Zigbee無線傳感集成的煤礦綜合監(jiān)測設計

　　XBee ZB適配器通過一系列可供靈活選擇的物理接口，與智能電子設備進行連接，使這些智能電子設備具有了符合Zigbee協(xié)議的無線通信能力。所提供的可選物理接口包括RS-232、RS-485、數(shù)字量I／O和模擬量I／O等。這些適配器有多種配置和定制選項供用戶選擇，以滿足不同應用的需求。它是傳感器、控制器、其它有線應用和有通用接口設備無線聯(lián)網(wǎng)的理想選擇。

　　XBee ZB傳感器集成了環(huán)境溫度、光強和濕度測量功能，溫度測量范圍-18℃～55℃，光譜帶寬范圍360～970 nm，濕度測量范圍0～100％RH，電池供電，便于攜帶。

　　XBee—PRO ZB系列的發(fā)射功率達+17 dBm，接收靈敏度-102 dBm；采用IP66外殼，達到三防效果；輸入電壓范圍3．7～6VDC和9～30VDC可選，支持外接電源或電池供電，并可配置為中心協(xié)調(diào)器、路由節(jié)點和終端節(jié)點中的任意一種。

　　2 系統(tǒng)構成及組網(wǎng)方式

　　本文所涉及的煤礦綜合監(jiān)測系統(tǒng)，主要目的是實現(xiàn)井下溫濕度、瓦斯以及作業(yè)人員位置的監(jiān)測?？紤]到溫濕度和瓦斯的測量是在固定位置，而作業(yè)人員的位置是變動的，因此考慮將溫濕度和瓦斯的測量作為一個集成的路由節(jié)點存在，而作業(yè)人員作為一個終端節(jié)點存在。這樣，構成了一個基于Zigbee簇狀網(wǎng)絡的系統(tǒng)架構，如圖2所示。

　　“地面”的“現(xiàn)場監(jiān)視站”，還可以利用Digi公司提供的云平臺，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)布和遠程監(jiān)視。

　　對于“井下”的Zigbee無線通信網(wǎng)絡而言，包括三種類型設備：“網(wǎng)關”、“環(huán)境數(shù)采設備”和“人員位置數(shù)采設備”：

　　●“ConneetPort網(wǎng)關”放置在井口處，一方面作為協(xié)議轉(zhuǎn)換器，與“地面”上級系統(tǒng)建立接口和連接；同時也作為整個井下無線系統(tǒng)的中心協(xié)調(diào)器存在，負責無線網(wǎng)絡的建立和維護。

　　●“環(huán)境數(shù)采設備”按一定距離（300 m）在井內(nèi)進行放置，實現(xiàn)對溫濕度及瓦斯等環(huán)境參數(shù)的測量?？紤]到這些節(jié)點需要同時作為人員位置監(jiān)測的參考點，此外從網(wǎng)絡的可靠性角度出發(fā)（如果中間有一個節(jié)點故障，仍希望網(wǎng)絡是正常工作的），因此這些固定放置的環(huán)境監(jiān)測設備作為Zigbee的路由器存在，其供電也將采用有線方式；所有環(huán)境監(jiān)測設備組成鏈狀網(wǎng)絡，最終與“網(wǎng)關”實現(xiàn)連接和數(shù)據(jù)交互。

　　●“人員位置跟蹤設備”采用XBee ZB傳感器模塊，由井下礦工隨身攜帶，從功耗角度考慮，該類設備作為Zigbee的終端節(jié)點存在，因此可以保持較長的工作時間。同時該終端節(jié)點采用網(wǎng)絡主動搜尋模式，可以按預先設定的時間間隔喚醒并主動搜尋最近的路由節(jié)點并加入網(wǎng)絡，由此實現(xiàn)定位跟蹤。

　　井下“環(huán)境數(shù)據(jù)采集設備”的構成如圖3所示，包括溫濕度傳感器、瓦斯傳感器以及一個XBee—PRO ZB適配器。

　　●溫濕度傳感器：采用E+E公司的EE30EX本安型溫濕度傳感器，溫度測量范圍-40℃～180℃，濕度測量范圍0～100％RH，采用24VDC供電，輸出范圍0～10 V或4～20 mA。