[發(fā)明專(zhuān)利]無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)煤礦瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810249634.5
• 申請(qǐng)日: 2008-12-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101446205A
• 公開(kāi)（公告）日: 2009-06-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳曙;李素葉;侯正帥
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): E21F17/18
• 分類(lèi)號(hào): E21F17/18
• 代理公司: 濟(jì)南金迪知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 許德山

(一)技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于ZigBee技術(shù)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)煤礦瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，屬于煤礦安全監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。

(二)背景技術(shù)

煤礦行業(yè)也被稱(chēng)為高危險(xiǎn)的行業(yè)，目前煤礦井下的瓦斯爆炸是我國(guó)井下事故重要的原因之一。現(xiàn)有的傳統(tǒng)瓦斯探測(cè)技術(shù)存在許多局限，如系統(tǒng)存在無(wú)法知道井下多個(gè)位置瓦斯?jié)舛取?shí)時(shí)性不高及不能遠(yuǎn)程監(jiān)控等問(wèn)題。在傳統(tǒng)的煤礦瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，由于監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)施、裝置等位置比較固定，因而使瓦斯探頭不能隨著采掘的進(jìn)度跟進(jìn)到位，從而使得監(jiān)測(cè)系統(tǒng)往往形同虛設(shè)，而且井下聯(lián)網(wǎng)有一定的難度，有關(guān)人員無(wú)法進(jìn)行有效的監(jiān)管，以致事故無(wú)法預(yù)警。

現(xiàn)有的一項(xiàng)專(zhuān)利技術(shù)“煤礦員工實(shí)名管理和安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”(申請(qǐng)?zhí)枺?00710017961.3)采用的是數(shù)據(jù)傳輸采用電力線載波，由于井下作業(yè)環(huán)境復(fù)雜，鋪設(shè)電力線難度較大，易損壞，且電線網(wǎng)絡(luò)造成的放電也存在安全隱患。

基于ZigBee的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，功耗低，成本低的特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)一種基于ZigBee的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以靈活的在煤礦井下布置傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，直接或間接通過(guò)匯節(jié)點(diǎn)集中傳送礦井內(nèi)各個(gè)位置的瓦斯?jié)舛刃畔ⅲ儆删W(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器經(jīng)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)上傳到地面監(jiān)控中心。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)工作在2.4GHz全球通用的ISM免付費(fèi)頻段上，劃分為16個(gè)信道，在該頻段上，數(shù)據(jù)傳輸速率為250Kbps。

ZigBee技術(shù)是以IEEE?802.15.4(IEEE802.15.4描述了低速率無(wú)線個(gè)人局域網(wǎng)的物理層和媒體接入控制協(xié)議)。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議作為其物理層(PHY)和介質(zhì)接入控制子層(MAC)規(guī)范，ZigBee聯(lián)盟提供了網(wǎng)絡(luò)層(NWK)和應(yīng)用層(APL)框架的設(shè)計(jì)，其中應(yīng)用層的框架包括了應(yīng)用支持子層(APS)、ZigBee設(shè)備對(duì)象(ZDO)和由制造商制定的應(yīng)用對(duì)象。相對(duì)于現(xiàn)有的各種無(wú)線通信技術(shù)，ZigBee技術(shù)是最低功耗成本的技術(shù)：1、低功耗。在低耗電待機(jī)模式下，2節(jié)5號(hào)電池可支持1個(gè)節(jié)點(diǎn)工作6~24個(gè)月，甚至更長(zhǎng)時(shí)間。這就是ZigBee的突出優(yōu)勢(shì)。2、低成本。通過(guò)大幅簡(jiǎn)化協(xié)議，降低了對(duì)通道通信控制的要求。3、短時(shí)延。ZigBee的響應(yīng)速度較快，一般從睡眠轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)只需要15ms，節(jié)點(diǎn)連接入網(wǎng)只需30ms。4、高容量。ZigBee可采用星型、片狀、網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由一個(gè)主節(jié)點(diǎn)管理若干子節(jié)點(diǎn)，最多1個(gè)主節(jié)點(diǎn)可管理255個(gè)子節(jié)點(diǎn)；同時(shí)主節(jié)點(diǎn)還可由上一層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)管理，最多可組成65536個(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)。

PIC18F4620微控制器具有豐富的片上存儲(chǔ)功能，具有64KB?Flash和3968字節(jié)RAM的存儲(chǔ)空間；而且該微控制器具有多種省電模式供選擇，除了具有豐富的片上存儲(chǔ)功能和多種省電模式以外，PIC18F4620微控制器還具有13個(gè)10位A/D轉(zhuǎn)換器，、多個(gè)I/O數(shù)據(jù)線。可以很容易用軟件對(duì)其進(jìn)行編程和仿真，這些接口同時(shí)還可以用作與傳感單元的接口。RF通信模塊是Chipcon?CC2420無(wú)線射頻芯片，該芯片收發(fā)器包含了物理層(PHY)及媒體訪問(wèn)控制器(MAC)層，可組建一個(gè)具備65535個(gè)結(jié)點(diǎn)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，并可隨時(shí)擴(kuò)充，以及具有低功耗、傳輸速率為250kb/s、較低的快速喚醒時(shí)間(小于30ms)、CSMA/CA信道狀態(tài)偵測(cè)等特性。

在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)為采用了ZigBee技術(shù)的PIC單片機(jī)實(shí)現(xiàn)了低功耗的穩(wěn)定通信，能夠達(dá)到長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)的目的。

以上協(xié)議棧和硬件資源都為建立實(shí)用的基于ZigBee技術(shù)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)煤礦瓦斯檢測(cè)系統(tǒng)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

(三)發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷和不足，本發(fā)明提供一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)煤礦瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)煤礦瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，由地面監(jiān)控中心和無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)組成，其特征在于地面監(jiān)控中心包括監(jiān)控中心客戶端、監(jiān)控中心服務(wù)器、普通客戶端，監(jiān)控中心客戶端通過(guò)串口和監(jiān)控中心服務(wù)器相連接；監(jiān)控中心服務(wù)器通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)與普通客戶端相聯(lián)；無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)包括傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)簇首、無(wú)線收發(fā)器，傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通過(guò)Zigbee協(xié)議與網(wǎng)絡(luò)簇首通信；網(wǎng)絡(luò)簇首通過(guò)IEEE802.15.4與無(wú)線收發(fā)器通信；無(wú)線收發(fā)器通過(guò)串口線與監(jiān)控中心客戶端相連接并建立通信；傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)由處理器模塊、無(wú)線通信模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、能量供應(yīng)模塊和智能開(kāi)關(guān)組成，無(wú)線通信模塊、數(shù)據(jù)采集模塊和智能開(kāi)關(guān)分別通過(guò)數(shù)據(jù)線同處理器模塊相連接；智能開(kāi)關(guān)連接在數(shù)據(jù)采集模塊回路中，通過(guò)處理器模塊發(fā)指令以控制數(shù)據(jù)采集模塊電源的通斷；網(wǎng)絡(luò)簇首接收傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)，并與無(wú)線收發(fā)器通信。