Zigbee無線傳感集成的煤礦綜合監(jiān)測設(shè)計(jì)

　　XBee ZB適配器通過一系列可供靈活選擇的物理接口，與智能電子設(shè)備進(jìn)行連接，使這些智能電子設(shè)備具有了符合Zigbee協(xié)議的無線通信能力。所提供的可選物理接口包括RS-232、RS-485、數(shù)字量I／O和模擬量I／O等。這些適配器有多種配置和定制選項(xiàng)供用戶選擇，以滿足不同應(yīng)用的需求。它是傳感器、控制器、其它有線應(yīng)用和有通用接口設(shè)備無線聯(lián)網(wǎng)的理想選擇。

　　XBee ZB傳感器集成了環(huán)境溫度、光強(qiáng)和濕度測量功能，溫度測量范圍-18℃～55℃，光譜帶寬范圍360～970 nm，濕度測量范圍0～100％RH，電池供電，便于攜帶。

　　XBee—PRO ZB系列的發(fā)射功率達(dá)+17 dBm，接收靈敏度-102 dBm；采用IP66外殼，達(dá)到三防效果；輸入電壓范圍3．7～6VDC和9～30VDC可選，支持外接電源或電池供電，并可配置為中心協(xié)調(diào)器、路由節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)中的任意一種。

　　2 系統(tǒng)構(gòu)成及組網(wǎng)方式

　　本文所涉及的煤礦綜合監(jiān)測系統(tǒng)，主要目的是實(shí)現(xiàn)井下溫濕度、瓦斯以及作業(yè)人員位置的監(jiān)測?？紤]到溫濕度和瓦斯的測量是在固定位置，而作業(yè)人員的位置是變動(dòng)的，因此考慮將溫濕度和瓦斯的測量作為一個(gè)集成的路由節(jié)點(diǎn)存在，而作業(yè)人員作為一個(gè)終端節(jié)點(diǎn)存在。這樣，構(gòu)成了一個(gè)基于Zigbee簇狀網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)架構(gòu)，如圖2所示。

　　“地面”的“現(xiàn)場監(jiān)視站”，還可以利用Digi公司提供的云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)布和遠(yuǎn)程監(jiān)視。

　　對(duì)于“井下”的Zigbee無線通信網(wǎng)絡(luò)而言，包括三種類型設(shè)備：“網(wǎng)關(guān)”、“環(huán)境數(shù)采設(shè)備”和“人員位置數(shù)采設(shè)備”：

　　●“ConneetPort網(wǎng)關(guān)”放置在井口處，一方面作為協(xié)議轉(zhuǎn)換器，與“地面”上級(jí)系統(tǒng)建立接口和連接；同時(shí)也作為整個(gè)井下無線系統(tǒng)的中心協(xié)調(diào)器存在，負(fù)責(zé)無線網(wǎng)絡(luò)的建立和維護(hù)。

　　●“環(huán)境數(shù)采設(shè)備”按一定距離（300 m）在井內(nèi)進(jìn)行放置，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫濕度及瓦斯等環(huán)境參數(shù)的測量?？紤]到這些節(jié)點(diǎn)需要同時(shí)作為人員位置監(jiān)測的參考點(diǎn)，此外從網(wǎng)絡(luò)的可靠性角度出發(fā)（如果中間有一個(gè)節(jié)點(diǎn)故障，仍希望網(wǎng)絡(luò)是正常工作的），因此這些固定放置的環(huán)境監(jiān)測設(shè)備作為Zigbee的路由器存在，其供電也將采用有線方式；所有環(huán)境監(jiān)測設(shè)備組成鏈狀網(wǎng)絡(luò)，最終與“網(wǎng)關(guān)”實(shí)現(xiàn)連接和數(shù)據(jù)交互。

　　●“人員位置跟蹤設(shè)備”采用XBee ZB傳感器模塊，由井下礦工隨身攜帶，從功耗角度考慮，該類設(shè)備作為Zigbee的終端節(jié)點(diǎn)存在，因此可以保持較長的工作時(shí)間。同時(shí)該終端節(jié)點(diǎn)采用網(wǎng)絡(luò)主動(dòng)搜尋模式，可以按預(yù)先設(shè)定的時(shí)間間隔喚醒并主動(dòng)搜尋最近的路由節(jié)點(diǎn)并加入網(wǎng)絡(luò)，由此實(shí)現(xiàn)定位跟蹤。

　　井下“環(huán)境數(shù)據(jù)采集設(shè)備”的構(gòu)成如圖3所示，包括溫濕度傳感器、瓦斯傳感器以及一個(gè)XBee—PRO ZB適配器。

　　●溫濕度傳感器：采用E+E公司的EE30EX本安型溫濕度傳感器，溫度測量范圍-40℃～180℃，濕度測量范圍0～100％RH，采用24VDC供電，輸出范圍0～10 V或4～20 mA。