基于Zigbee的无线传感器网络在矿井安全监测中的应用

刘工在呢

摘要:将基于Zigbee的无线传感器网络应用于煤矿井下安全监测中,设计了一种矿井安全监测系统。用Zigbee 将传
感器收集的各种参数传至坑道上的信息处理接收终端,终端用GPRS方式将数据传输至地面上的监测计算机。由计算机
对数据分析,对矿井安全状况做出评估。另外,系统还支持手机查询,并能在第一时间将报警信息发给相关负责人。
6 V. _1 S# D4 X& g关键词:煤矿井下;无线传感器网络;安全监测;Zigbee
+ Y4 t, x& E6 j0引言
无线传感器网络是随着微电子技术、计算机技术的进步而
兴起的一项新技术,它由部署在监测区域内大量的廉价微型传
感器节点组成,通过无线通讯的方式形成- -个多跳的自组织网
4 @" R) X0 ~3 @络,各个传感器节点将监测的数据沿着其他传感器节点进行逐
跳传输,经过多跳后路由到汇聚节点。用户通过管理节点对传
感器网络进行配置和管理,发布监测任务以及收集监测信
1 ^( N# E2 g+ D6 d1 M息”。无线传感器网络能够应用于国防、工农业控制、城市管
理、生物医疗、环境监测、抢险救灾、危险区域远程控制等诸多
3 d0 t3 }8 F' J8 ^, \领域。美国商业周刊和MIT技术评论在预测未来技术发展的
( @6 P1 O! q, u' ~2 d7 I/ _3 N# }报告中,分别将无线传感器网络列为21世纪最有影响的21项
技术和改变世界的10大技术之一。
4 g& h: u% l( h) ~/ M3 I3 P无线传感器网络监测精度高容错性好和可靠性高的特点
  D  ^6 d1 G/ W4 }正好弥补传统方式的缺点,非常适合应用于井下安全监测,但
. c3 E& `4 B% d' J% G目前这方面的研究还非常少。由于不同应用的无线传感器网
络技术差别很大,在特定的应用领域内必须研究特定的传感器
网络技术。在研究传感器网络在煤矿领域内的应用的基础上,
设计了一个基于Zigbee的无线传感器网络为核心的矿井井下
安全监测系统。该系统主要是对井下甲烷浓度湿度和温度进
行监测。介绍了系统的软硬件构成以及一个专门为井下应用
. i3 j0 f1 Z0 H2 V8 l4 K- }而设计的路由协议,并给出了仿真。
* R. l) Q+ S- ]% L1 Zigbee 简介
8 M& I+ H( Z  v$ BIEEE802. 15.4规范是工作在24 CHz和868/928 MHz的无线
技术,定义了MAC(媒体接人控制)层和PHY(物理)层协议,网络

( k# X) c& I1 S4 Q  q* l层以上的协议由Zigbee联盟制定网。Zigbee 协议套件由高层应用
2 @/ E- b, H. t$ J规范、应用会聚层、网络层数据链路层和物理层组成。
' Q+ V' r4 p! O* r+ ]  G0 gZigBee技术的主要特点:
9 ^1 `$ z5 o# U' }/ r7 S0 D% v(1)低功耗和低成本,在低耗电待机模式下,2节普通5号
干电池可使用6个月到2年;
(2)网络容量大,每个ZigBee网络最多可支持255个设备;
(3)时延短,通常时延都在15 ~30 ms之间;
  s+ V% s& i' B$ J' e3 y1 Q2 ^(4)协议简单，安全性高。ZigBee的这些特点使之最适合
7 I, g" @' a5 R# g  L1 x! b1 @$ h+ u作为传感器网络的标准”。
1 s: k% V1 F$ m+ d2系统总体方案
' b& T/ J& z' h: e/ z; \/ ~: j" W& J图1为系统的结构图。主要由监测中心、数据采集和传输
0 A' ^% P) \! ^/ k+ R1 m网络、GPRS网络用户终端等部分组成。


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无线传感器网络监测精度高容错性好和可靠性高的特点正好弥补传统方式的缺点