基于ZigBee技術(shù)的礦井工作面移動式瓦斯監(jiān)測

1 引言
礦井瓦斯主要是在開采過程中溢出的，因此礦井工作面瓦斯含量最大，由于工作面工作條件十分惡劣，至今沒有設(shè)置瓦斯監(jiān)測裝置。

只是在回風(fēng)巷設(shè)置了固定式瓦斯探頭。本文利用無線傳輸最新ZigBee技術(shù)研制出用于礦井人員攜帶或機(jī)載的移動式瓦斯傳感器，將工作面的瓦斯值傳輸?shù)焦ぷ髅娑祟^的瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)中，從而實(shí)現(xiàn)瓦斯源頭的實(shí)時(shí)監(jiān)測。本系統(tǒng)由移動式瓦斯傳感器與礦井瓦斯監(jiān)控分站以及地面中心組成，其設(shè)計(jì)遵循煤礦安全生產(chǎn)規(guī)程的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。

2 系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)由移動式瓦斯傳感器、礦井瓦斯監(jiān)控分站、地面中心三部分組成。

其中，移動式瓦斯傳感器采集瓦斯信號，經(jīng)過微弱信號放大電路，A／D轉(zhuǎn)換后由單片機(jī)存儲管理其數(shù)據(jù)。傳感器采用定時(shí)輸出、無線電發(fā)送方式。其核心電路由檢測橋路、放大電路、單片機(jī)、2.4 GHz發(fā)射電路組成。該傳感器有兩種供電模式，當(dāng)裝置放置在采煤機(jī)上時(shí)由采煤機(jī)電源轉(zhuǎn)換后的直流電源供電；當(dāng)由礦井工作人員便攜時(shí)，則由礦燈電源供電。傳感器將瓦斯信息從采掘點(diǎn)傳輸?shù)降V井回風(fēng)巷的端頭。在回風(fēng)巷端頭設(shè)有瓦斯監(jiān)控分站。

監(jiān)控分站包括電力負(fù)荷控制和電子監(jiān)控電路。監(jiān)控分站的核心是嵌入式電路，該嵌入式電路外接2.4 GHz的傳輸模塊，實(shí)現(xiàn)無線信號的搜集與處理。當(dāng)瓦斯超限時(shí)能夠發(fā)出控制信號，該控制信號控制聲光報(bào)警器發(fā)出報(bào)警信號，也可以控制工作面的供電系統(tǒng)，實(shí)施斷電。該電路還能實(shí)現(xiàn)電力負(fù)荷的監(jiān)測功能。

遍布整個(gè)礦井的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控站的信息可以傳到地面中心。地面中心的主要任務(wù)是實(shí)時(shí)顯示各個(gè)監(jiān)控點(diǎn)的瓦斯信息，供礦井調(diào)度實(shí)施生產(chǎn)指揮與調(diào)度。其系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。