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Zigbee 技术在瓦斯检测及井下人员定位中应用 　　[摘要] 本文提出了基于zigbee技术的一种无线传感器的设计方案。硬件部分由CC2431,及瓦斯传感器构成;分为人员携带型和固定型两种;可以实时的、精确的检测井下瓦斯浓度,并实时的对井下人员定位。另外无线传感器将会把瓦斯及定位信息通过无线接力方式送至井上的控制中心。 　　[关键词] zigbee人员定位瓦斯检测无线传感器 　　 　　随着科学技术水平的提高和企业管理的规范,我国的煤矿安全生产状况总体上不断的好转。但是煤矿灾害事故仍然频繁发生,2009年1至10月,全国煤矿瓦斯事故死亡551人。从以上数据可以看出,瓦斯灾害事故仍然是煤矿企业中危害最大、死亡比例最高的重大事故之一。 　　我国目前煤矿的瓦斯监测大致分为便携式瓦斯监测器和瓦斯监测系统两种。其中瓦斯监测系统为固定安装,不能脱离线缆自由移动;而便携式瓦斯监测仪器只能检测到仪器所在位置的瓦斯浓度。这样就不可避免的留下了瓦斯检测的盲区,为瓦斯事故的发生埋下了隐患。当事故发生以后,又必须分秒必争的确定井下人员的位置,为营救争取时间。将人员定位与瓦斯检测融为一体,可以较好的解决以上这两个问题。 　　1 ZigBee 　　1.1 ZigBee技术概述 　　ZigBee是一种新兴的短距离、低速率、低功耗无线网络技术,主要用于近距离无线连接。它有自己的无线电标准,在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。这些传感器只需要很低的功耗,以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器,因此它们的通信效率非常高。ZigBee的基础是IEEE802.15.4,这是IEEE无线个人区域网工作组的一项标准,被称作IEEE802.15.4(ZigBee)技术标准。ZigBee不仅只是802.15.4的名字。IEEE仅处理低级MAC层和物理层协议,因此ZigBee联盟对其网络层协议和API进行了标准化。同时ZigBee联盟还开发了安全层,可以满足数据传输中对安全的要求。 　　1.2网络拓扑结构 　　ZigBee传感器网络才的拓扑如图1所示。 　　 　　 　　图一 　　ZigBee传感器网络包含固定式节点、携带型节点、智能分站和控制中心。控制中心由信息处理服务器、数据库等组成,主要完成对瓦斯数据和人员定位数据实时采集、网络管理、数据分析、处理,预警和报警等功能。智能分站除了充当网络中的协调器,另外井下智能分站还负责无线网与有线网之间中转数据,使zigbee网络与控制中心联接起来,网络中只能有一个智能分站。固定式节点作为路由,通过专用接口,联接在井下专用电缆上。携带式节点由井下人员随身携带的电源供电。 　　在拓扑结构中,井下智能分站充当zigbee网络中的协调器,负责建立起zigbee网络,并协调网络工作。固定式节点为网络中的路由节点,同时也是人员定位的参考节点。人员携带式节点为精简功能节点,只负责采集瓦斯浓度和人员定位。 　　2硬件设计 　　不同节点的不同功能由软件区分,硬件部分则采用以CC2430/CC2431为核心的相同的结构,这样带来降低开发和生产成本,降低开发难度和风险,便于维护等好处。 　　2.1 CC2430/CC2431 　　CC2430/CC2431 芯片延用了以往CC2420 芯片的架构,在单个芯片上整合了ZigBee 射频(RF)前端、内存和微控制器。它使用1 个8 位MCU(8051),具有32/64/128 KB 可编程闪存和8 KB 的RAM,还包含模拟数字转换器(ADC)、几个定时器(Timer)、AES128 协同处理器、看门狗定时器(Watchdog Timer)、32 kHz 晶振的休眠模式定时器、上电复位电路(Power On Reset)、掉电检测电路(Brown Out Detection)以及21 个可编程I/O 引脚。 　　CC2430/CC2431 芯片采用0.18μm CMOS 工艺生产,工作时的电流损耗为27 mA;在接收和发射模式下,电流损耗分别低于27 mA 或25 mA。CC2430/CC2431 的休眠模式和转换到主动模式的超短时间的特性,特别适合那些要求电池寿命非常长的应用。 　　CC2431 与CC2430 的最重要区别在于CC2431 具有一个无线定位跟踪引擎。CC2431 的定位引擎通过接受参考节点的RSSI 值经过定位算法计算而得到。在CC2431 无线网络定位系统中,定位精度与参考节点数量有关,一般而言,参考节点越多,定位精度越高。 　　2.2 瓦斯传感器 　　目前, 矿井中常用的瓦斯传感器可分为热导式和热效式两大类。热导式瓦斯传感器是利用瓦斯与空气的导热系数不同而测量瓦斯浓度的。这种传感器能耗大、一致性和互换性差、易受二氧