基于ZigBee-WiFi混合网络的煤矿井下多参数传感器系统设计

发布时间：2019-09-25 09:28

【摘要】：现有井下无线参数采集传感器系统大多采用单一无线传输模式和采集单一参数,无法兼顾传输速率与使用能耗且安放不便。针对此缺点,设计了一种结合ZigBee与WiFi无线技术的多参数采集传感器系统,该传感器系统有效地结合了两种无线传输技术的优点,在降低使用能耗的同时提高了传输速率,且集成采集井下多种环境参数,具有布置灵活和扩展性强的特点。
【图文】：

系统整体架构由图１可以看出，本设计包括数据采集节点与ＺｉｇＢｅｅ－ＷｉＦｉ网关节点。数据采集节点完成井下数据采集并将采集到的数据通过ＺｉｇＢｅｅ协议传输至ＺｉｇＢｅｅ－ＷｉＦｉ网关节点。数据采集节点包括电源模块、主控模块、数据采集模块与无线传输模块。其中电源模块完成各模块供电；主控模块完成采集数据的研判与打包，通过差分信号输入到无线发射模块；无线发射模块将主控模块输出的差分信号经过匹配与放大后通过天线进行发射，并将接收到的信号传入主控模块。数据采集节点结构示意图如图２所示。图２数据采集节点结构示意图ＺｉｇＢｅｅ－ＷｉＦｉ网关节点将数据采集节点上传的数据进行协议转换，，将ＺｉｇＢｅｅ协议转换为ＷｉＦｉ协议后汇入井下工业以太网。网关节点包括电源模块、主控模块、无线传输模块与ＷｉＦｉ模块。其中无线传输模块与数据采集节点中一致；电源模块负责主控模块与ＷｉＦｉ模块供电；主控模块去除传感器控制功能，增加与ＷｉＦｉ模块通信功能；ＷｉＦｉ模块完成协议转换与ＷｉＦｉ信号收发。ＺｉｇＢｅｅ－ＷｉＦｉ网关节点结构示意图如图３所示。图３ＺｉｇＢｅｅ－ＷｉＦｉ网关节点结构示意图数据采集节点集成采集井下环境数据后，通过ＺｉｇＢｅｅ协议将数据传输至ＺｉｇＢｅｅ－ＷｉＦｉ网关节点，经过网关节点进行协议转换后，汇入井下工业以太网进行传输。ＺｉｇＢｅｅ与ＷｉＦｉ结合的方式实现了数据采集节点的低功耗运行，同时有效地解决了井下受限环境中ＺｉｇＢｅｅ长距离回传的难题，并且ＷｉＦｉ技术的数据传输速率优势为后期增加语音和视频等功能提供了良好的平台。２硬件系统设计

了数据采集节点的低功耗运行，同时有效地解决了井下受限环境中ＺｉｇＢｅｅ长距离回传的难题，并且ＷｉＦｉ技术的数据传输速率优势为后期增加语音和视频等功能提供了良好的平台。２硬件系统设计２．１电源模块设计电源模块首先要满足节点的工作要求，包括稳定的供电电压与足够的负载能力，其次还需考虑其静态能耗，除此之外，更宽的输入电压范围也可以增加节点对电源选择的多样性。数据采集节点与网关节点采用相同的基础设计来实现宽幅输入下基准３．３Ｖ电压提供。宽幅输入３．３Ｖ稳压电路图如图４所示。图４宽幅输入３．３Ｖ稳压电路图８３基于ＺｉｇＢｅｅ－ＷｉＦｉ混合网络的煤矿井下多参数传感器系统设计
【作者单位】： 太原理工大学信息工程学院;解放军海洋环境专项办公室;
【分类号】：TD76;TP212

【参考文献】

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【共引文献】

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本文编号：2541369