1、基于 WSN 的煤矿安全监控系统的研究 摘 要 在本文中，我们使用无线传感器网络监控煤矿的经验进行了阐述。在一个节点上的多传感器可以捕获各种各样的环境数据，包括矿山 的 振动，矿井温度，湿度和气体浓度，和环境参数 、 控制风扇运转。网络由许多无线传感器节点 组成 。煤矿安全监控方案 发展从可以 保存汇聚节点接收到的数据，并实时显示和分析各种的信息 来供 决策。 1 背景与介绍 煤炭安全生产关系到国民经济的发展，如今，中国的煤矿安全信息系统是基于有线网络， 随着 煤炭开采的加速，有线网络 在 扩展，灵活性，覆盖率 等方面 具有严重不足。为了解决这些问题，无线网络是最好的选择。 ZigBee 是一
2、种先进的数据通信技术，具有低速率，低功耗，协议简单，成本低，良好的扩展性，容易形成无线网络 等特点 。相比现有煤矿监测设备，节点构成的无线传感器网络的更小，更轻，更易于大规模部署。 由于数据采集和传输方式是通过无线电台，节点挂钩传感器，可以打破电线电缆 的约束，并 可以使 部署更加方便，灵活。此外，大规模的和灵活的部署节点 对于矿工来说使得更好的本地化 工作 。因此，它具有重要的现实意义，将这一新技术和新方法， 应用在煤矿安全信息系统 的 设计 中 。 2 系统的结构 本文设计了一个煤矿安全监控系统，它是基于 ZigBee2007 无线通信协议，采用 TI公司生产的 CC2530 芯片做无线数
3、据传输。煤矿安全监控系统由三部分组成：控制中心，协调和终端节点。终端节点有两种类型：全功能设备（ FFD ）， 部分 功能的移动设备（ RFD ）。监督控制中心软件是以 TI 的 Z -位置引擎， 它显示了各监测点的位置和状态信息，它是一个在整个潜在风险区域的地理信息的图形化描述。 协调也是一个网关，它获得 FFD 和RFD 的所有信息，然后发送到控制中心的节点上 然后通过 监控软件来更新状态消息。此外，他 还要 广播控制中心 的 指示。 FFD 是路由器，它 SA 节点组链接在一起，并提供多希望消息 ，它 与其他路由器和终端设备 相关联 ，而 RFD 仅仅是一个终端设备。 我们知道，整个监控
4、系统可以分离的两个子系统，煤矿井下环境调查和数据收集子系统和矿山集中智能信息管理子系统。本文将主要介绍煤矿井下环境调查和数据采集子系统。 考虑矿山井下的环境的实际情况， RFD 主要负责用于收集矿工的生理功能，然后通过无线通讯方式将其发送到 FDD， FDD 由具有路由功能，可以收集环境参数的节点，然后将数据上传到管理中心。矿山井下系统主要通过无线网络设备 的链接，可靠的通信应用来保证它的正常工作。地面矿山系统包括各类综合服务体系，服务平台体系，监测分析系统和紧急行动中心等等，这些通过 TCP/ IP 网络连接设备连接。 3 系统设计 3.1 硬件设计。 在系统中的每个终端节点组成的 CC25
5、30，振动传感器，气体传感器，温度和湿度传感器，射频模块，电源模块，无线收发信机的天线和复位电路模块。基于 CC2530 的传感器节点的硬件结构示于图 1。这个节点是仅作为终端节点，预留外接电源接口和 UART 端口外部 LPC1756 板是为了满足不同的应用需求 ； ZigBee 协议 ；移植后的 TinyOS 操作系统做准备。 图 1 基于 CC2530 的传感器节点硬件结构图 无线电射频模块之间的数据传输是基于 IEEE802.15.4。为了降低系统的成本，缩短产品开发周期和降低的难度，功耗，提高发射功率，考虑接收灵敏度，芯片的成本，协议堆栈的成本因素以及芯片和外围元件的数量需等，这些选择一个芯片要主要考虑的因素。最后， TI 的免费协议栈的 ZigBee 芯片 CC2530 的 ZigBee-2007 被挑选出来。行业标准的增强型 8051 MCU 与 RF 收发器，其发射功率为 1mW，接收灵敏度为 -94dBm，当符号错误率是 1，电流损耗小于 0.6 A 当系统处于待机模式，当 RF 为 2.4GHz，其数据传输速率是 240KB/ s 的所有参数满足系统设计的需求。 3.6V 的锂电池，电压转换电路是由电源管理模块，它有两个输出通道提供不同的电压和电流供给无线射频模块和传感器检测模块。 作为一个网关，需要协调与控制中心的沟通，这是与终端节点所不同的，所以我们
