ZigBee在煤矿井下人员定位中的设计应用
发布时间：2021-08-31 15:29
针对煤矿井下监测有线网络布线繁琐、成本高、不灵活等问题,结合无线传感器网络技术,提出一种基于ZigBee的煤矿安全监测系统。将ZigBee无线网络技术用于瓦斯数据采集及系统断电控制之间的传输,煤矿安全远程网络综合自动化监测动画显示系统采用动画方式显示煤矿安全监测状态,为直观高效率监测监管与科学决策提供了新的技术手段,在远程监测联网层面上可以实现各种测控单元的互联互控设置并进行监测监管,进而完成煤矿井下安全监测系统的设计。
【文章来源】：机电工程技术. 2020,49(12)
【文章页数】：3 页
【部分图文】：
1 整体构架设计
系统井下各节点（协调器节点、路由器节点、终端节点）的无线收发模块采用TI公司的CC2530芯片。各个节点的硬件电路基本一致，都拥有相同的无线通信模块，属于同构节点，其结构框图如图2所示。其中，传感器模块负责监测区域内的数据采集和转换；处理器模块负责储存和处理本身采集的数据及其他节点发送来的数据，一般采用嵌入式CPU；无线通信模块负责与其他传感器节点进行无线通信，一般使用低功耗的短距离无线通讯设备或模块；能量供应模块，对于协调器节点和路由器节点使用固定电源供电，而传感器节点通常采用微型电池提供所需能量。2.2 软件设计
在整机低功耗问题中，软件设计的作用至关重要[10]。以人员定位终端节点与路由节点之间的入网流程为例说明其设计过程。人员定位终端节点入网工作流程如图3所示。人员定位节点上电后，系统初始化。人员定位系统各终端节点具有流动性，Zig Bee系统会周期性在一定距离范围内广播定位数据帧，通信范围内的路由节点在接收到定位数据帧后，会根据接收信号强度计算出自身与定位节点的距离，并将距离值发送到上位机，由上位机执行高精度的定位算法。开始组网时，Zig Bee路由节点媒介访问控制（MAC）层的MLME＿Scan-Confirm函数返回信道检测结果，网络层管理实体（NLME）为新建的网络选择一个合适的信号传输信道，并给该信道分配一个名为PANId的网络号，通过MLME-SET.request原语将PANId号写入到MAC层mac PANId的属性中。建立网络成功会有建网成功的提示信息，否则向应用层返回STARTUP-FAILURE建网失败的信息。终端节点接收到网络数据时，通过JZA＿b Af Msg Object函数逐级进行数据发送形式、端点号、簇号的判断，并对数据分类进行上传。在实际应用中，路由节点、终端节点的休眠可以根据实际需要进行合理设定。
【参考文献】：
期刊论文
[1]煤矿安全监控系统现状及发展趋势[J]. 郭江涛. 煤矿机械. 2017(03)
[2]煤矿安全监控系统无线传感器网络设计[J]. 王辉俊,黄轶,高曦莹. 煤矿安全. 2016(07)
[3]煤矿信息化与自动化发展趋势[J]. 孙继平. 工矿自动化. 2015(04)
[4]基于ZigBee技术的煤矿安全监控系统的设计与实现[J]. 谢静思. 煤炭技术. 2013(02)
[5]无线网络技术在煤矿安全监测系统中的应用[J]. 周育辉,李军民,蒋萍萍. 煤炭技术. 2011(11)
[6]煤矿安全监控系统存在的问题与发展方向[J]. 胡继红. 中国煤炭. 2010(12)
[7]CWebGIS煤矿安全综合监测监控监管系统的应用[J]. 谢俊生,樊会明,马平. 测控技术. 2010(05)
[8]我国煤矿矿井监控系统的现状与发展[J]. 王涛. 煤炭科学技术. 2000(09)
硕士论文
[1]基于ZigBee技术煤矿安全监测系统设计[D]. 刘海芬.燕山大学 2014
