基于无线传感网的矿井环境监测系统设计

通信技术　基于无线传感网的矿井环境监测系统设计　江杰杨伟林　（内蒙古科技大学信息工程学院内蒙古包头０１４０１０）　摘要：由于ｚｉ　ｅｅ无线通信技术具有低功耗、低成本、应用简单等特点，提出了基＂７－ＺｉｇＢｅｅ无线通信技术的矿井环境监测系统方案，采用在井下主　巷￣ＫＳ－４８５有线通信和采掘巷￣ｔＺｉｇＢｅｅ无线通信相结合的网络结构，ｚｉｇＢｅｅ采用网型网络拓扑结构，井上部分上位机和井下监测节点采用标准的　Ｍｏｄｂｕｓ＇￣ｉ￣进行通信，上位机采用ＬａｂＶｉｅｗ￣＃ｉ＂数据接收、显示和存储。本文进行了监测节点的硬件设计，编程实现了监测系统ｚｉ邸ｅｅ无线通信＆Ｍｏｄｂｕｓ　协议通信过程。测试结果显示，该系统能够准确可靠显示环境监测信息，证实了该方案可行。　关键词：矿井监测Ｚｉｇ，Ｂｅｅ　Ｍｏｄｂｕｓ　Ｒ．Ｓ－４８５单片机　中图分类号：ＴＮ９２９　文献标识码：Ａ　文章编号：ｌ　００７．９４　１　６（２０　１　４）０５—００４９，０２　１引言　好，采用有线方式不易损坏且长期不用移动。　随着国家对煤矿安全生产日益重视，研究新型技术保证煤矿安　采掘巷道采用趣　）ｅ呒线通信方式，Ｚｉｇｂｅｅ￣用网型组网方式，　全生产成为关注热点。矿井监测系统在采掘巷道采用有线传输方式　里面有三种类型节点。　存在的局限性一是采掘过程中巷道结构不断变化导致线缆同步延　（１）协调节点。协调节点连接到主巷道的ＲＳ－４８５总线接口上，它　伸麻烦、成本高［１】，二是对移动机械设备和一些特殊角落难以布置监　负责上位机和ＺｉｇＢｅｅ网络中未挂接到ＲＳ－４８５总线上的节点之间的　测节点实现矿井全方位监测【２】。由于ＺｉｇＢｅｅ无线通信技术具有低功　数据转发。　耗、低成本、应用简单等特点，本文设计了基于ＺｉｇＢｅｅ技术的矿井环　（２）路由节点。路由节点必须依次在巷道里面较为固定位置布　境监测系统。　置从而保证巷道里面任何位置都有路由节点对无线信号进行路由　２矿井监测系统总体设计　中转。　（３）终端节点。终端节点可布置在移动机械设备上，或布置在一　矿井监测系统的系统结构及在井下布置情况如（图１）所示，它分　些会随时移动布置位置的特殊位置。　为井下部分和井上部分。　Ｚｉｇｂｅｅ节点间传输距离可达１０－１００ｍ，如果增大发射功率后可　２．１并下部分　达１－３ｋｉｎ以上，由于ｚｉｇｂｅｅ网络采用网型结构可通过路由节点实现　主巷道采用ＲＳ－４８５总线。因为矿井主巷道服务年限长，环境较　信息的多级跳转，因而能够达到采掘巷道一般网络传输距离不小于　１０ｋｍ的要求。　根据现场实际需要，沿坑道每隔一定距离（５０－５００米）在坑道顶　部设置一个ＺｉｇＢｅｅ节点（采用电池或其他电源供电），环境条件比较　好的地方可以距离放得远一点环境条件比较恶劣的地方可以距离　放得近一点，同时在其他需要定位的地方也设置一个ＺｉｇＢｅｅ节点，　比如巷道拐弯处或者危险区域，巷道分支处应设置节点。注意保证　每个节点在它前面和后面都至少能与两个以上的节点进行通信，这　样当任意１个节点发生故障时，可跳过这个节点与下１个节点直接通　信，即避免单线联系从而保证ＺｉｇＢｅｅ网络通信的可靠性。　采掘巷道本身是一个回路，可以将ｚ￣ｇｂｅｅ网络的两端都连接到　ＲＳ－４８５总线上形成一个环形结构，这样当采掘巷道内某个地方出　现塌方等事故时后面的ｚｉｇｔ￣ｅ节点可从另一端将采集数据传输给　图１矿井监测系统井下布置图　图３主机程序流程图