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基于zigbee技术的矿井监测

   日期:2016-09-12     浏览:24    评论:0    
核心提示:利用ZigBee无线网络技术,实现井下人员的定位和各种安全生产要素以及井下环境(如瓦斯、温度、湿度等环境指标)的无人自动采集。
 利用ZigBee无线网络技术,实现井下人员的定位和各种安全生产要素以及井下环境(如瓦斯、温度、湿度等环境指标)的无人自动采集。从而,在事故发生前,安全生产监控中心,可以随时掌握井下不同位置的各种安全生产的要素。从而采取积极有效的预防措施;事故发生后,可以掌握事故发生当时,甚至事故发生后相当一段时间内,井下工作人员的具体分布位置,不同位置的瓦斯浓度等情况,从而制定及时有效的抢救措施,并实施有效的现场抢救指挥。

  1 建立定位网络

  根据现场实际需要,沿坑道每隔一定距离(50-500米)在坑道顶部设置一个ZigBee网络模块(可采用电池驱动或使用其他电源),同时在其他需要定位和网络连接的地方,也安置一个ZigBee网络模块;为了避免井下环境对无线信号的干扰,所有无线网络模块使用的都是抗干扰的直序扩频通信方式,而且,每个模块都有接收信号强弱指示功能(RSSI)。

  所安置的网络模块将自动组成一个ZigBee通信网络[6],在布置网络模块的位置时,注意应使每个模块至少可与两个以上的模块进行通信,即避免单线联系以保证ZigBee网络通信的可靠性。这个通信网络实际就是一个定位网络,每一个网络节点就是一个定位点,不同的是,ZigBee网络节点体积要小得多,耗电也小,而且网络节点之间的通信,不需要使用光纤或通信电缆连接。

  2建立移动目标的无线身份码

  每一个需要定位的移动目标(例如矿工),都需要随身携带一个无线身份卡,或固定在安全帽上的一个纽扣电池驱动的全封闭的模块约(50x40x8mm)大小,每个模块的发射功率小于1mW.

  为了增加电池使用寿命,无线身份模块每隔10–30 秒发射一个身份码信号。为了避免井下环境对无线信号的干扰,所有无线身份卡模块使用的都是抗干扰的直序扩频通信方式;该无线身份模块与瓦斯探测传感器等相连,当出现瓦斯超标时,该无线模块可以立即通过ZigBee网络,将报警信号传往监控中心,必要时,将同时启动其它联动的应急设备;

  3 移动目标位置的确定

  当移动目标在不同的位置发射身份码信号时,如果定位精度要求不高,坑道情况比较复杂时,人员密度较高时,则将任何一个接收到该移动目标身份码信息的网络节点位置,当作移动目标位置,这种方法往往需要较小的网络节点间距(例如50米),和较小的无线身份模块的发射功率。

  当定位精度要求较高,坑道环境相对简单时,则可使用两点信号强度定位法;即当移动目标在不同的位置发射身份码信号时,处于该移动目标两端的网络节点,因距该移动目标距离远近的不同,所收到的信号强度也不同。ZigBee网络将把该移动目标身份码,以及在相应的两个网络节点接收到该身份码时的信号强度传往控制中心,通过简单计算,再加上现场实测效正,很容易确定该移动目标的位置。

  在使用以上方法定位时,为了进一步提高定位的准确性,还需要对网络节点,移动目标节点收发机的接收灵敏度,和发射功率进行适当的调整。

  ZigBee所具有的短距离、低成本、低功耗、易实现、安全可靠的优点非常适合于矿山井下环境监测、人员定位。这是一种适用于大中型矿井的无线网络,能够有效的了解矿山井下运行环境参数,及时调度生产,防止事故的发生,安全生产。在大中矿井和工厂具有良好的推广应用前景。

 
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