傳感器網(wǎng)絡的煤礦頂板壓力監(jiān)測系統(tǒng)解決方案

　　近年來我國煤礦安全事故時有發(fā)生，安全形勢十分嚴峻。在采礦生產過程中最常發(fā)生的就是冒頂事故。冒頂是由于煤礦巖石的穩(wěn)定性差，當強大的地壓傳遞在頂板或兩側時，使巖石遭受破壞而引發(fā)。為了預防冒頂事故的發(fā)生，應該掌握礦井頂板壓力規(guī)律。通過實時監(jiān)測頂板壓力的變化，可以研究礦井頂板壓力的規(guī)律，從而采取預防措施，有效地防止事故的發(fā)生[1-2]。

　　由于煤礦綜采工作面的環(huán)境比較復雜，巷道內有瓦斯、甲烷、煤塵等可燃性氣體，因此設備必須要防爆、防塵。同時采煤機等一般都是大功率的設備，在運行和啟停過程中會產生較強的電磁干擾，因此，采用有線方式傳輸信號時，必須做好信號的屏蔽以及遠距離傳輸信號的衰減等問題。無線傳感器網(wǎng)絡采用2.4 GHz無線通信方式傳輸數(shù)據(jù)，無需復雜的布線，且系統(tǒng)具有極強的抗干擾性。因此，本系統(tǒng)采用無線傳感網(wǎng)絡的節(jié)點作為頂板壓力數(shù)據(jù)采集的終端，采用無線方式將數(shù)據(jù)傳送到匯聚節(jié)點，匯聚節(jié)點采用有線通信方式將采集到的數(shù)據(jù)通過傳輸接口傳輸至地面的管理監(jiān)控站，實現(xiàn)頂板壓力的實時監(jiān)控。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

　　1、無線傳感器網(wǎng)絡簡介

　　無線傳感器網(wǎng)絡[2-3]WSN（Wireless Sensor Net）是指在一定區(qū)域內部署一定數(shù)量的具有無線通信與計算能力的微小傳感器節(jié)點，這些節(jié)點通過自組織方式構成能根據(jù)環(huán)境自主完成制定任務的分布式智能化網(wǎng)絡系統(tǒng)。傳感器網(wǎng)絡的節(jié)點間采用無線通信，通信距離很短，一般采用多跳（multi-hop）方式。傳感器網(wǎng)絡可以在獨立的環(huán)境下運行，也可以通過網(wǎng)關連接到互聯(lián)網(wǎng)上，使用戶遠程訪問。WSN是一個動態(tài)的網(wǎng)絡，節(jié)點可以隨處移動，網(wǎng)絡具有無中心、自組織以及動態(tài)拓撲組織功能等特點。

　　2、無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點

　　傳感器節(jié)點（終端節(jié)點）是無線傳感器網(wǎng)絡的基本單元，具有數(shù)據(jù)采集、處理以及傳送等功能，本系統(tǒng)中節(jié)點設計采用TI公司的CC2430作為核心器件。

　　2.1 頂板壓力檢測傳感器

　　本系統(tǒng)采用GD-307型礦用頂板壓力傳感器，該傳感器是監(jiān)控礦井工作面的頂板壓力變化的專用儀表，能自動將工作面的頂板下沉轉變?yōu)闃藴孰娦盘栞斔徒o關聯(lián)設備。GD-307輸入電壓為直流9 V~18 V，測量范圍為0~10 MPa，基本誤差為2%，輸出信號為1 mA～5 mA，傳輸距離1 500 m。

　　2.2 CC2430簡介

　　CC2430[4]是專門針對IEEE802。15。4和ZigBee應用而設計的片上系統(tǒng)（SoC），可以構成低成本的ZigBee節(jié)點。CC2430集成了領先的CC2420射頻（RF）收發(fā)器和增強的8051微處理器，32/64/128 KB的閃存以及業(yè)界領先的ZigBee協(xié)議棧。CC2430具有8路輸入8~14 bit模數(shù)轉換口，1個802。15。4媒體存取控制（MAC）定時器，一個通用16 bit和2個8 bit定時器，具有極高的接收靈敏度和抗干擾性能。