[2]基于无线传感器网络的煤矿安全监测及定位系统研究[D]. 孙延飞.辽宁工程技术大学 2011
[3]基于ZigBee传感器网络的煤矿安全监测系统研究[D]. 潘涛.兰州大学 2010
本文编号：3375141
【文章来源】：机电工程技术. 2020,49(12)
【文章页数】：3 页
【部分图文】：
1 整体构架设计
系统井下各节点（协调器节点、路由器节点、终端节点）的无线收发模块采用TI公司的CC2530芯片。各个节点的硬件电路基本一致，都拥有相同的无线通信模块，属于同构节点，其结构框图如图2所示。其中，传感器模块负责监测区域内的数据采集和转换；处理器模块负责储存和处理本身采集的数据及其他节点发送来的数据，一般采用嵌入式CPU；无线通信模块负责与其他传感器节点进行无线通信，一般使用低功耗的短距离无线通讯设备或模块；能量供应模块，对于协调器节点和路由器节点使用固定电源供电，而传感器节点通常采用微型电池提供所需能量。2.2 软件设计
在整机低功耗问题中，软件设计的作用至关重要[10]。以人员定位终端节点与路由节点之间的入网流程为例说明其设计过程。人员定位终端节点入网工作流程如图3所示。人员定位节点上电后，系统初始化。人员定位系统各终端节点具有流动性，Zig Bee系统会周期性在一定距离范围内广播定位数据帧，通信范围内的路由节点在接收到定位数据帧后，会根据接收信号强度计算出自身与定位节点的距离，并将距离值发送到上位机，由上位机执行高精度的定位算法。开始组网时，Zig Bee路由节点媒介访问控制（MAC）层的MLME＿Scan-Confirm函数返回信道检测结果，网络层管理实体（NLME）为新建的网络选择一个合适的信号传输信道，并给该信道分配一个名为PANId的网络号，通过MLME-SET.request原语将PANId号写入到MAC层mac PANId的属性中。建立网络成功会有建网成功的提示信息，否则向应用层返回STARTUP-FAILURE建网失败的信息。终端节点接收到网络数据时，通过JZA＿b Af Msg Object函数逐级进行数据发送形式、端点号、簇号的判断，并对数据分类进行上传。在实际应用中，路由节点、终端节点的休眠可以根据实际需要进行合理设定。
【参考文献】：
期刊论文
[1]煤矿安全监控系统现状及发展趋势[J]. 郭江涛. 煤矿机械. 2017(03)
[2]煤矿安全监控系统无线传感器网络设计[J]. 王辉俊,黄轶,高曦莹. 煤矿安全. 2016(07)
[3]煤矿信息化与自动化发展趋势[J]. 孙继平. 工矿自动化. 2015(04)
[4]基于ZigBee技术的煤矿安全监控系统的设计与实现[J]. 谢静思. 煤炭技术. 2013(02)
[5]无线网络技术在煤矿安全监测系统中的应用[J]. 周育辉,李军民,蒋萍萍. 煤炭技术. 2011(11)
[6]煤矿安全监控系统存在的问题与发展方向[J]. 胡继红. 中国煤炭. 2010(12)
[7]CWebGIS煤矿安全综合监测监控监管系统的应用[J]. 谢俊生,樊会明,马平. 测控技术. 2010(05)
[8]我国煤矿矿井监控系统的现状与发展[J]. 王涛. 煤炭科学技术. 2000(09)
硕士论文
[1]基于ZigBee技术煤矿安全监测系统设计[D]. 刘海芬.燕山大学 2014
[2]基于无线传感器网络的煤矿安全监测及定位系统研究[D]. 孙延飞.辽宁工程技术大学 2011
[3]基于ZigBee传感器网络的煤矿安全监测系统研究[D]. 潘涛.兰州大学 2010
本文编号：3375141
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