ZigBee技術(shù)及其在礦山中的應(yīng)用
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3．ZigBee在礦山中的應(yīng)用
利用ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)井下人員的定位和各種安全生產(chǎn)要素以及井下環(huán)境（如瓦斯、溫度、濕度等環(huán)境指標(biāo)）的無人自動采集。從而，在事故發(fā)生前，安全生產(chǎn)監(jiān)控中心，可以隨時(shí)掌握井下不同位置的各種安全生產(chǎn)的要素。從而采取積極有效的預(yù)防措施；事故發(fā)生后，可以掌握事故發(fā)生當(dāng)時(shí)，甚至事故發(fā)生后相當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)，井下工作人員的具體分布位置，不同位置的瓦斯?jié)舛鹊惹闆r，從而制定及時(shí)有效的搶救措施，并實(shí)施有效的現(xiàn)場搶救指揮。
3．1 建立定位網(wǎng)絡(luò)
根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際需要，沿坑道每隔一定距離（50 - 500米）在坑道頂部設(shè)置一個ZigBee網(wǎng)絡(luò)模塊（可采用電池驅(qū)動或使用其他電源），同時(shí)在其他需要定位和網(wǎng)絡(luò)連接的地方，也安置一個ZigBee網(wǎng)絡(luò)模塊；為了避免井下環(huán)境對無線信號的干擾，所有無線網(wǎng)絡(luò)模塊使用的都是抗干擾的直序擴(kuò)頻通信方式，而且，每個模塊都有接收信號強(qiáng)弱指示功能（RSSI）。
所安置的網(wǎng)絡(luò)模塊將自動組成一個ZigBee通信網(wǎng)絡(luò)[6]，在布置網(wǎng)絡(luò)模塊的位置時(shí)，注意應(yīng)使每個模塊至少可與兩個以上的模塊進(jìn)行通信，即避免單線聯(lián)系以保證ZigBee 網(wǎng)絡(luò)通信的可靠性。這個通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)際就是一個定位網(wǎng)絡(luò)，每一個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)就是一個定位點(diǎn)，不同的是，ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)體積要小得多，耗電也小，而且網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的通信，不需要使用光纖或通信電纜連接。
3．2 建立移動目標(biāo)的無線身份碼
每一個需要定位的移動目標(biāo)（例如礦工），都需要隨身攜帶一個無線身份卡，或固定在安全帽上的一個紐扣電池驅(qū)動的全封閉的模塊約（50 x 40 x 8 mm）大小，每個模塊的發(fā)射功率小于1mW.
為了增加電池使用壽命，無線身份模塊每隔10 C 30 秒發(fā)射一個身份碼信號。為了避免井下環(huán)境對無線信號的干擾，所有無線身份卡模塊使用的都是抗干擾的直序擴(kuò)頻通信方式；該無線身份模塊與瓦斯探測傳感器等相連，當(dāng)出現(xiàn)瓦斯超標(biāo)時(shí)，該無線模塊可以立即通過ZigBee網(wǎng)絡(luò),將報(bào)警信號傳往監(jiān)控中心，必要時(shí)，將同時(shí)啟動其它聯(lián)動的應(yīng)急設(shè)備；
3．3 移動目標(biāo)位置的確定
當(dāng)移動目標(biāo)在不同的位置發(fā)射身份碼信號時(shí)，如果定位精度要求不高，坑道情況比較復(fù)雜時(shí)，人員密度較高時(shí)，則將任何一個接收到該移動目標(biāo)身份碼信息的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)位置，當(dāng)作移動目標(biāo)位置，這種方法往往需要較小的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間距（例如50米），和較小的無線身份模塊的發(fā)射功率。
當(dāng)定位精度要求較高，坑道環(huán)境相對簡單時(shí)，則可使用兩點(diǎn)信號強(qiáng)度定位法；即當(dāng)移動目標(biāo)在不同的位置發(fā)射身份碼信號時(shí)，處于該移動目標(biāo)兩端的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，因距該移動目標(biāo)距離遠(yuǎn)近的不同，所收到的信號強(qiáng)度也不同。 ZigBee網(wǎng)絡(luò)將把該移動目標(biāo)身份碼，以及在相應(yīng)的兩個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接收到該身份碼時(shí)的信號強(qiáng)度傳往控制中心，通過簡單計(jì)算，再加上現(xiàn)場實(shí)測效正，很容易確定該移動目標(biāo)的位置。
在使用以上方法定位時(shí)，為了進(jìn)一步提高定位的準(zhǔn)確性，還需要對網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，移動目標(biāo)節(jié)點(diǎn)收發(fā)機(jī)的接收靈敏度，和發(fā)射功率進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。
4.結(jié)束語
ZigBee所具有的短距離、低成本、低功耗、易實(shí)現(xiàn)、安全可靠的優(yōu)點(diǎn)非常適合于礦山井下環(huán)境監(jiān)測、人員定位。這是一種適用于大中型礦井的無線網(wǎng)絡(luò)，能夠有效的了解礦山井下運(yùn)行環(huán)境參數(shù)，及時(shí)調(diào)度生產(chǎn)，防止事故的發(fā)生，安全生產(chǎn)。在大中礦井和工廠具有良好的推廣應(yīng)用前景。
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