基于ZigBee的礦井無線定位系統(tǒng)
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煤炭工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)，因此，煤炭行業(yè)的安全生產(chǎn)工作也得到了國家的高度重視。但是，由于各種原因，礦井下的安全事故仍會不斷發(fā)生，而地面工作人員往往難以掌握井下人員的位置，一旦出現(xiàn)災(zāi)情，對被困人員的救援缺乏可靠的信息，而造成人員傷亡和財產(chǎn)損失。因此，實現(xiàn)煤礦井下的無線通信，準(zhǔn)確獲知井下工作人員的位置和數(shù)量具有十分重要的意義” 。為此，筆者提出了基于ZigBee技術(shù)的礦井人員定位系統(tǒng)。 1 系統(tǒng)功能 ZigBee的無線定位系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)實用，工作可靠，可實現(xiàn)對井下工作人員的精確跟蹤定位。該系統(tǒng)不但在發(fā)生事故時可發(fā)揮重要作用，也可對工作人員進(jìn)行13常管理；既可對井下進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測，也可完成人員定位任務(wù)。系統(tǒng)工作時，監(jiān)控中心與終端可實現(xiàn)雙向通信，即監(jiān)控中心可以廣播報警信號通知作業(yè)人員，作業(yè)人員也可以發(fā)送異常求救信號到監(jiān)控中心 。 2 礦井ZigBee網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建及硬件實現(xiàn) 2.1 ZigBee網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建 工作人員作為ZigBee的終端節(jié)點(diǎn)，隨身攜帶RFD設(shè)備（使用電池供電），與上層的路由設(shè)備（FFD）保持無線聯(lián)絡(luò)。由于井下工作人員數(shù)量較多，故路由器采用分區(qū)域設(shè)置。考慮到突發(fā)情況，為了避免節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障而與網(wǎng)絡(luò)斷開，可以采用網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)（mesh）組網(wǎng)，這樣可保證數(shù)據(jù)不丟失。在網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，當(dāng)其中某一個路由器（Router）出現(xiàn)故障時，則數(shù)據(jù)流選擇其他的路由器或協(xié)調(diào)器（Coordinator）進(jìn)行數(shù)據(jù)流的傳輸?？紤]到巷道較深，故路由器之問采用無線電波接力的方式實現(xiàn)無線通信的連接。數(shù)據(jù)經(jīng)協(xié)調(diào)器實時匯總后發(fā)送到PC機(jī)，在監(jiān)控終端可以實時獲取井下工作人員的集體信息。FFD設(shè)備作為協(xié)調(diào)器，采用有線電纜供電方式，同時要設(shè)有備用電源，防止災(zāi)害發(fā)生時由于電纜中斷而無法正常工作 。 2.2 網(wǎng)絡(luò)的硬件實現(xiàn) 井下無線通信網(wǎng)絡(luò)硬件實現(xiàn)方式如圖1所示，其中JN5139 End device節(jié)點(diǎn)由井下人員隨身攜帶，作為終端節(jié)點(diǎn)，分布在各個巷道內(nèi)，數(shù)量可以很多，實時與上層路由JN5139 Router節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行信息的傳遞和接收，終端（End device）節(jié)點(diǎn)彼此之間不能進(jìn)行通信，只能與上層的路由（Router）節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信。JN5139 Router節(jié)點(diǎn)可作為管理節(jié)點(diǎn)，分布在各個巷道內(nèi)，主要用于接收來自終端（End device）節(jié)點(diǎn)的信息并進(jìn)行信息匯總，然后將收集并處理過的數(shù)據(jù)發(fā)送到協(xié)調(diào)器（Coordinator）節(jié)點(diǎn)。在網(wǎng)絡(luò)中可以根據(jù)需求來選擇路由節(jié)點(diǎn)個數(shù)，使其有效地管理各個巷道。協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)的主要任務(wù)是對來自各JN5139 Router節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，經(jīng)RS-232總線傳遞到PC機(jī)（網(wǎng)絡(luò)中該節(jié)點(diǎn)只能設(shè)置1個）。
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