王海波

（淮南職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽淮南 232001）

基于ZigBee網(wǎng)絡(luò)的綜采面瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測(cè)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究*

王海波

（淮南職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽淮南 232001）

在對(duì)煤礦目前瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)大量調(diào)研的基礎(chǔ)之上，為了滿足煤礦瓦斯監(jiān)測(cè)的需要，將基于ZigBee的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于煤礦井下的瓦斯監(jiān)測(cè)。

綜采工作面；瓦斯；無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)；節(jié)點(diǎn)

0 引言

目前，在我國(guó)煤礦井下，瓦斯?jié)舛鹊牟杉饕袃煞N方式：第一種是瓦斯檢測(cè)工利用便攜式的瓦斯報(bào)警儀進(jìn)行檢測(cè)，這種方式的最大缺點(diǎn)是只能檢測(cè)到儀器所在位置的瓦斯?jié)舛龋瑢?duì)于瓦檢工不能到達(dá)的區(qū)域則不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)無(wú)縫監(jiān)測(cè)；第二種方式是利用瓦斯傳感器實(shí)時(shí)采集瓦斯?jié)舛?，?jīng)微處理器處理后，通過(guò)電纜傳輸給地面的測(cè)控主機(jī)，這種方式的最大缺點(diǎn)是瓦斯傳感器為固定安裝，不能脫離電纜自由移動(dòng)。

1 煤礦傳統(tǒng)有線傳輸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的弊端

（1）隨著煤炭開(kāi)采進(jìn)程，工作面的采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)和液壓支架位置不斷地循環(huán)推進(jìn)，使得工作面空間形狀不停變化，設(shè)備之間的相互位置也不斷發(fā)生變化，容易造成傳輸電纜撕扯和損壞，導(dǎo)致監(jiān)控系統(tǒng)的癱瘓，并且這種破壞后的恢復(fù)周期一般較長(zhǎng)。

（2）這種主要依靠硬接線的工作方式布線工作量巨大，擴(kuò)展性能差且維護(hù)困難，加之有些巷道空間狹小，對(duì)通信線路的延伸和維護(hù)提出了很高的要求，導(dǎo)致安裝和維護(hù)成本比較高，一旦通信鏈路發(fā)生故障，整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)就可能癱瘓。

2 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在礦井環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步而興起的一項(xiàng)新技術(shù)，它由部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)多達(dá)65 000個(gè)微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成的一個(gè)多跳的自組織網(wǎng)絡(luò)[1]。通過(guò)對(duì)現(xiàn)有幾種數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的分析，可以看到，ZigBee技術(shù)具有功耗低、成本低、容量大、可靠性高、自組織能力強(qiáng)、監(jiān)測(cè)精度高、容錯(cuò)性好以及無(wú)需布線的特點(diǎn)，正好適合于具有復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造及惡劣維護(hù)條件的煤礦井下移動(dòng)設(shè)備和工作面環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測(cè)監(jiān)控。

3 系統(tǒng)軟硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)一般由以下幾個(gè)模塊組成：傳感器模塊、處理器模塊、無(wú)線通信模塊以及由微型電池組成的能量供給模塊[2]。傳感器節(jié)點(diǎn)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 傳感器節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)圖

圖2 傳感器節(jié)點(diǎn)工作流程圖

在本系統(tǒng)中，根據(jù)多種瓦斯傳感器比較，采用KGS-20低功耗瓦斯傳感器，該傳感器以二氧化錫為基本敏感材料，專門用于可燃性濃度檢測(cè)的一種半導(dǎo)體型氣體傳感器，體積小，耗電低，應(yīng)用電路簡(jiǎn)單，報(bào)警濃度為甲烷≥1%，響應(yīng)時(shí)間≤20 s，恢復(fù)時(shí)間≤30 s，靜態(tài)功耗為150 mW，報(bào)警狀態(tài)功耗為300 mW，供電電壓為3～5 VDC。

傳感器節(jié)點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì)利用中斷的方式執(zhí)行相應(yīng)的命令?；竟ぷ髁鞒倘鐖D2所示。

4 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)目前煤礦井下有線瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的局限性，提出了基于ZigBee網(wǎng)絡(luò)的瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)也可推廣應(yīng)用到煤礦井下的其他應(yīng)用領(lǐng)域如風(fēng)速、溫度、濕度、CO含量等其他參數(shù)的無(wú)線監(jiān)測(cè)[3]。

［1］蔣恒深，張曉光，李輝，等.基于ZigBee的綜采工作面設(shè)備及環(huán)境遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.儀表技術(shù)與傳感器，2010，47（09）：36-39.

［2］李文江，魏娟.ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.黑龍江科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2008，18（06）：414-416.

［3］沈楚焱，楊鵬，史旺旺.基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的預(yù)裝式變電站測(cè)控系統(tǒng)［J］.機(jī)電工程，2012（10）：1213-1216.

Research on Key Technology of Gas Concentration Inspection System of Full-Mechanized Face Based on ZigBee Network

WANG Hai-bo
（Huainan Vocational and Technical College，Huainan 232001，China）

Through the investigation of a large number of coal mine gas monitoring system at present，to meet the need of gas monitoring of coal mine，this paper expounded the wireless sensor network technology based on ZigBee gas monitoring system used in coal mine.

full-mechanized face；gas；wireless sensor network；node

TP277

A

1009－9492(2014)02－0035－02

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.02.010

王海波，男，1973年生，安徽淮南人，碩士，講師。研究領(lǐng)域：礦山機(jī)械設(shè)備電氣控制及無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)。

(編輯：向 飛)

*安徽省高等學(xué)校省級(jí)自然科學(xué)研究項(xiàng)目（編號(hào)：KJ2013B264）；淮南職業(yè)技術(shù)學(xué)院重點(diǎn)科技基金項(xiàng)目（編號(hào)：HKJ12-1）

2013－11－30