無線傳感器在煤礦開采中的應(yīng)用研究.doc

無線傳感器在煤礦開采中的應(yīng)用研究摘要：隨著科學技術(shù)的發(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)越來越成熟和完善，其先進的技術(shù)優(yōu)勢將會在眾多領(lǐng)域中得到應(yīng)用。近些年來，在煤礦開采領(lǐng)域中事故頻發(fā)，傳統(tǒng)的煤礦檢測系統(tǒng)的弊端日益暴露，基于此，本文著重分析了無線傳感器在煤礦礦井中的應(yīng)用，以便可以為煤礦領(lǐng)域提供有價值的參考。關(guān)鍵詞：無線傳感器 煤礦 應(yīng)用近些年來，我國的煤礦事故時常發(fā)生，一旦出現(xiàn)重大煤礦事故，不僅失去大量的礦工人員的生命，而且還給煤礦企業(yè)和國家?guī)硪欢ǖ呢撁嬗绊憽Ｎ覈F(xiàn)有的煤礦井下的檢測系統(tǒng)還是傳統(tǒng)的有線檢測系統(tǒng)，這種檢測系統(tǒng)存在著一系列的弊端，比如說，它只能在礦井擴寬的場域方便使用，而在那些工人作業(yè)的采煤區(qū)域還不能夠完全地有效使用。有線監(jiān)控系統(tǒng)由于本身受布線區(qū)域的限制，當某一結(jié)點出現(xiàn)故障，會使局部區(qū)域失去監(jiān)測能力；并且有線檢測系統(tǒng)還存在布線復(fù)雜、監(jiān)測點和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相對固定，靈活性不足且擴展性差，系統(tǒng)部署和維護成本高等缺點1?？梢赃@么說現(xiàn)有的有線檢測系統(tǒng)還難以滿足煤礦安全和應(yīng)急預(yù)警和救援的需求。無線傳感器由于自身的特殊特點，比如說方便，能夠適應(yīng)各種環(huán)境、檢測精確度較高和具有可靠性高等，在當前的煤礦開采中非常實用。1 無線傳感器的系統(tǒng)設(shè)計無線傳感器在煤礦開采中的檢測系統(tǒng)主要是由傳感器服務(wù)網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)測控制中心、數(shù)據(jù)采集與分析以及傳送網(wǎng)絡(luò)和終端服務(wù)設(shè)備等部分組成，其可以用下圖來表示：圖1 無線傳感器礦井應(yīng)用示意圖此無線傳感器系統(tǒng)主要在于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)以及監(jiān)控中心，監(jiān)控中心主要有生產(chǎn)服務(wù)調(diào)度室、監(jiān)測計算機、服務(wù)器、以及遠程pc服務(wù)器組成。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)主要負責收集數(shù)據(jù)和傳輸數(shù)據(jù)，監(jiān)測計算機主要用來接收分析并處理井下傳來的數(shù)據(jù)，服務(wù)器主要是用來存貯所有的數(shù)據(jù)及操作記錄。2 無線傳感器在煤礦開采中的應(yīng)用2.1 無線傳感器的的數(shù)據(jù)采集與傳輸網(wǎng)絡(luò)設(shè)計2.1.1 無線傳感器使zigbee技術(shù)。zigbee技術(shù)是一種近距離、低成本、簡便、低消耗、低數(shù)據(jù)速率、高可靠性和高效率的雙向無線通訊技術(shù)，可以在特點環(huán)境中、實現(xiàn)某些近距離的各種數(shù)據(jù)的收集檢測以及對人員的實時跟蹤。它主要是由一組ieee批準的802.15.4研發(fā)而來，ieee 802.15.4 是一種低數(shù)據(jù)率的無線個域網(wǎng)標準，分別對物理層和介質(zhì)訪問層進行了界定。物理層規(guī)范確定了在2.4ghz以250kbit/s 的基準傳輸率工作的低功耗展頻無線電。介質(zhì)訪問層規(guī)范定義了在同一區(qū)域工作的多個802.15.4無線電信號如何共享空中通道，支持星型拓撲結(jié)構(gòu)，樹型拓撲結(jié)構(gòu)和網(wǎng)型拓撲結(jié)構(gòu)。1zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由三種節(jié)點類型組成：主節(jié)點就是我們?nèi)粘Ｉ钪兴f的協(xié)調(diào)器，主要是由一個ffd組成，它是構(gòu)成整個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的核心；路由節(jié)點就是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的一個無線收發(fā)接受器，主要是負責轉(zhuǎn)發(fā)各種信息和維護網(wǎng)絡(luò)；終端節(jié)點設(shè)備是整個網(wǎng)絡(luò)中最基本的節(jié)點。2.1.2 無線傳感器的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計。由于煤礦礦井的特殊性質(zhì)和所存在的環(huán)境，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在井下采用網(wǎng)絡(luò)型拓撲結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計可以更好地覆蓋井下的較多的區(qū)域。方便礦井下面各種危害數(shù)據(jù)的傳出，比如說：瓦斯的、二氧化氮的濃度和井下的濕度等多種重要的礦井下的數(shù)據(jù)有效地傳出。井下協(xié)調(diào)器網(wǎng)關(guān)主要負責井下網(wǎng)絡(luò)的建立與維護、控制井下各項命令的傳送以及井下各項參數(shù)的有效接受和傳出。增強型端設(shè)備和普通型端設(shè)備接有多種傳感器，負責各種參數(shù)的采集和發(fā)送；路由器主要負責把各種節(jié)點同時聯(lián)絡(luò)到整個網(wǎng)絡(luò)區(qū)域中，主要的責任是對端設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)進行路由和消息轉(zhuǎn)發(fā)并把端設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸給協(xié)調(diào)器。2無線傳感器整個網(wǎng)絡(luò)的建立主要是由幾下幾個大的程序構(gòu)成，首先，需要啟動整個網(wǎng)絡(luò)的核心協(xié)調(diào)器來建立網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，然而通過路由器和終端設(shè)備構(gòu)成整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。2.2 無線傳感器的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)計傳感器的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)計在煤礦礦井開采中也是最關(guān)鍵的部分，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點主要是由各項數(shù)據(jù)的收集和各項數(shù)據(jù)的接受等兩個主要部門所組成的，他們基本都包含了原始化的工作程序、數(shù)據(jù)發(fā)送程序和數(shù)據(jù)接受程序。原始化的程序主要是對網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的單片機、接連口、spi和射頻芯片等進行處理；數(shù)據(jù)發(fā)送程序主要負責將傳感器收集到的各項信息進行預(yù)處理后形成基本的數(shù)據(jù)包，并通過單片機的spi接口送至無線通信模塊射頻輸出；接受程序主要是對傳送過來的數(shù)據(jù)包進行接受并進行相應(yīng)的處理。3 小結(jié)針對當前煤礦礦井在各項信息和數(shù)據(jù)收集方面所存在的缺陷，以至于由此所引發(fā)的事故也頻發(fā)，傳統(tǒng)的傳感器系統(tǒng)在煤礦礦井中的弊端日益暴露，不利于當前深層次煤礦礦井的安全生產(chǎn)，本文基于上述問題，力圖設(shè)計出一種無線傳感器，無線傳感器在煤礦礦井中的應(yīng)用，礦井上的工作人員實時地能夠?qū)ΦV井下的各種危險信息進行及早的了解，及時地做好應(yīng)急準備，這種無線傳感器可以不間斷地對礦井下的瓦斯、二氧化碳的濃度以及礦井下的濕度等各項參數(shù)進行收集并及時地傳送到礦井上面，可以防范各項潛在風險的發(fā)生。隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，次技術(shù)在煤礦開采中的應(yīng)用將會更加廣泛，將有助于實現(xiàn)煤礦領(lǐng)域的安全生產(chǎn)。參考