤炭監(jiān)控管理系統(tǒng)，無線數(shù)據(jù)傳輸平臺和地面中心站這三個部分構(gòu)成了煤礦無線安全監(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)器以及實時數(shù)據(jù)庫的服務(wù)器。

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

（3）地面中心站：包括監(jiān)控主機、I/O接口、UPS電源、CDMA無線路由器、打印機、配套的監(jiān)控軟件、分站、溫度傳感器、風速傳感器、煙霧傳感器、一氧化碳傳感器、瓦斯傳感器、設(shè)備開停傳感器、遠動開關(guān)等等各類設(shè)備組成。

二、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點結(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構(gòu)建的系統(tǒng)也無法企及。一個性能完善的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)一般都要涉及多個不同學(xué)科，例如拓撲控制，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和安全，數(shù)據(jù)融合等。在應(yīng)用WSN技術(shù)的希望達到使用小能量即可使系統(tǒng)長期穩(wěn)定地工作，所以WSN技術(shù)應(yīng)用的重要目標就是能效比要高。下面用一個圖形來反映WSN節(jié)點的構(gòu)造。

三、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧

無線網(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，三平臺架構(gòu)比較得合理，所以五層協(xié)議被九成的無線網(wǎng)絡(luò)使用。五層協(xié)議包括：

(1)提供無線信號收發(fā)和信號轉(zhuǎn)換的物理層。

(2)支持媒體實時訪問，數(shù)據(jù)成幀及幀檢測的數(shù)據(jù)鏈路層。

(3)負責路由器相關(guān)工作的網(wǎng)絡(luò)層。

(4)負責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。三平臺是：

(1)進行能源配置的能源管理平臺。

(2)負責傳感器運行的移動管理平臺。

(3)進行煤礦各項工作任務(wù)協(xié)調(diào)的任務(wù)管理平臺。

四、ZigBee介紹

ZigBee是IEEE802.15.4協(xié)議的代名詞。依據(jù)這個協(xié)議規(guī)定的是一種適用于無線網(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突出的優(yōu)點。ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，拓撲結(jié)構(gòu)（NetworkTopology）即網(wǎng)絡(luò)中各處的連接策略，拓撲結(jié)構(gòu)的形式有很多種。一個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ZigBee網(wǎng)絡(luò)可以最多使用的網(wǎng)絡(luò)拓撲形式很多，主要以樹形，環(huán)形，星形，網(wǎng)狀為主，網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點數(shù)根據(jù)現(xiàn)場的實際情況制定少則幾十個多則可達65536個。靈活的保證，無線網(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。這些特點使得它非常適合于對可靠性要求高的無線網(wǎng)絡(luò)。一個ZigBee網(wǎng)絡(luò)可以包括多個路由器和終端設(shè)備，而協(xié)調(diào)器只需要一個就夠了。無線網(wǎng)絡(luò)的建立、維護由協(xié)調(diào)器來負責，而路由器的作用是把最佳的路由器為數(shù)據(jù)選擇出來。標準的7層開放式系統(tǒng)互聯(lián)（OSI）模型是ZigBee協(xié)議棧體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，但不需要對每層都進行定義，定義的只是針對那些要涉及到的ZigBee層。實際應(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)計時IEEE802.15.42003標準只定義了處于底部的這兩層。ZigBee聯(lián)盟已經(jīng)設(shè)計出網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層（API）這兩層的框架，無需再另外設(shè)計。其中，應(yīng)用層的框架結(jié)構(gòu)包括了ZigBee設(shè)備對象（ZDO），應(yīng)用支持子層（APS）和制造商開發(fā)的應(yīng)用程序?qū)ο笕齻€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性較強，它可以使用在包括工業(yè)，農(nóng)業(yè)以及建筑等自動化網(wǎng)的建設(shè)中。由于ZigBee中傳感器可以對數(shù)據(jù)實時采集和監(jiān)控，利用這個特點那么電力行業(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。對所建網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)的各個區(qū)域內(nèi)的移動目標可以進行良好定位是ZigBee技術(shù)的又一個特色，所以ZigBee技術(shù)在遙測方面也大放異彩。

將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用到煤礦的安全監(jiān)控系統(tǒng)中，可以實現(xiàn)傳感器節(jié)點的網(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，使得這個技術(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